石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺研究进展

光催化剂因其具有强氧化性、高化学稳定性、环保、无毒性等优点,广泛应用于污水处理、空气净化、疾病治疗、环境修复等领域。为改善纳米光催化剂的光响应范围,添加石墨烯基系列材料已成为国内外的研究热点。综述了石墨烯基材料与半导体金属氧化物复合光催化剂研究现状,总结了不同制备工艺对石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂形貌结构和光催化性能的影响,对各类制备工艺的优缺点进行了比较,并指出了相关工艺需要克服的关键技术问题,展望了石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂未来发展方向,以期为提高半导体金属氧化物的光催化性能和石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺的优化提供参考。

石墨烯复合载体催化剂在柴油车尾气NO脱除中的应用

氨气选择性催化还原法有利于柴油车尾气中NO的脱除,为适合柴油车尾气条件和温度,制备一种石墨烯和TiO_(2)复合载体的脱硝催化剂,通过NH_(3)-SCR催化活性评价、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积与孔隙度分析仪(BET)和程序升温还原(H_(2)-TPR)等表征得出以下结论:对于TiO_(2)载体催化剂,高含量的Ce有利于提高NH_(3)-SCR催化活性,并扩宽活性温度区间,活性组分Fe有利于其低温活性;对于石墨烯载体催化剂,活性组分Ce的催化活性更优越,但Fe更有利于高温活性;针对TiO_(2)和石墨烯复合载体脱硝催化剂,进一步扩宽了催化活性温度区间,改善催化剂反应过程中的粉化现象,但是催化活性略有下降,其中Fe0.1Ce0.4Ti/10%GR催化剂具有最优的NH_(3)-SCR活性,在220~450℃温度区间内NO转化率达到90%以上。

石墨烯负载Pt催化剂的制备及对甲酸的电催化氧化

采用恒电位电化学还原技术制得石墨烯电极,然后采用循环伏安方法在石墨烯基体上电沉积一层Pt纳米微粒.采用电化学测试技术研究Pt/石墨烯电极材料的电子传递性能及对甲酸电催化氧化性能.相对于商用Pt电极材料,Pt纳米微粒/石墨烯电极材料对甲酸表现出优异的电催化氧化活性,氧化峰电流显著提高.该种石墨烯负载Pt催化剂有望用作直接甲酸燃料电池的优良电极材料.

氧化石墨烯复合金属催化剂催化碳酸二甲酯合成反应性能

针对甲醇气相氧化羰基化直接合成碳酸二甲酯(DMC)反应中催化剂活性低和稳定性差的问题,制备了一系列氧化石墨烯复合金属催化剂,并对其进行活性评价。结果表明:催化剂PdCl_2-CuCl_2-KOAc/AC@GO-HCl表现出最佳的催化活性和稳定性:DMC的空时收率(STY)为800～900 g·(L cat)^(-1)·h^(-1),且反应16 h内活性无明显下降;甲醇选择性保持在95%以上,CO选择性为35%～40%。结合XRD和XPS表征发现,活性物种Cu_2Cl(OH)_3的生成,提高了催化剂催化活性,而CuO和KCl均可导致催化剂的失活。

二氧化钛/氧化石墨烯复合光催化剂的合成

采用水热法,以钛酸四正丁酯及氧化石墨烯(GO)为原料,在水性体系中合成了一系列具有不同GO质量分数的TiO2/GO复合光催化剂。FE-SEM分析结果表明,分散的钛酸四正丁酯以多分子层的形式吸附到氧化石墨烯的表面,最后在水热过程中转化为锐钛型TiO2粒子。当氧化石墨烯的质量分数低于3%时,产物中含有纯TiO2微球及TiO2/GO复合物;当氧化石墨烯质量分数大于5%时,产物为单纯的TiO2/GO复合物。电化学性能测试结果表明,GO复合后,TiO2电极中载流子的传输效率提高。氧化石墨烯复合量为10%时,复合光催化剂显示了对亚甲基蓝最佳的光催化活性。当复合氧化石墨烯转化为石墨烯后,其光催化活性可得到进一步大幅度的提高。

四氧化三铁-石墨烯复合芬顿催化剂用于染料脱色的研究

芬顿催化是污水处理中最常用的技术之一，但是传统芬顿试剂需要对水体进行酸化并造成大量亚铁离子浪费．本文用水合肼还原法制备了四氧化三铁一石墨烯复合芬顿催化剂（Fe3O4-G），测试其催化脱色甲烯蓝的活性．Fe3O4-G样品用透射电镜、x射线光电子能谱和红外光谱等表征．Fe3O4-G能催化双氧水分解氧化脱色甲烯蓝．Fe3O4-G在pH3．5＂-9．5范围内均能有效催化脱色甲烯蓝，最佳pH为8．5．Fe3O4-G的催化活性几乎不受溶剂的影响，加入自由基淬灭剂叔丁醇对脱色也没有明显抑制．Fe304-G在较高的温度下催化能力更强，增大双氧水用量也能促进脱色反应．

还原氧化石墨烯-TiO_2纳米管复合光催化剂的制备及其对CO_2的光催化还原性能

以石墨粉和纳米TiO2为原料,采用水热法合成了还原氧化石墨烯(RGO)-TiO2纳米管复合光催化剂。运用XRD,TEM,FTIR和UV-Vis DRS技术对该复合光催化剂进行了表征,并考察了其在模拟太阳光下催化还原CO2的活性。表征结果显示:尺寸均一的TiO2纳米管均匀生长在RGO片层表面;RGO的引入拓宽了TiO2纳米管的光响应范围。实验结果表明:TiO2纳米管与适量RGO复合后,光催化还原CO2的活性明显增强;在GO加入量(水热合成时GO质量占GO与TiO2总质量的百分比,GO质量以氧化石墨计)为5%、光催化剂加入量为1.5 g/L的最佳条件下,光催化剂的催化活性是复合前的4倍;RGO-TiO2纳米管复合光催化剂具有良好的重复使用性能。

在复合金属氧化物催化剂上丙烷直接氧化制丙烯酸

丙烷直接氧化制丙烯酸是近年来催化氧化的热点课题。MoVTe(Sb)NbO复合金属氧化物催化剂是该反应最重要的一类催化剂。本文对该类催化剂的制备化学包括活化方式以及决定催化性能的主要活性相结构等方面的新近认识进行了系统评述;依据丙烷催化转化的反应途径,总结了有关催化剂元素组分在反应中的作用与功能的最新进展,调变催化剂的粒子尺寸与形貌、晶相组成与结构、表面酸碱性与氧化还原性将是获得优良催化性能的关键因素。

石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究

以钛酸正丁酯为钛源,采用一种简单的原位水解技术制备了石墨烯/二氧化钛复合光催化剂.通过XRD、SEM、TEM、Raman、PL和UV-vis光谱仪等分析手段对产物进行了表征,并测试了该复合光催化剂在可见光区对染料罗丹明B的光催化降解性能.实验结果表明:制备的复合光催化剂主晶相为锐钛矿型二氧化钛,石墨烯表面富集的二氧化钛颗粒尺寸约为10～20nm左右,均匀弥散、形成一层致密的氧化钛膜层.样品降解罗丹明B测试结果表明,石墨烯与二氧化钛的复合,一方面使得二氧化钛光催化剂在可见光区的吸收大大增强,另外,石墨烯的存在能够促进二氧化钛半导体中电子和空穴的有效分离,并且在一定程度上提高了污染物在半导体表面的富集效率,从而使石墨烯/二氧化钛复合光催化剂对降解罗丹明B表现出良好的光催化活性.

氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层对RAW264.7巨噬细胞免疫活性的影响

背景:纯钛种植体植入机体后存在骨融合失败或者种植体周围感染等问题,因此对钛种植体表面进行改良已成研究的热门话题。巨噬细胞是机体应对外界刺激的一道免疫防线,任何生物材料植入体内后的相关免疫反应均与巨噬细胞相关。目的:采用电化学沉积法在纯钛片表面制备氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层,分析涂层的表面特征及对RAW264.7巨噬细胞生长、极化的影响。方法:采用电化学沉积法在纯钛片表面分别制备单纯氧化石墨烯涂层、氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层,表征涂层的物理性能。将纯钛片(空白组)、沉积单纯氧化石墨烯涂层的钛片(对照组)、沉积氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层的钛片(实验组)分别与RAW264.7巨噬细胞共培养,采用CCK-8法、DAPI染色检测细胞增殖,扫描电镜观察细胞在钛片表面的黏附,流式细胞仪检测细胞极化表型。结果与结论:(1)扫描电镜下可见纯钛片有定向划痕与少量点状凹陷;沉积单纯氧化石墨烯涂层后,钛片表面可见较多裂纹沟壑和大小不均匀的颗粒状物,以及氧化石墨烯特征的褶皱样结构;沉积复合涂层后,钛片表面较光滑,可见团状颗粒,颗粒大小较为均匀。沉积复合涂层钛片的水接触接角小于纯钛片、沉积单纯氧化石墨烯涂层的钛片(P <0.05)。(2)CCK-8检测与DAPI染色显示,相较于空白组、对照组,实验组细胞增殖更快。扫描电镜下可见RAW264.7细胞均黏附于3组钛片表面,随着培养时间的延长细胞形态发生改变,由圆形向梭形转变,至培养7 d时,空白组细胞伸出的伪足短而少,对照组细胞伸出长而多的伪足,实验组细胞伸出短而多的伪足,并且实验组细胞整体饱满度最优。流式细胞仪检测显示,实验组细胞更高比例向抗炎方向M2型极化。(3)结果表明,氧化石墨烯/羟基磷灰石复合涂层具有良好的理化性能及生物学性能。

羟基磷灰石-氧化石墨烯复合涂层促进大鼠骨缺损的修复

背景:钛及钛涂层材料在口腔种植领域广泛运用,但仍存在着种植体周围炎、种植体脱落及松动等现象,因此对纯钛的表面改性成为了口腔医学研究的热点问题。目的:探究钛表面羟基磷灰石-氧化石墨烯复合涂层的物理性能及促成骨性能。方法:在电压为10,30,50 V条件下,采用电化学沉积法在钛表面分别制备羟基磷灰石-氧化石墨烯复合涂层,表征涂层的微观形貌、亲水性能,筛选最佳电压条件下制备的复合涂层,用于动物实验。取54只SD大鼠,在双侧后肢股骨头制备直径2 mm、深度7 mm的缺损,随机分3组干预,每组18只:空白组不植入钛材料,纯钛组植入纯钛材料,涂层组植入负载羟基磷灰石-氧化石墨烯复合涂层钛材料,植入后第4,8,12周取材,通过X射线片、Micro-CT扫描、病理切片染色观察成骨效果。结果与结论:(1)扫描电镜下可见,当电压为10 V时,涂层中出现了大量的裂纹和块状物;当电压升至30 V时,涂层仍然存在一些小的块状物,但整体上表现出较为平坦的均匀性;当电压为50 V时,涂层的分布更加均匀,裂纹和斑点也减少。在50 V电压下制备的复合涂层亲水性能最佳。综合以上,动物实验选择在50 V电压下制备的复合涂层材料。(2)X射线片显示种植体植入位置相对固定,未产生严重的术后炎症反应。Micro-CT扫描结果显示,涂层组种植体表面新骨形成速度与成骨量均优于纯钛组(P <0.001)。病理切片苏木精-伊红染色、Masson染色进一步证实了Micro-CT扫描结果。病理切片免疫组化染色显示,纯钛组植入第12周的骨桥蛋白、骨形态发生蛋白2表达高于空白组(P <0.001),涂层组植入第12周的骨桥蛋白、骨形态发生蛋白2表达高于纯钛组(P <0.001)。(3)结果显示,羟基磷灰石-氧化石墨烯复合涂层材料具有良好的物理性能与促成骨性能。

氧化铁/还原氧化石墨烯/钨酸铋复合光催化剂的光催化性能研究

采用一步水热法成功制备出了具有完整微球形貌的氧化铁/还原氧化石墨烯/钨酸铋(Fe_(2)O_(3)-rGO-Bi_(2)WO_(6))异质结复合光催化剂。将不同光催化剂复合、离子掺杂、氧化石墨烯(GO)复合这3种钨酸铋(Bi_(2)WO_(6))催化性能改性方法有效地结合在一起。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(FE-SEM)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等手段系统地研究了不同Fe/Bi比值下Fe_(2)O_(3)-rGO-Bi_(2)WO_(6)样品形貌、晶体结构和可见光光催化性能及其变化规律。结果表明:在石墨烯、异质结以及少量Fe3+离子掺杂的协同作用下,随着Fe/Bi比值从0到1,Fe_(2)O_(3)-rGO-Bi_(2)WO_(6)样品的吸收波长出现先红移再转变为蓝移的现象,禁带宽度相应的先减小后增大,光催化降解速度先增快后逐渐减慢。

镍铜纳米线-氧化石墨烯复合磁性催化剂的制备及其性能

相对于贵金属催化剂,催化效率较低和循环使用性能不佳,是限制非贵金属催化剂在处理含硝基芳烃类的有机废水及工业生产对氨基苯酚等多相催化领域应用的关键因素,因此开发高效且可循环使用的非贵金属催化剂是当务之急。采用磁场辅助-液相还原-金属置换法,先在氧化石墨烯(GO)水溶胶体系中自组装制备氧化石墨烯与镍纳米线(Ni-NWs)的原位复合物Ni-NWs@GO,再利用原电池反应于液相条件下在前驱体Ni-NWs@GO的表面通过金属置换负载上活性金属铜(Cu),制备了一种磁性纳米催化剂镍铜纳米线-氧化石墨烯(Ni&Cu-NWs@GO),并以催化还原对硝基苯酚为对氨基苯酚为反应模型考察了其催化性能。结果表明:优化条件下制备的Ni&Cu-NWs@GO复合材料平均直径约为90nm,平均长度大于2μm,比表面积为11.36m^(2)/g;将其用于催化还原对硝基苯酚反应时,催化效率达到98.29%,质量反应速率常数为5.81mg-1·min-1,循环反应十圈后催化反应转化率超过82%,综合性能明显优于参照催化剂(市售雷尼镍)。

氮掺杂石墨烯负载尖晶石钴铁氧化物氧还原催化剂的制备及性能研究

以聚苯并咪唑(PBI)为氮源和碳源,通过高温热解合成具有高含氮量的氮掺杂石墨烯,随后经水热反应制备氮掺杂石墨烯负载尖晶石CoFe_(2)O_(4)-NG#400催化剂.电化学测试表明,CoFe_(2)O_(4)-NG#400的起始电位为0.123 V、半波电位为-0.044 V,催化活性接近商用20%Pt/C催化剂.同时,CoFe_(2)O_(4)-NG#400的耐久性优于商用20%Pt/C催化剂.实验结果表明,CoFe_(2)O_(4)-NG#400具有良好的催化氧还原性能,可以作为一种非贵金属氧还原催化剂应用在燃料电池领域.

金属复合氧化物基燃烧催化剂在固体推进剂中的研究进展

为了阐明不同结构类型的金属复合氧化物及其复合材料作为燃烧催化剂时对固体推进剂含能组分的热分解催化性能,分别对尖晶石型、钙钛矿型、类钙钛矿型、碳材料基金属复合氧化物及金属元素掺杂的金属复合氧化物的催化活性进行总结。根据其结构及负载材料的不同,分析其对固体推进剂燃烧速率、压力指数及含能组分热分解峰温、放热量及表观活化能的影响,发现金属复合氧化物及其复合材料表现出比单一金属氧化物更为优异的催化活性。最后,指出了今后金属复合氧化物基燃烧催化剂在固体推进剂中的研究方向。

石墨烯/二氧化钛复合催化剂制备及光电催化性能研究

本文将钛酸四丁酯和石墨粉为基本原料,采用水热合成法制备了石墨烯/二氧化钛复合材料,并研究了其在不同光照条件、石墨烯含量、光催化时间和p H值等因素对罗丹明B的降解效果影响。实验结果表明：对于此复合催化剂,当在石墨烯质量分数为10%、p H为6~7、光催化30 min等条件下,石墨烯/二氧化钛复合材料在紫外光下对罗丹明B的光电催化降解效率能达到96%以上。

甲醇电氧化催化剂中金属氧化物/石墨烯复合载体的研究进展

在直接甲醇燃料电池中,载体是影响催化剂性能的重要因素之一。金属氧化物在强氧化环境中虽然比碳材料具有更好的耐腐蚀性,但导电性差等特性却限制了其在催化剂载体领域的应用。本文主要阐述了金属氧化物/石墨烯复合载体对直接甲醇燃料电池阳极催化剂性能的影响。总结发现,金属氧化物/石墨烯复合载体对活性组分的粒径、分散度、利用率及催化活性均有着显著影响。

丙烷选择氧化制丙烯酸复合金属氧化物催化剂的研究进展

综述了丙烷选择氧化制丙烯酸的复合金属氧化物催化剂(CMO)研究进展,特别是主要金属元素的作用以及催化剂制备过程中金属原子比、混合方法、干燥方式、焙烧气氛和pH值等因素对CMO催化性能的影响,并指出了今后的研究方向。

泡沫镍负载石墨烯/钯复合催化剂制备及电催化偏二甲肼研究

为了解决电化学方法处理偏二甲肼(Unsymmetrical Dimethylhydrazine,UDMH)污染时,常用的碳基电催化剂贵金属含量较高、价格昂贵的问题,采用化学浸渍法制备泡沫镍负载石墨烯/钯复合催化剂,分析了氧化石墨烯浓度、PdCl2浓度和pH值对催化剂性能的影响,运用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射表征了催化剂的表面形貌和结构特征。将复合催化剂应用于构建UDMH-质子交换膜燃料电池,测试了电池的性能。结果表明:大比表面积的氧化石墨烯浓度变化是影响复合电极电催化性能的主要因素;在氧化石墨烯浓度为1 mg/mL、PdCl2浓度为0.2 mol/L、pH=3的条件下,UDMH氧化峰电流密度最大;所制备的燃料电池可获得最大开路电压0.9 V、最大功率密度0.61mW/cm^(2)的性能输出。

PLGA/赖氨酸接枝氧化石墨烯纳米粒子复合支架对MC3T3细胞成骨分化的影响

背景:骨损伤后如何有效促进骨再生和骨重建一直是临床骨修复研究中的关键问题,利用生物和降解材料搭载生物活性因子在骨修复中具有优秀的应用前景。目的:探究赖氨酸接枝氧化石墨烯(LGA-g-GO)纳米粒子改性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)复合支架对成骨分化及新骨形成的影响。方法:将PLGA溶于二氯甲烷中,利用溶剂挥发法制备PLGA支架;将氧化石墨烯均匀分散于PLGA溶液中制备PLGA/GO复合支架;利用化学接枝法制备LGA-g-GO纳米粒子,将LGA-g-GO纳米粒子按不同的质量比(1%,2%,3%)与PLGA共混构建出PLGA/LGA-g-GO复合支架。表征5组支架的微观形貌、亲水性、蛋白吸附能力。将MC3T3细胞分别接种于5组支架表面,检测细胞增殖与成骨分化情况。结果与结论:①扫描电镜下可见PLGA支架表面光滑平坦,其余4组支架表面粗糙,并且随着LGA-g-GO纳米粒子加入量的增加,复合支架的表面粗糙程度加重;PLGA/LGA-g-GO(3%)复合支架的水接触角低于其他4组支架(P<0.05);PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)复合支架的蛋白吸附能力强于PLGA、PLGA/GO支架(P<0.05);②CCK-8检测显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)复合支架可促进MC3T3细胞的增殖;碱性磷酸酶染色与茜素红染色显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)组细胞碱性磷酸酶活性高于其他3组(P<0.05),PLGA/GO组、PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)组钙沉积多于PLGA组(P<0.05);③结果表明,PLGA/LGA-g-GO复合支架能够促进成骨细胞的增殖和成骨分化,有利于骨损伤后的骨再生和骨重建。