C60与石墨烯复合材料性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了C60与石墨烯两种可能的复合材料的电子结构,分析了复合材料的能带结构、电子态密度和Hirshefeld电荷转移.计算结果显示,复合材料表现出导体性质.

用于钎焊C/C复合材料的稀土改性还原氧化石墨烯增强AgCuTi复合钎料

为了解决钎焊接头中脆性化合物的形成问题,我们设计了一种创新性的稀土改性还原氧化石墨烯增强AgCuTi复合钎料,进而获得了以Ag-Cu共晶为主要组织且脆性化合物生成量合适的钎焊接头。对比分析了有无稀土Ce改性的复合钎料的成分和显微组织,结果表明,经Ce改性后的还原氧化石墨烯在钎料中更加均匀分散。比较了分别采用有无Ce改性的钎料钎焊C/C复合材料-C/C复合材料接头的界面微观结构,并研究了石墨烯含量对接头组织和性能的影响。结果表明,由于经Ce改性的钎料中的还原氧化石墨烯分散性更好,从而细化了焊缝组织,且物相分布更均匀,使得接头的剪切强度明显提高。当石墨烯含量为0.5 wt.%时,使用Ce改性的钎料所得钎焊接头的平均剪切强度最高,为31.82 MPa,提高了50%。

C_(60)-羟丙基-β-环糊精包络化合物/石墨烯纳米复合材料光催化固氮反应

通过主、客体反应合成了水溶性的C60-羟丙基-β-环糊精包络化合物,负载在石墨烯表面制备了C60-羟丙基-β-环糊精包络化合物/石墨烯纳米复合材料光催化剂。在常温常压条件下,该催化剂在紫外光照射下成功地将N2还原为NH3,计算出固氮反应的平均转化数(TON)为2.2,平均转化频率(TOF)为0.7h-1。C60-羟丙基-β-环糊精包络化合物/石墨烯纳米复合材料为常温常压下固氮反应提供了一种新型光催化剂,并为合成氨的研究提供了一条新思路。

维他命C绿色还原制备石墨烯/Pt复合材料

以氧化石墨和氯铂酸作为初始反应物,采用环境友好型还原剂Vitamin C,绿色还原制备了石墨烯/Pt（GNS/Pt）纳米复合材料。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱（RS）等分析手段对石墨烯/Pt样品进行了表征。结果表明：氧化石墨还原彻底,铂离子和氧化石墨在反应过程中同时被Vitamin C还原,样品的无序度增加,平均晶粒尺寸逐渐减小,Pt粒子的大小和分布受氯铂酸用量的影响,在一定的铂离子浓度下,粒径为7-10 nm的铂纳米粒子均匀分布于石墨烯片层之间,有效地减少了石墨烯片层间的团聚现象。此外,GNS/Pt可稳定分散于水、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）等多种溶剂中,且导电率高达12630 S·m-1。

垂直取向石墨烯包覆泡沫镍复合中间层钎焊C/C复合材料与Nb的工艺及性能

针对碳/碳(C/C)复合材料与铌(Nb)钎焊接头高残余应力问题及高温服役需求,采用等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)方法获得了垂直取向石墨烯(vertically aligned few-layer graphene,VFG)包覆泡沫镍复合中间层,并使用该复合中间层搭配TiNi钎料辅助钎焊C/C复合材料与Nb.采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱方法表征VFG及接头的微观组织结构及表面化学状态.结果表明,钎缝中原位形成了弥散分布的(Ti,Nb)2Ni颗粒及(Ti,Nb)C环状第二相,有效降低了钎缝整体的线膨胀系数,缓解了接头残余应力.同时,均匀分布的Nb(s.s.)使得钎缝组织保持了良好的高温塑性,接头在1000℃下的抗剪强度达到33 MPa,比无中间层直接钎焊接头的抗剪强度提高了450%.

基于FSP制备GNSs/6061铝基复合材料

采用搅拌摩擦加工方法(FSP),分别将多层石墨烯(GNSs)和无电镀铜Si C颗粒/石墨烯添加进6061-T651铝合金,制备出两种铝基复合材料。通过光学显微镜、纳米压痕仪对比分析母材和两种铝基复合材料的硬度和弹性模量,利用扫描电镜(SEM)和能量色散谱(EDS)研究增强相与母材的融合情况。研究表明:多层石墨烯增强材料的硬度达到母材的121.3%,但存在增强相分布不均匀现象;无电镀铜石墨烯增强材料对母材的增强效果较明显,硬度达母材的136.1%;无电镀铜石墨烯颗粒搅拌进入铝母材后,铜镀层扩散到Si C颗粒周围,使增强相与母材牢固联接。

钴基MOFs/石墨烯微纳结构电极材料的制备及其电容性能的研究

以氧化石墨烯为前驱体、Co(NO_3)_2·6H_2O为钴源、对苯二甲酸(H_2BDC)为配体、三乙胺为添加剂、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过一步溶剂热法制备了具有微纳结构Co_2(OH)2_BDC/rGO复合电极材料。Co_2(OH)_2BDC/rGO复合材料是由微米级的Co-MOF颗粒直接锚定式生长在还原氧化石墨烯表面形成的,而Co_2(OH)_2BDC是由定向排列的纳米棒自组装形成的类球形颗粒。研究结果表明:不同的GO的浓度对复合材料的物相结构、形貌及电化学性能有很大的影响。当GO的浓度为2 mg/ml时,在110℃,24 h溶剂热合成得到的Co_2(OH)_2BDC/rGO复合材料在电解液为1M KOH,5 mV/s下比电容为225 F/g。在恒流充放电测试中,当电流密度从3 A/g增加到10 A/g时,Co_2(OH)_2BDC/rGO的电容保持率为83.5%。在3 A/g下经过500次充放电循环后电容的保持率为93.9%。

卟啉-新型碳纳米复合材料在光电转换中的研究与应用

综述了新型碳纳米材料,如单壁碳纳米管(SWCNTs)、石墨烯、聚芳烃(PAH)等在构建卟啉-碳纳米结构复合材料及其在光诱导电子转移和光能转换中的研究与应用。质子化卟啉在SWCNTs表面聚集组装成超分子排列,并形成宏观束状结构;具有不同带隙的半导体型SWCNTs与金属锌卟啉的杂化结构可应用于光诱导电子转移;与SWCNTs同类的碳纳米结构材料,如SCCNT、CNH与卟啉发生相互作用,以及以石墨烯为基础的碳纳米材料与卟啉的结合和以三亚苯为核的卟啉六聚体的超分子结构也表现出高效的光电转换效率。

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。

《固体火箭技术》碳纳米(石墨烯)材料技术专栏征稿启事

碳纳米(石墨烯)材料作为一种战略性新型材料,因其比表面积大、强度高、导电导热性能优异及透光性高等特点,在轻量化材料、动力电池、电磁屏蔽材料、散热材料等领域具有巨大的应用前景。目前,碳纳米(石墨烯)材料已成为空天推进与动力领域高技术研究与应用的热点,在固体推进剂性能提升与降感、超高温绝热阻燃材料改进、内外防热涂层性能提升、高性能树脂、C/C、Si/C以及有机纤维复合材料在特种环境下性能提升等方面初露锋芒。为展示碳纳米(石墨烯)材料最新研究成果,《固体火箭技术》特别邀请专家组织一期碳纳米(石墨烯)材料在空天推进与动力领域的应用技术专栏,以期推动该材料应用技术水准和应用范围上一新台阶。

Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)C_2O_4@石墨烯复合材料的合成及电化学性能研究

过渡金属复合物/石墨烯复合材料因其具有优异的电化学性能而被广泛应用在锂离子电池中。本文以硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、草酸为原料按一定的物质的量比配制成溶液,在120℃下水热反应12h,得到多元过渡金属复合草酸盐前驱体Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)C_2O_4(NCA-C_2O_4);该前驱体经聚烯丙基胺盐酸盐修饰后,与氧化石墨烯进行复合并还原得到石墨烯包覆的多元过渡金属复合草酸盐/石墨烯负极材料Ni_(0.8)Co(_0.15)Al_(0.05)C_2O_4@Graphene(NCA-C_2O_4@G)。对材料的结构、形貌和电化学性质进行了表征。扫描电镜测试结果显示样品粒度均一,具有两端不规则长方体形貌。电化学性能测试结果表明,NCA-C_2O_4@G充放电容量高于前驱体NCA-C_2O_4;0.1C电流密度(1C=1000m Ah/g)下,NCA-C_2O4@G首次放电比容量高达1956m Ah/g;经过0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 C高倍率循环后,当测试电流密度恢复至100m A/g时,NCA-C_2O_4@G复合材料比容量可迅速回升至720m Ah/g,并在随后50次循环中比容量保持稳定,显示出良好的循环稳定性和倍率性能。

C60轰击石墨烯的瞬间动力学

采用非平衡分子动力学方法,通过分别控制温度和速度的方式研究了C60轰击石墨烯的瞬间动力学,研究表明,无论温度如何变化,C60在低速轰击石墨烯时都不能击穿石墨烯,但在高速轰击石墨烯时都能击穿石墨烯,并不受温度影响,对于在低速与高速的过渡段,发现C60击穿石墨烯的概率会随着温度的提升而呈现增加的趋势,导致此现象的原因是在高温时C60破坏石墨烯C—C键的概率更高,C60轰击石墨烯的动力学在石墨烯表面清理和纳米孔制备方面有潜在应用。

基于超分子相互作用的酞菁-碳基纳米复合材料的构建及其光电性质研究

超分子相互作用是构建酞菁-碳基纳米材料的一种新型制备策略。在基于共价或非共价相互作用的酞菁-碳基纳米结构D-A系统中,酞菁在碳基纳米结构材料如C60、单壁碳纳米管、石墨烯中可以保持特定的空间定位,且存在良好的光物理和氧化还原性质。研究表明,这种光-电活性超分子系统可以发生高效的光诱导电子传递过程,这对于发展新一代光电子装置具有非常重要的意义。

两种不同分离方法的唾液多肽组分析结果比较

唾液多肽经Zip-Tip C 18固相萃取和氧化石墨烯-磷酸镧纳米复合材料(LaGM)两种方法分离后,利用高分辨串联飞行时间质谱进行多肽鉴定,将重复两次的结果合并,比较两种方法的异同。利用Zip-Tip C 18方法共检测到归属于38种蛋白质的545条序列特异肽段,而LaGM方法检测到了来源于44种蛋白质的359条序列特异肽段,其中二者重合的有116条肽段,归属于21种蛋白质。两种方法所得的肽段分布特征和优势肽段构成存在明显差异,Zip-Tip C 18更多富集Submaxillary gland androgen-regulated protein 3B、Statherin和Salivary acidic proline-rich phosphoprotein 1/2等蛋白质的肽段,而利用LaGM方法可检测更多的来源于Histatin-1、Histatin-3和Protein S100-A8的肽段,考虑翻译后修饰,结论一致。以上结果表明,这两种方法对多肽的富集有一定偏好性,即多肽分离过程有可能导致肽段的特异性丢失。进一步分析发现,丢失肽段可能是检测到肽段的序列相关肽段、修饰相关肽段、所归属蛋白质的其它肽段或其它蛋白质的肽段,但序列相关肽段的几率更大。本研究表明,不宜用单一分离方法的结果代表整个多肽组,LaGM方法虽然检出肽段数目较少,但可以获取更多的降解蛋白质的信息。