氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。

碳纳米管/石墨烯杂化材料改性环氧树脂力学性能研究

通过超声离心将酸化石墨烯和羟基化的多壁碳纳米管按照不同比例成功合成碳纳米管/石墨烯杂化材料。将杂化材料分散在环氧树脂体系中制备环氧树脂复合材料样条,研究杂化材料对环氧树脂力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸力学性能测试分析了杂化材料的分散性等微观结构以及环氧树脂复合材料的力学性能及断面形貌。碳纳米管/石墨烯杂化材料对环氧树脂有增强增韧的效果,其中石墨烯与碳纳米管之比为2∶1的杂化材料对环氧树脂的增强增韧效果最好。

碳纳米管/酸化石墨烯杂化材料及其环氧树脂复合材料拉伸力学性能的研究

本文先采用混酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯微片进行氧化处理,再通过超声作用制备了碳纳米管/石墨烯杂化材料,使碳纳米管通过π-π作用与酸化石墨烯结合在一起。在此基础上,将制得的杂化材料分散在环氧树脂体系中制成样条,研究其力学性能的变化。通过红外光谱(FT-IR)分析表明成功制取了酸化碳纳米管、酸化石墨烯及其相应的杂化材料。通过透射电镜(TEM)直观地展示了酸化后MWCNTs、石墨烯的形态变化和杂化材料的形态;对样条进行力学性能测试并用扫描电镜(SEM)观察其断面形态。结果表明,环氧树脂中加入杂化材料能有效增加环氧树脂的韧性和强度,且经过超声作用制得的杂化材料和选用酸化碳管的杂化材料的增强增韧效果更好,加入酸化超声作用混合杂化材料的增强增韧效果最明显。

碳纳米管/石墨烯杂化材料改性环氧树脂研究

采用物理法和化学多步法合成了碳纳米管/石墨烯杂化材料,通过红外光谱表征证明杂化材料的成功合成,通过沉淀实验表明化学多步法合成的碳杂化材料具有良好的分散性和分散稳定性。将碳纳米杂化材料按照质量分数0.3%添加到环氧树脂(EP)中制备复合材料,对复合材料的拉伸强度和断裂韧性进行表征,并通过扫描电子显微镜对复合材料的断面进行表征。结果表明,碳纳米管/石墨烯杂化材料对EP的增强增韧效果较好,尤其是化学多步法合成的杂化材料改性EP复合材料,其拉伸强度最大,曲线积分面积最大,弹性模量最小,韧性最好。这可能要归因于化学多步法合成的杂化材料具有更为稳定的三维结构,可以更好地承担和转移外部载荷。

不同比例碳纳米管/石墨烯杂化材料的制备及性能

碳纳米管和酸化石墨烯可以通过聚丙烯酰氯的桥梁作用紧密地连接在一起,形成稳定的碳纳米管/石墨烯杂化材料。将合成杂化材料所需的碳纳米管和石墨烯的比例分别调整为1∶2和2∶1与聚丙烯酰氯进行反应。用红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对反应产物碳纳米管/石墨烯杂化材料进行表征。将合成的不同种类杂化材料添加到环氧树脂中制备复合材料,研究不同种类的杂化材料对环氧树脂的增强增韧效果。拉伸测试结果表明,碳纳米管和石墨烯的比例为1∶2时,合成的碳纳米管/石墨烯杂化材料对环氧树脂基的增强增韧效果最佳。这是由于当碳纳米管与石墨烯的比例为1∶2时,碳纳米管可以更均匀地分散在石墨烯的片层中,形成稳定的三维结构,当复合材料承受外力时不会产生局部应变,从而达到增强增韧效果。

石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料对PVC的稳定作用

制备了氧化还原石墨烯/纳米碳酸钙杂化材料,将其与氯乙烯进行原位聚合制得了改性PVC树脂。该改性PVC树脂的刚果红试纸完全变色时间可达到28 min,采用液相电导法测得的热分解诱导时间超过80 min,加热后其多烯结构数量明显降低,自由基浓度与普通PVC树脂相比呈指数级降低,分子链结构上部分碳原子的结合能明显提高。

催化裂解聚丙烯合成石墨烯碳纳米杂化材料及其电化学应用

研究了氧化石墨烯(GO)负载Co-Ni催化剂原位催化聚丙烯(PP)进行三维石墨烯碳纳米杂化材料的合成,同时考察材料作为超级电容器电极的电化学应用。将乙酸钴和乙酸镍按比例加入GO水溶液中,利用聚醚胺400(D-400)将二者还原为氢氧化物并自组装负载在GO表面,制备出GO负载Co-Ni催化剂(GO/Ni-Co)。将GO/Ni-Co熔融共混到PP中,在氮气保护下裂解碳化共混得到石墨烯基碳纳米杂化材料。采用SEM、TEM、XRD和Raman等对其形貌结构进行表征。结果表明:利用该方法可成功制备一种三维石墨烯碳纳米杂化材料(RGO/C)。将所制备的RGO/C应用于超级电容器,在扫描速率为2m V/s时,最大比电容达到595F/g,并且具有良好的循环稳定性。

碳纳米管/石墨烯杂化材料分散性的优化

通过超声制备出不同的碳纳米材料分散液。通过紫外光谱证明分散液中的杂化材料已成功合成,同时通过紫外光谱、显微镜扫描和沉淀实验表征碳纳米材料的分散性。结果表明:相比于碳纳米管和石墨烯,碳纳米管/石墨烯杂化材料皆具有优异的分散性,但由于杂化材料合成机理的差异,在一步法制备杂化材料中碳纳米管和石墨烯有相同机会和聚丙烯酰氯发生反应,可更好地阻碍碳纳米管的团聚,因此一步法合成的碳纳米管/石墨烯杂化材料的分散性要优于多步法合成的杂化材料,实现了碳纳米杂化材料分散性的优化。

氮掺杂石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其氧还原催化性能

采用简单、无模板的方法制备了氮掺杂多孔石墨烯/碳复合材料(NPGC)。采用SEM、XRD、Raman、XPS等分析手段对NPGC的形貌、组成以及结构进行了表征,利用旋转圆盘电极技术测试了其电催化氧还原反应(ORR)活性。结果表明,葡萄糖在水热后生成的碳与石墨烯成功复合,并在950℃炭化、活化后形成了相互渗透、结构良好的三维片状多孔网络结构;其氮含量高达9.47%。NPGC作为一种高效的非金属ORR电催化剂,在碱性溶液中具有较高的起始电位[0.87 V(vs RHE)]和较大的极限电流密度(4.7 mA?cm?2),以及其ORR平均转移电子数为3.8。与商业Pt/C催化剂相比,NPGC具有较强的耐甲醇性和长期耐久性,且制备成本较低,具有广阔的应用前景。

石墨烯-碳纳米管杂化物在超级电容器中的应用

双电层超级电容器作为新型清洁能源储能器件,具有安全、高功率密度和长寿命的优点。目前发展新电极材料与提高工作电压窗口是提高电容器能量密度的重要方向。本工作利用化学气相沉积法制备了石墨烯-碳纳米管杂化物,具有导电性优良、孔径可调、化学稳定性高、比表面积大（1200～1800 m^2/g）的优点,同时避免了单独石墨烯或者碳纳米管电极制备过程中堆叠的缺点。并且系统研究了石墨烯-碳纳米管杂化物在水系、有机电解液和离子液体中的电容性质,考察了以活性炭为主体电极材料,石墨烯-碳纳米管为添加剂的软包电容器的性质,为开发高能量密度和高功率密度的超级电容器提供了基础。

碳纳米材料/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及性能

为了改善膜的形貌,提高膜的分离性能和力学性能,以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物,以多壁碳纳米管(MWCNT)为纳米填料,以氧化石墨烯(GO)溶液为凝固浴,通过基质混合和溶液凝固浴相结合的方式,成功制备了PVDF/MWCNT/GO杂化膜.通过TEM、SEM、FT-IR等手段对MWCNT和GO的形貌及结构进行了表征,同时研究了碳纳米材料的添加对膜的形貌、分离性能以及力学性能的影响.结果表明:MWCNT呈长管状网络结构,GO呈片层结构,二者的协同作用将有利于膜力学性能的改善;而GO表面丰富的含氧官能团,可以使其在水中有很好的分散稳定性,并且当MWCNT的质量分数为3%时,膜的综合性能达到最优,与纯膜相比,杂化膜的形貌和亲水性有了一定的改善,纯水通量、截留率和力学性能分别提高了约106%、58.7%和101%,这说明碳纳米材料可以有效提高膜的分离性能和力学性能.

氧化石墨/碳纳米管杂化材料的合成及导电性能研究

合成了具备优异导电性能的氧化石墨/碳纳米管层状杂化材料。通过红外、拉曼光谱和X射线衍射,证明了氧化石墨片层间的氢键作用随着碳管在杂化产物中的增加而减弱,同时氧化石墨的层间距变大;采用扫描电镜观察了杂化材料的横截面和表面形貌,氧化石墨原先堆积状的片层结构由于碳纳米管的插入产生了剥离,碳纳米管也得到良好的分散;当氧化石墨与碳纳米管的质量比由1∶1变为1∶4时,电导率提高了5个数量级。

炭黑-石墨烯杂化材料增强天然橡胶复合材料的性能研究

利用炭黑颗粒掺杂石墨烯得到炭黑-石墨烯纳米杂化粒子,经乳液复合制备炭黑-石墨烯/天然橡胶母胶,然后通过密炼制得炭黑-石墨烯/天然橡胶纳米复合材料,研究掺杂体系内炭黑用量对炭黑-石墨烯/天然橡胶复合材料的微观形貌、力学性能、压缩生热性能和耐磨性能的影响。结果表明:炭黑颗粒吸附在石墨烯表面,有效抑制了石墨烯的堆叠,从而减少了大片径多层石墨烯的形成,且随着炭黑用量的增大,石墨烯的裸露区域逐渐减少;当掺杂体系中炭黑/石墨烯用量比为10/1时,石墨烯在橡胶中的分散状态得到明显提升,复合材料的宏观力学性能、压缩生热性能和耐磨性能均明显改善。

脉冲激光轰击法原位制备纳米碳/聚苯乙烯杂化材料的研究

采用脉冲激光轰击 (PLA IT/SFL)法成功制得纳米碳 /聚苯乙烯的苯溶胶并由此获得纳米碳 /聚苯乙烯杂化薄膜材料。由重量差法求得杂化材料中纳米碳的含量分别为 0 .3 2 5 %、0 .615 %、1 0 12 %、1.478%、2 .5 2 0 % ;透射电镜显示纳米碳呈圆球形均匀分散于聚苯乙烯的苯溶胶中 ,并且聚苯乙烯的浓度对形成的纳米碳的尺寸大小与形态分布有一定的影响 ;紫外光谱、荧光光谱和红外光谱表明纳米碳对聚苯乙烯的紫外吸收、荧光发光以及红外光谱等光谱性质均有影响 ;动态力学热分析证实少量的纳米碳可使聚苯乙烯的玻璃化温度明显降低 ;热重 -差热分析和示差扫描量热分析表明纳米碳使聚苯乙烯的热稳定性有所提高。

石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管杂化材料的研究进展

石墨烯/氧化石墨烯-碳纳米管杂化材料因具有诸多优良的物化性能,在许多领域有着广阔的应用前景,使得近年来其成为了各国学者热点的研究方向。文章首先介绍了杂化材料的主要制备方法,如涂覆成膜法、层层自组装法、真空抽滤法、化学气相沉积法、共价接枝法等;然后介绍了杂化材料在电容器、蓄电池、光电器件和聚合物基复合材料等领域的应用;最后对其发展前景进行了展望。

基于石墨烯及相关碳纳米材料的电化学生物传感器的研究进展

介绍了各种基于抗原抗体特异性作用或DNA杂交的电化学检测方法,并解释了使用石墨烯以及相关碳纳米材料的原因。本文总结了现有报道的使用石墨烯检测DNA、蛋白和其他生物标记物的先进方法,以及使用不同的生物传感器检测疾病,如癌症、糖尿病、几种病毒(SARS-CoV-2、人类免疫缺陷病毒、寨卡病毒,并检测最近的大流行病毒COVID-19),阐述了这些生物传感器的作用机制,为病毒生物传感器的制造和创新提供了思路。

单壁碳纳米管-石墨烯杂化材料的自组装及其电学性能（英文）

以Si为基底,采用气相沉积法制备出石墨烯(G/Si)薄膜。将含1%APTES的苯溶液与G/Si密封,在115℃下加热2 h,G薄膜上自组装单层APTES膜(SAM-G/Si)。将SAM-G/Si浸渍于酸处理后的单壁碳纳米管氯仿液中,45℃干燥即得到单壁碳纳米管-石墨烯杂化材料(SWCNT-G/Si)。结果表明,具有p-型电学性能的G/Si经表面改性后呈现出n-型性能,电容性能得到提高。

高性能电容器用富勒烯/石墨烯三维全碳杂化材料

通过简单的水热过程将C60分子引入石墨烯片层,可控制备了具有三维多孔结构的全碳C60/石墨烯杂化材料,该材料作电极材料时电容性能得到明显提高。研究表明,C60分子和石墨烯骨架中的碳六元环之间的共轭相互作用有利于C60与石墨烯在高压水热条件下自组装形成三维多孔结构。C60分子的加入使杂化产物具有优化的多孔结构和更多的氧化还原活性位点,这赋予杂化产物优异的电化学性能。以浓度为6 mol/L KOH溶液作为电解质,当电流密度为1 A/g时,其比电容为332.3 F/g,与三维多孔结构石墨烯材料电极相比提高了54.5%。此外,作为完全由碳原子组成的复合电极材料,其表现出的电化学性能优于文献报道的类似碳基材料。这一研究表明全碳杂化电极材料在用于制造高性能超级电容器方面具有很强竞争力和广阔应用前景,为未来基于全碳电极的高性能储能器件的设计和制备提供了有价值参考。

碳纳米材料在锌离子电池中的应用研究进展

锌离子电池(ZIBs)由于其低廉的价格、优异的储能性能和安全性能,在电网和可穿戴设备中有很大的发展潜力。但锌作为负极表现出不稳定性,在锌负极上容易形成锌枝晶并伴随析氢和副反应,这一直是其广泛应用的障碍。碳纳米材料具有优异的导电性、化学稳定性和表面性能可调性,在锌离子电池的应用中展现出了广泛的前景。首先简述了锌离子电池的工作原理,重点综述了碳纳米材料在锌离子电池中的应用,最后总结了碳纳米材料在锌离子电池中的不同应用形式及其在电池性能提升方面的作用,并展望了碳纳米材料未来在锌离子电池领域的潜在发展趋势。

改性石墨烯纳米带/双马来酰亚胺复合材料的摩擦学性能

为了改善石墨烯与双马来酰亚胺(BMI)树脂的相容性,并使其在摩擦过程中快速形成高质量自润滑转移膜,用超支化聚硅氧烷(HBPSi)和Ni纳米粒子共同改性石墨烯纳米带(GNRs),制备了HBPSi/Ni/GNRs复合粒子,将其引入到BMI树脂中制备出HBPSi/Ni/GNRs/BMI复合材料。采用FTIR、SEM、TEM、摩擦磨损试验机及分子动力学模拟对复合粒子的结构、形貌及添加量和复合材料的摩擦学性能的影响进行了考察,并探究了其摩擦磨损机理。结果表明,HBPSi和Ni纳米粒子成功负载到GNRs表面上。与GNRs相比,HBPSi/Ni/GNRs复合粒子能够显著提升BMI复合材料的摩擦学性能。当HBPSi/Ni/GNRs复合粒子添加量(质量分数)为0.6%时,HBPSi/Ni/GNRs/BMI复合材料的摩擦系数和体积磨损率均降至最低,分别为0.18和1.9×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。HBPSi/Ni/GNRs复合粒子与BMI树脂强的界面作用是导致其复合材料抗剪切能力提升的关键。