基于石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管协效阻燃环氧树脂的制备及研究

通过共沉淀法制备了石墨烯-氧化镍杂化材料,通过水热法制备了二氧化钛纳米管,然后利用溶液共混法制备了石墨烯-氧化镍/二氧化钛纳米管/环氧树脂纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和透射电子显微镜(TEM)对纳米材料的结构和形貌进行表征;热重分析数据表明复合材料的热稳定性有所提高;锥形量热测试结果显示,将石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管进行复配,加入环氧树脂中,可以有效降低材料的热释放速率峰值和总热释放。

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。

氧化石墨烯/β-环糊精超分子杂化体的制备及表征

利用有机合成技术及超分子自组装技术逐级合成了一种新颖的石墨烯基超分子杂化纳米材料,并利用红外（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等确认了产物的结构.同时,热重（TG）研究表明：在50~400℃的测试范围内,源于界面相互作用的提高,逐级引入的有机基团显著增加氧化石墨烯衍生物的热稳定性能.该材料在开发具有新颖性能的石墨烯基有机无机杂化复合材料具有一定的实践意义及理论价值.

β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体的构筑及应用进展

β-环糊精是由7个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键键连成环的超分子主体分子,"内疏水、外亲水"的独特结构赋予了其优异的分子识别能力;氧化石墨烯类材料凭借其优良特性成为近几年的研究热点。由β-环糊精和氧化石墨烯构筑的超分子杂化体在兼具二者特有性能的基础上又有新功能的引入。本文综述了β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体的构筑方式,按二者间的连接方式,分别为共价键和非共价键两种连接方式,其中通过共价键连接是目前最主要的构筑方式;此外对β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体的特征和表征进行了简述。同时对β-环糊精-氧化石墨烯超分子杂化体在水污染处理、电化学检测、药物控释和催化等领域的应用进展进行了综述。最后对该超分子杂化体在构筑和应用上的发展趋势进行了展望。

石墨烯-氧化铈杂化材料的合成及可见光催化降解氨氮

采用水热法合成了氧化铈-石墨烯(CeO_2-rG)复合材料,并用XRD、TEM、FT-IR、Raman、UV-Vis等手段进行了表征。以CeO_2-rG为光催化剂,在可见光λ>400nm照射下光催化降解了氨氮。考察了氧化石墨烯含量、溶液的pH值、氨氮初始浓度、催化剂用量对氨氮降解效率的影响。结果表明,当氨氮溶液浓度为100.0mg/L、溶液的pH值为10.0、溶液体积50.0mL、催化剂量为0.1g、可见光辐射8h时,单组份CeO_2降解氨氮的效率仅为38%,而CeO_2-rG(GO 5.0%(质量分数))杂化催化剂降解氨氮的效率达到92.4%。动力学研究表明,氨氮降解遵守一级反应动力学规律,其表观速率常数的平均值为4.2×10-3 min-1。根据反应产物分析了反应机理。

氧化石墨烯增强硅烷杂化膜的耐蚀性

在40Cr基体表面制备了添加氧化石墨烯的双[γ-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物(BTESPT)杂化硅烷膜。采用正交试验法确定了最佳成膜工艺为:氧化石墨烯100 mg/L,浸渍时间40 s,固化温度100℃,固化时间30 min。扫描电镜观察、红外光谱分析、盐水浸泡试验和电化学阻抗谱测量的结果表明,添加氧化石墨烯明显提升了硅烷膜在钢基体表面的成膜性和耐蚀性。

银铜双金属/组氨酸功能化石墨烯量子点/石墨烯杂化物的制备及其在电化学法测定黄瓜中毒死蜱、克百威和多菌灵上的应用

为了提高金属纳米粒子在石墨烯片上的分散度,通过组氨酸功能化石墨烯量子点(His-GQD)作为桥梁,设计合成银铜双金属/His-GQD/石墨烯杂化物(AgCu/His-GQD/G)。His-GQD通过π-π堆积作用固定到氧化石墨烯上,然后与银离子和铜离子结合形成复合物,最后在氮气保护下热还原获得AgCu/His-GQD/G。形成的杂化物表现出独特的三维结构,且银、铜纳米粒子均匀分散在石墨烯片上。基于该杂化物构建了电化学适配体传感器,适配体与杂化物上的银、铜纳米粒子通过Ag-N和Cu-N键连接而修饰到电极表面上,用于毒死蜱、克百威和多菌灵的测定,表现出高的灵敏度和选择性。毒死蜱、克百威和多菌灵标准曲线的线性范围分别为1.00×10^(-2)~1.00×10^(3)pmol·L^(-1)、1.00×10^(-1)~1.00×10^(4)pmol·L^(-1)和1.00~1.00×10^(6)pmol·L^(-1),检出限(3S/N)分别为3.2×10^(-3)pmol·L^(-1)、2.3×10^(-2)pmol·L^(-1)和2.9×10^(-1)pmol·L^(-1)。该适配体传感器用于黄瓜样品中克百威、毒死蜱和多菌灵的测定,仅检出多菌灵,检出量为1.21 pmol·L^(-1)和1.25 pmol·L^(-1);并按标准加入法进行回收试验,回收率为99.3%~100%。

掺氮超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的制备及其生长机理研究

金刚石-石墨烯杂化/复合材料兼具金刚石和石墨烯的优异性能,在储能、光电、生物传感器等领域有着重要的应用。近年来,大量的研究致力于这类材料的形成过程,但其生长机理仍不清楚。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以有机小分子二异丙胺作为唯一碳、氮源制备了氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜。采用SEM、TEM、Raman、XRD等手段详细分析了杂化薄膜的微观形貌以及物相组成,并结合等离子体发射光谱(OES)对生长时基团种类及含量变化的原位测量,提出了可能的生长机理,为调控氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的微观结构和性能提供理论依据。

稀土配合物-无机杂化发光材料研究进展

稀土元素独特的4f亚层电子在一定的激发条件下具有丰富的能级跃迁,表现出优异的磁、光、电等性能,但稀土三价离子4f组态内跃迁是宇称禁戒的。将稀土离子引入某些晶格中或者结合有机配体形成稀土配合物,可提高其发光强度。稀土配合物易受外界环境影响,稳定性较差,将有机配体与无机基质连接制备高性能稀土杂化发光材料,应用潜力巨大。本文从结构组成、发光机理和合成方法等方面详细综述多种无机基质和稀土配合物杂化材料的研究现状,包括介孔二氧化硅、沸石、锂皂石、石墨烯及其衍生物、二氧化钛等。其次,介绍稀土无机杂化材料在硅太阳能电池、LED发光材料、信息防伪加密发光传感器和生物应用等不同领域的应用进展。最后,对稀土无机杂化工艺的发展趋势进行了展望,未来应探究稀土离子有机配体和无机基质的微观结构组成及作用机理,研究敏化性能良好有机配体的设计和组装,从而实现稀土无机杂化材料的高效利用和功能化发展,并实现工业化生产。

石墨烯/白炭黑杂化材料的制备工艺设计

石墨烯纳米片是由sp~2组成的密实单层蜂窝状晶格纳米结构杂化碳原子,具有优良的热性能、优异的力学和电学性能。但由于其具有较大的表面能、较高的化学稳定性,石墨烯纳米片自身之间存在很强的范德华力,容易发生不可逆的聚集,使其难溶于水和常用有机溶剂,限制了石墨烯的进一步研究和应用。本工作采用液相剥离法制备石墨烯,通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷的偶联作用,制备了石墨烯白炭黑杂化材料。白炭黑的修饰改善了石墨烯的分散性问题,有效解决石墨烯的自聚集和与基体界面结合作用弱的瓶颈问题,并且能够使石墨烯稳定分散,尤其是在橡胶基体中,从而改善天然橡胶的各项物理机械性能。

氧化石墨烯核-壳杂化粒子/硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能

采用阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)改性SiO_2,再通过静电自组装制备了SiO_2-PDDA-氧化石墨烯(GO)核-壳杂化粒子。采用溶液共混法将SiO_2-PDDA-GO引入到高温硫化硅橡胶(SR)中,制备了SiO_2-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料。结果表明:该方法能实现GO在SiO_2表面大面积的包覆,解决了GO容易自聚集的问题,且PDDA具有还原GO的作用,无需再对GO核-壳杂化粒子/SR复合材料进行原位热还原,简化了实验方案,节能环保。SiO_2-PDDA-GO填充量为60wt%时,在100 Hz频率下,SiO_2-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料的介电常数为21.53,是SR的11.6倍,介电损耗保持较低值,同时,复合材料的模量保持在较低水平。在电场强度为2.48kV/mm时,60wt%的SiO_2-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料横向电致形变在同一电场强度下与SR相比增加了15倍。

氧化石墨烯基纳米杂化物在防腐涂料中的应用研究进展

氧化石墨烯(GO)具有比表面积高、阻隔性好等特点,将其作为填料加入涂料体系中可增强涂层的防腐性能.但是,氧化石墨烯片层间存在的相互作用使其容易形成聚集体,这妨碍了其阻隔性能的充分发挥,严重的聚集甚至会导致涂层机械性能变差.除了氧化石墨烯,其他纳米材料在防腐涂料中同样应用广泛,并且显示出与氧化石墨烯功能互补的特点.研究表明,对氧化石墨烯和其他纳米材料进行表面改性,获得的纳米杂化物能够使防腐涂料获得更好的防腐效果.基于此,总结了氧化石墨烯基纳米杂化物体系在提高涂料防腐性能方面的研究进展.并对其未来发展趋势进行了展望.

聚丙烯原位碳化合成石墨烯负载碳球纳米杂化材料研究

本研究以氧化石墨烯（GO）为模板负载氢氧化镍（Ni（OH）2）和氢氧化钴（Co（OH）2）纳米粒子,并分别熔融共混到聚丙烯（PP）中,利用PP原位碳化方法成功制备出GO负载碳球纳米杂化材料。利用X射线衍射（XRD）和拉曼波谱分析（Raman）对合成的Ni（OH）2、Co（OH）2、GO负载Ni（OH）2和GO负载Co（OH）2进行表征。采用透射电子显微镜（TEM）、XRD和Raman等对合成的石墨烯负载碳球纳米杂化材料的形貌结构和物理性质进行表征。结果表明：利用PP原位碳化可成功制备两种不同类型的石墨烯负载碳球纳米杂化材料。

Fe_3O_4/GO/PPy复合材料的制备及其对2-硝基-1,3-苯二酚的吸附性能

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,用水热法首次制备了Fe_3O_4/GO/PPy(聚吡咯)三元复合粒子用于处理含2-硝基-1,3-苯二酚(NRC)的废水,研究了其对水中NRC的吸附性能。采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计及ζ电位等对所制备复合粒子的结构进行了表征;研究了溶液pH值、吸附剂用量、NRC的初始浓度、吸附时间和温度对吸附NRC的吸附性能的影响,并对吸附过程进行了吸附动力学模拟。结果表明:制备的Fe_3O_4/GO/PPy复合材料为层状分散结构,PPy及Fe_3O_4颗粒无规则地镶嵌在石墨烯片层之间。Fe_3O_4颗粒为多面体晶体结构,尺寸为100～300 nm。Fe_3O_4/GO/PPy具有超顺磁性,40 s可以磁分离,NRC移除率达91.6%;在NRC浓度为200 mg·L^(-1)、pH=5±0.05、温度T=318 K、吸附剂用量10 mg·L^(-1)和吸附时间6 h的条件下Fe_3O_4/GO/PPy对NRC的吸附量最大,达到163.3mg·g^(-1)。NRC吸附动力学符合二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型。循环使用5次后,NRC的移除率由最初的91.6%下降至77.6%,说明Fe_3O_4/GO/Ppy磁性复合物的结构具有较好的稳定性,且可以再重复利用。

碳质材料在锂硫电池中的应用研究进展

随着石墨负极的成功商用,锂离子电池在智能手机、笔记本电脑等便携式电子设备中已得到广泛的应用。经过20多年的发展,现有基于嵌锂化合物正极的锂离子电池已接近其理论容量,但仍不能满足高速发展的电子工业和新兴的电动汽车等行业的要求,寻找具有更高能量密度的电池系统迫在眉睫。锂硫电池系统具有极高的理论能量密度,在多种储能系统中是最具潜力的一种二次电池。但是锂硫电池中也存在硫的电导率极低、多硫化物溶解迁移等问题,使其在走向实用化的过程中遇到许多困难。纳米碳质材料在新型锂硫电池的开发过程中处于重要地位,通过纳米炭的引入,可以获得导电复合正极材料,控制多硫化物的穿梭,从而有望实现正极硫材料的高效利用。综述了基于纳米炭-硫复合正极材料,尤其是碳纳米管、石墨烯、多孔炭以及其杂化物等材料复合的电极,分析其结构与锂硫电池性能的关系,并展望锂硫电池的发展方向。

煤矿开采安全防护用聚氨酯注浆材料试验研究

聚氨酯注浆材料具有黏度适中、凝胶时间可控、耐磨、耐化学腐蚀和力学性能优异等特点,被广泛用于煤矿开采安全防护。但其导热、抗静电、阻燃等性能有待提高,存在较大的安全隐患,限制了聚氨酯注浆材料在煤矿井下的应用。石墨烯/聚苯胺纳米杂化物的加入对聚合物基复合材料导热、导电、阻燃等性能具有突出的增强效果,有望成为聚氨酯注浆复合材料性能改善的理想改性剂。利用原位化学氧化聚合法制备了石墨烯/聚苯胺(rGO/PANIf)纳米杂化物,通过FTIR、XRD、TEM、TG等分析方法对纳米填料的微观结构与形貌进行表征,并将rGO、PANIf、rGO/PANIf分别作为填料制备聚氨酯注浆复合材料,研究了不同填料及不同添加份量的纳米填料对改性聚氨酯注浆材料热稳定性、阻燃性能、导热性能和抗静电性能的影响。结果表明:rGO/PANIf杂化物的加入可以提高聚氨酯注浆复合材料的导热性能、抗静电性能、热稳定性和阻燃性能;与纯聚氨酯注浆材料相比,仅添加1wt%(质量分数)的rGO/PANIf杂化物,聚氨酯注浆复合材料的点燃时间延长了16 s,CO产生速率下降了25.6%;添加5wt%的rGO/PANIf杂化物,聚氨酯注浆复合材料的导热系数提高了19.4%,体积电阻由8.0×10^(13)Ω降低到3.1×10^(11)Ω,最大热解温度提高了25℃,热释放速率峰值、总热释放量、总烟气释放量分别降低了24%、18%、17.4%。

雁栖:大咖共同的纳米家园

近几年来,王中林、范守善、宋延林、魏飞等中国科学家在纳米科技领域屡创佳绩,这不仅体现在科研成果上,更体现在发展纳米产业、将研究项目顺利'落地'上. 近几年来,中国科学家在纳米科技领域屡创佳绩,王中林、范守善、宋延林、魏飞……无论是世界权威科学杂志上,还是国际性纳米会议上,中国人的名字都频频出现,令世界为之瞩目.