原位生长的CNTs@MoS_(2)杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS_(2)杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS_(2)杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS_(2)/WES)中,通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs/WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS_(2)/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比,CNTs@MoS_(2)/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS_(2)/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40min后背面温度最低(133.3℃),这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论制备的CNTs@MoS_(2)杂化物表现出稳定的网络交织结构,有效提高了它在涂料中的分散性能。此外,CNTs@MoS_(2)/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS_(2)/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面,阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性,抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏,提升了涂层膨胀倍率;3)MoS_(2)提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成,减少了裂纹和孔隙的产生。

复合纳米材料MoS_(2)@CNTs光电催化降解盐酸四环素的研究

通过水热法成功合成了不同MoS_(2)与CNTs质量比的复合纳米光催化材料MoS_(2)@CNTs-x%,并通过滴涂法制备具有光电响应的M@C-x%/FTO光电极。利用SEM、XRD、UV-Vis DRS、I-t、EIS和M-S曲线等表征方法分析了复合纳米催化剂的微观形貌、晶体结构、光电化学性能。将M@C-x%/FTO光电极用于光电催化降解盐酸四环素,考察了四环素(TC)初始质量浓度、初始pH对光电催化降解盐酸四环素的影响。运用自由基捕获实验鉴定了光电催化降解过程中的主要反应活性物种;并结合光催化剂能带分析光电催化降解机理。结果表明,电极M@C-5%/FTO具有最佳的光电催化性能。

CeO_(2)/BiOBr/CNTs催化剂的制备及其降解抗生素性能研究

采用水热法合成了CeO_(2)、CeO_(2)/BiOBr、CeO_(2)/CNTs和CeO_(2)/BiOBr/CNTs复合纳米材料催化剂,利用XRD、SEM、BET和UV-Vis等方法对材料的结构、形貌和织构特性进行表征。在长弧氙灯照射下模拟太阳可见光降解抗生素,研究复合纳米材料的光催化氧化性能。结果表明,CeO_(2)与BiOBr、CNTs间的协同作用导致其对土霉素降解效果优于CeO_(2);CeO_(2)/BiOBr/CNTs对抗生素和可见光具有更高的吸收性能,比CeO_(2)/BiOBr和CeO_(2)/CNTs有更高的降解效率。在弱碱性环境下生成活性基团·OH,复合材料催化效果较好。复合材料禁带宽度都在可见光范围内,CeO_(2)的复合提高了材料的光利用效率,增强了材料的吸附性和电子-空穴对的迁移效率,进而提高其光催化活性。回收脱附实验表明,CeO_(2)/BiOBr/CNTs复合材料具有较好的稳定性。

Cu_(4)SnS_(4)的制备及其电催化还原CO_(2)性能的研究

通过溶剂热法合成三元硫属化合物CTS(Cu_(4)SnS_(4)).利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学阻抗(EIS)、电化学活性表面积(ECSA)、塔菲尔斜率(Tafel)等对样品的结构、形貌和电催化还原CO_(2)(CO_(2)RR)性能进行了探究.实验结果表明,Cu_(4)SnS_(4)电催化还原CO_(2)的能力比相应的二元金属化合物SnS2,Cu2S和Cu10Sn3材料明显提升.其中200℃、24 h制备的纯相Cu_(4)SnS_(4)催化剂性能最好,在-1.0 V(vs.RHE)电位下,电流密度稳定可达到18 mA/cm^(2),甲酸盐的选择性高达75%.

基于SnS_(2)/In_(2)O_(3)的气体传感器及其室温下高性能NO_(2)检测

NO_(2)是一种有毒气体,能与空气中的其他有机化合物发生反应,造成空气污染并对人体有很大的危害.因此,需要一种气体传感器来检测NO_(2).然而,传统的NO_(2)传感器很难在室温(25℃)下工作.本研究报告了SnS_(2)/In_(2)O_(3)的室温(25℃) NO_(2)气体传感,采用热注入法和水热法制备了In_(2)O_(3)量子点和SnS_(2)纳米片.凭借SnS_(2)独特的二维结构,在其上装饰In_(2)O_(3),复合增强了其传感性能,产品采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)进行表征.结果表明,SnS_(2)/In_(2)O_(3)传感器对体积分数为1×10^(-6) NO_(2)的响应为26.6,响应和恢复时间分别为146 s和243 s.由于异质结结构增加了活性位点的数量,加速了气体的传输,促进了电荷转移和气体解吸,提高了NO_(2)气体传感性能.这种优异的传感性能在NO_(2)检测中具有广阔的应用前景.

Ti掺杂SnS_(2)吸附气体分子的第一性原理研究

基于第一性原理构建了本征SnS_(2)和Ti原子替换Sn原子掺杂SnS_(2)的几何结构,分析了CO、NO_(2)、NO、SO_(2)、NH_(3)五种气体在两种材料表面的吸附特性。对每种气体分子测试了三种吸附位置并确定了最佳吸附位置,计算了吸附能、转移电荷、恢复时间、态密度、功函数以了解吸附机理。研究发现,CO和SO_(2)在本征SnS_(2)上的吸附能力较弱,NO、NO_(2)和NH_(3)在本征SnS_(2)上的吸附能力较强。而Ti原子替换Sn原子掺杂SnS_(2)的结构是相对稳定的,其形成能为-8.028eV。同时这五种气体分子在其表面上的吸附能都有不同程度的增加。结果表明,Ti原子替换Sn原子掺杂SnS_(2)提高了SnS_(2)材料的气体吸附性能,同时其制备方法贴合实际,可以考虑用于制作气体传感器的材料。

金属-有机骨架衍生的Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)异质结用于光催化产氢及其电荷转移途径的确定

氢气是缓解环境污染和能源短缺的零污染绿色能源,利用太阳能诱导半导体裂解水制氢是最环保的方法之一。本文以MOFs衍生的Ni-CNT(Ni修饰的碳纳米管)作为非贵金属助催化剂,通过简单的油浴法原位生长ZnIn_(2)S_(4)纳米片合成了Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)。在Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)中,Ni纳米颗粒包裹在CNT的顶部和横截面上,有效地阻止了Ni纳米颗粒的团聚。Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)异质结构具有紧密的接触界面,有利于电荷转移,可作为高效的析氢光催化剂。38Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)样品具有最佳的产氢性能(12267μmol·h^(−1)·g^(−1)),约为纯ZnIn_(2)S_(4)的6.4倍,且在420 nm单色光下其表观量子效率达到11.3%。X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实了Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)异质结构的存在。电化学测试表明,Ni-CNT与ZnIn_(2)S_(4)的结合促进了光生电荷的转移,有效地阻止了光生载流子的快速复合,从而增强了ZnIn_(2)S_(4)的析氢性能。电子自旋共振(ESR)结果进一步证明了Ni-CNT助催化剂的存在延长了ZnIn_(2)S_(4)光生电荷的寿命,促进了光生电荷和空穴的分离效率。通过密度泛函理论计算探索并确定了异质结界面中的电荷转移途径。Ni、CNT和ZnIn_(2)S_(4)费米能级的差异导致界面处电荷发生迁移从而形成内嵌电场,ZnIn_(2)S_(4)的能带向下弯曲,促进光生电子从ZnIn_(2)S_(4)流向NiCNT电子受体。平面平均电子密度差结果证实了热电子从Ni转移至CNT再转移至ZnIn_(2)S_(4),表明光生电子转移途径为ZnIn_(2)S_(4)→CNT→Ni。此外,吸附H*吉布斯自由能(ΔGH*)和晶体轨道哈密顿布居(COHP)结果表明Ni纳米颗粒可作为析氢反应的活性位点,促进了产氢效率。本工作将为开发低成本、高效的非贵金属光催化制氢催化剂提供新的策略。

原位合成CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的性能研究

对Al的质量分数分别为0.20%,0.35%,0.60%的Cu-Al合金粉末进行内氧化,得到CuAl_(2)O_(3)粉末。采用化学气相沉积法在Cu-Al_(2)O_(3)粉末表面原位生长碳纳米管(carbon nano tubes,CNTs),采用放电等离子烧结工艺成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合粉末、复合材料断口的形貌。采用显微硬度计、微拉伸试验机、摩擦磨损试验机分别对纯Cu及复合材料的维氏硬度、抗拉强度、摩擦因数进行测试。采用电化学工作站测试复合材料在3.5%NaCl(质量分数)水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Al的质量分数的增加,粉末表面合成的CNTs的数量也增多。Al的质量分数为0.35%时,CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的综合性能最佳,与纯Cu相比,复合材料的抗拉强度和腐蚀电势分别提高了86.4%和43.2%,分别为315 MPa和-0.268 V,摩擦因数降低了53.3%,仅为0.28。

“碳纳米管/SnS_(2)光阳极材料制备”综合性大学化学实验

在科研工作的基础上设计了一个综合性化学实验:利用溶剂热法制备碳纳米管/SnS_(2)光阳极催化剂材料;采用SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射)、UV-Vis(紫外-可见吸收光谱)等技术进行表征;运用瞬态光电流响应、电化学阻抗、线性伏安扫描等方法分析材料的分解水性能。该实验让学生掌握材料的制备、表征及应用,培养学生的科研素养;利用实验验证所学知识,培养学生分析问题的能力;结合材料的性能及应用,培养学生能源危机及环保意识。

SiO_(2)溶胶和CNTs杂化增强水泥基复合材料性能研究

采用超声波法制备了SiO_(2)溶胶-碳纳米管(CNTs)分散液,研究了SiO_(2)溶胶-CNTs分散液对水泥基复合材料性能的影响,并用SEM、EDS、XRD微观测试方法对其进行了表征。结果表明:以SiO_(2)溶胶为分散介质,通过超声波法能够实现CNTs在水泥基复合材料中的均匀分散;掺1.5%的SiO_(2)溶胶和0.15%的CNTs能进一步提高砂浆的力学性能;SiO_(2)溶胶的火山灰活性消耗了砂浆中多余的水化产物Ca(OH)_(2),形成C-S-H凝胶密实了砂浆结构,CNTs在水泥浆体和细骨料界面之间起到纤维增强的作用,细化了孔隙,填补了微裂缝,降低了孔隙率。

碱土金属X(X=Be,Mg,Ca和Sr)掺杂二维SnS_(2)材料的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究赝势平面波方法,计算了碱土金属X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂二维单层SnS_(2)的电子结构、磁学性质和光学性质.结果表明:S-rich条件下的体系相较于Sn-rich更稳定,能带结构表明:在Be掺杂后,SnS_(2)体系从自旋向上通道和自旋向下通道完全对称的非磁性半导体转变为具有1.999μB磁矩的磁性半导体.在Mg掺杂后,体系转变为非磁性P型半导体;Ca和Sr两种掺杂体系由于极化程度的不同,导致在下自旋通道的能带穿过费米能级,而在上自旋通道的能带并未穿过费米能级,呈现出磁矩分别为1.973、2.000μB的半金属特性.同时发现X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂后,掺杂体系实部静态介电常数大幅度增加,掺杂后的SnS_(2)体系的极化能力增强,虚部数值在低能区明显变大,更适用于长波长光电器. Be, Mg, Ca和Sr掺杂不仅导致吸收边红移,而且提高了红外光区域的有效利用率.

CNTs@TiO_(2)及热挤压对Al7075复合材料磨损性能的影响

用熔铸法制备了Al7075-1%(质量分数)CNTs@TiO_(2)复合材料,通过热挤压工艺对复合材料进行塑性变形。结果表明:CNTs@Ti O_(2)的加入有效地改善了Al7075合金的显微组织,铸态Al7075-CNTs@Ti O_(2)复合材料在经过热挤压变形后,其α-Al和二次相进一步细化。挤压态Al7075-CNTs@Ti O_(2)复合材料的平均显微硬度为178.2HV,与基体合金相比提高了45.6%。挤压态复合材料的磨损率和平均摩擦因数分别为24.3×10^(-3)mm^(3)/m和0.334,相比于基体(68.6×10^(-3)mm^(3)/m和0.401)分别降低了43.2%和16.7%。挤压态复合材料磨损表面的轮廓高度差为22.24μm,相比于基体(52.88μm)下降了57.9%。从磨损机制上看,铸态Al7075合金主要呈现出剥层磨损特征,而挤压态复合材料则主要表现为磨粒磨损。

MnO_(2)/CNTs复合物的合成及其AZIBs正极材料性能

以乙酸锰和过硫酸铵为原料,通过水热合成法制备MnO_(2),再通过超声法制备MnO_(2)/CNTs复合物.运用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对产物进行表征,并运用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试MnO_(2)/CNTs复合物作为AZIBs正极材料的电化学性能.结果表明:在反应温度140℃,反应时间22 h的条件下,制得的MnO_(2)产物为β-MnO_(2)纳米线;将其与CNTs复合后,β-MnO_(2)的化学结构没有发生改变;在0.1C倍率下循环20次,β-MnO_(2)/CNTs电极在1 mol/L ZnSO_(4)+0.5 mol/L MnSO_(4)水溶液中的首次放电比容量为140 mAh/g,较β-MnO_(2)/CNTs电极在1 mol/L ZnSO_(4)水溶液中的首次放电比容量(45 mAh/g)提高了2倍,较β-MnO_(2)电极在1 mol/L ZnSO_(4)+0.5 mol/L MnSO_(4)水溶液中的首次放电比容量(27 mAh/g)提高了4倍.说明β-MnO_(2)与CNTs的复合提高了β-MnO_(2)的电化学性能,且β-MnO_(2)/CNTs电极在1 mol/L ZnSO_(4)+0.5 mol/L MnSO_(4)水溶液中的电化学性能更为优良,但容量保持率仅为50%,电池性能需进一步提高.

MnFe_(2)O_(4)/CNTs/GA光催化材料的制备及其类Fenton催化性能

采用低温共沉淀法制备了铁酸锰(MnFe_(2)O_(4))纳米颗粒,水热法合成了碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)、MnFe_(2)O_(4)共掺杂石墨烯气凝胶(Graphene aerogel, GA)的MnFe_(2)O_(4)/CNTs/GA复合光催化材料。同时,采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy, SEM)、N2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectoscopy, FT-IR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)等技术对催化剂的晶体结构、微观形貌、孔结构和元素价态等进行了表征。催化降解实验结果表明,水热反应温度为180℃时制备的MnFe_(2)O_(4)/CNTs/GA催化剂光催化活性最佳,类Fenton催化降解120 min后,对水中罗丹明B(Rhodamine B, RhB)的降解率可达到98.03%。CNTs/GA作为载体促进了MnFe_(2)O_(4)的分散,加速了光激发电子从MnFe_(2)O_(4)颗粒表面向吸附的H2O2转移,提高了·OH形成速率,从而显著增强了MnFe_(2)O_(4)/CNTs/GA材料的光催化性能。

电化学混合电容器用新型β-Ni(OH)_2/CNTs纳米复合物

采用水热合成法制备出一种新型β-Ni(OH)2/碳纳米管(CNTs)纳米复合物,Ni(OH)2微晶粒径控制在50～80nm之间,与CNTs直径相当,CNTs与Ni(OH)2质量比为1∶15.将纳米复合物应用于活性炭(AC)/NiOOH电化学混合电容器,电化学测试表明:在0.4A/g电流条件下,其放电比容量达279mAh/g,是β-Ni(OH)2理论容量的96.5%;当电流密度从0.4A/g增加至8A/g时,电容器的容量保持率在76.5%以上,高倍率充放电特性优异.此外,纳米复合物良好的电化学可逆性使AC/NiOOH电化学混合电容器更易活化,并具有较高的充放电效率和良好的循环稳定性能.

Fe_2O_3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。

V_2O_5/CNTs催化剂低温NH_3选择催化还原NO的研究

研究了碳纳米管担载的五氧化二钒(V2O5/CNTs)催化剂上NO低温选择催化还原反应(SCR)。与活性炭载体的催化剂作了对比,结果显示,在负载低含量V2O5时碳纳米管较活性炭显示了更好的催化能力,而且在SO2存在下,催化性能有更大幅度的提高。暂态反应实验显示,V2O5/CNTs催化剂上NO选择催化还原反应遵循Eley-Rideal机理,即反应发生于吸附态的NH3和气相或弱吸附的NO之间。

流化床CVD法原位合成CNTs-Ni-TiO_2及其光催化性能

采用柠檬酸修饰溶胶-凝胶法制备NiO-TiO2催化剂,然后于流化床反应器中直接在NiO-TiO2表面原位生长多壁碳纳米管,制备出CNTs-Ni-TiO2复合光催化剂。采用XRD、SEM、TG、BET、PL荧光光谱等方法对制备的样品进行了表征,以亚甲基蓝降解为模型反应,考察了复合催化剂在紫外线下的光催化性能。结果表明,在NiO含量为5%的NiO-TiO2催化剂上生长CNTs后得到的CNTs-Ni-TiO2复合材料具有较高的光催化活性。

多元醇法制备Cu_2O/CNTs复合材料的研究

以Cu(CH3COO)2·H2O和经硝酸处理的CNTs作为原料,采用多元醇法成功合成了纳米氧化亚铜均布于碳纳米管表面的复合光催化剂.用透射电镜(TEM),高分辨透射电镜(HRTEM),X射线粉末衍射(XRD)对样品进行了表征,测试结果表明大小为2～5nm的氧化亚铜纳米颗粒均匀分散于碳纳米管的表面.讨论了反应条件对Cu2O在CNTs上负载效果的影响并就多元醇法合成Cu2O/CNTs复合材料的反应机理作了初步探讨.

Cu_2O-CNTs的制备及其光催化性能研究

以碳纳米管(CNTs)为载体,分别采用NaBH4、葡萄糖和水合肼3种不同还原剂制备Cu2O/CNTs复合光催化剂,并表征了不同条件下制备的催化剂,同时考察了其对可溶性染料活性艳红X-3B的光催化活性。结果表明,葡萄糖还原法制备的Cu2O颗粒均匀,晶型呈完整正八面体型,在可见光、75 min内可使质量浓度为100 mg/L、体积100 mL的X-3B脱色率达到72.4%,COD降解率达到66.7%。