聚苯胺/CuFeS_2纳米复合材料的制备与表征

聚苯胺/CuFeS2(PANI/CuFeS2)纳米复合材料不仅具有导电高聚物和氧化物半导体的优良光电特性,还具有纳米材料特有的功能性,在传感、催化、吸波和能源材料等领域有着广阔的应用前景.文中采用原位聚合法制备了PANI/CuFeS2纳米复合材料,分别采用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、UV-Vis漫反射吸收光谱和电导率测量等对所得复合微粒进行表征.结果表明:CuFeS2纳米颗粒均匀的分散在聚苯胺(PANI)基体内,PANI/CuFeS2复合材料中未存在键合作用,而只是简单的物理包覆,所以对各自的性能均未造成影响.与聚苯胺相比,PANI/CuFeS2复合材料光电性能得到有效提高,且CuFeS2添加量为30%时其性能最佳.

人工合成与天然CuFeS_2的电化学性能

通过溶剂热方法制备了纯净的CuFeS2粉体,并分别以天然和合成的CuFeS2作为锂电池正极材料装配电池进行电化学性能测试.测试结果表明,合成的CuFeS2作为正极材料、碳纳米管作为导电剂装配的电池室温一次放电容量达到了1 300mAh/g,放电平台为1.75,1.50V;天然CuFeS2中含有C,O,Si,Al等杂质元素,室温一次放电容量为1 000mAh/g,放电平台以及放电曲线形状均与合成CuFeS2为正极材料时相似.CV曲线说明Li/CuFeS2电池在室温下具有循环潜力.400℃真空焙烧3h有利于去除所合成CuFeS2粉体表面的残留溶剂,降低电极片内阻.另外,研究了电池在不同放电倍率下的放电性能.

锂电池正极材料CuFeS_2的电化学性能研究

利用溶剂热法合成了纯净的CuFeS2粉体,并将其作为锂电池正极材料进行测试.试验结果表明,CuFeS2具有很高的室温一次放电容量,在14mA/g电流密度下,Li/CuFeS2电池的首次放电容量为1 100mAh/g,在-20℃,其放电容量仍可达到400mAh/g以上.Li/CuFeS2电池具有2个放电平台,而每个放电平台对应不同的电极反应.

碳包覆对CuFeS_2电化学性能的影响

FeS_2的理论比容量很高,但由于其室温循环可利用性很差,使其工业化应用受到了很大限制。CuFeS_2具有较好的光、电和磁性质,但其室温电导率较低,不能满足实际应用的要求。利用溶剂热方法对CuFeS_2进行碳包覆,以期改善Li/CuFeS_2电池的室温电化学性能。研究结果表明,碳包覆使CuFeS_2颗粒尺寸明显减小并且颗粒边缘更加圆滑。以其为活性物质装配锂电池,与CuFeS_2的放电曲线类似,分别在1.6和1.4 V出现两个放电平台。在60 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到了563.2 mAh/g,接近CuFeS_2的理论比容量(583 mAh/g),比未包覆的CuFeS_2提高了约9.1%。在1 200 mA/g的高电流密度下,碳包覆CuFeS_2电极首次放电比容量达到了432.5 mAh/g,30次循环后的放电比容量仍可达到130 mAh/g,远高于纯CuFeS_2的比容量。循环伏安特性曲线以及交流阻抗谱测试结果表明,碳包覆使CuFeS_2电极的极化程度减小,电池的内阻下降,这从另一角度证实了碳包覆对CuFeS_2电化学性能的改善。

高质量尺寸可调CuFeS_2纳米晶的合成与光电性质

制备了单分散性良好且尺寸可调的具有荧光性质的CuFeS2纳米晶,利用紫外-可见吸收光谱(UVVis)、荧光光谱、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、元素分析和光电流测试等技术对其组分和结构进行了表征,分析了CuFeS2纳米晶尺寸变化对吸收光谱和光电响应行为的影响规律.随着CuFeS2纳米晶尺寸增大,其吸收峰位表现出符合量子尺寸效应的相应红移;具有荧光性质的CuFeS2纳米晶可控制备预示其在生物医学成像和光电器件等领域具有应用前景.

锂电池正极材料CuFeS_2的电化学性能研究

本文利用溶剂热方法制备的CuFeS2粉体作为锂电池正极材料装配电池进行电化学性能测试。结果表明,电池在电流密度为C/5 0时,20℃的一次放电容量达到了1100mAh/g;80℃时放电容量达到了1850mAh/g。电流密度为C/2时,放电容量为510mAh/g。-20℃时放电容量仍可达到475mAh/g。此外,对电池的放电机理也进行了探讨。

纳米铁酸铜的制备及对RDX热分解的催化作用

以CuCl2·2H2O和Fe(NO3)3·9H2O为原料,采用室温固相化学反应法制备出三种不同铜、铁摩尔质量比的纳米CuFe2O4粉体,产物的粒径约为5nm。采用差示扫描量热法(DSC)测试了纳米CuFe2O4对RDX热分解的催化作用。结果表明:纳米CuFe2O4对RDX热分解有明显的催化效果。在三种纳米CuFe2O4中,铜、铁摩尔质量比为1∶1的纳米CuFe2O4的催化效果最好,它使RDX的分解峰温前移了17 8℃,放热量增加了250J/g,活化能降低了21 9kJ/mol。纳米CuFe2O4的用量增加对RDX热分解的催化效果显著增大。

磁性吸附材料CuFe_2O_4吸附砷的性能

根据Cu(Ⅱ )和Fe(Ⅲ )都对砷有较强的亲和性 ,制备了同时含有Cu(Ⅱ )和Fe(Ⅲ )的、可用磁分离方法进行分离回收的磁性吸附材料CuFe2 O4 ,并对其进行了表征及吸附砷的性能研究 .结果表明 ,该吸附剂对砷的吸附能力与溶液 pH有关 ,在弱酸性及中性条件下 ,吸附砷的能力最强 ,而对As(V)的吸附能力比对As(Ⅲ )更强些 ,在平衡浓度为 1 0 μg/L时 ,其吸附容量可达 1 0mg/ g左右 ,可以很容易地将水中浓度为 1～ 2 0mg/L的As(V)降到1 0 μg/L以下 .实验考察了几种无机阴离子对吸附砷的影响 ,表明较高浓度 (砷浓度的 2 0倍 )的硫酸盐对As(Ⅲ )和As(Ⅴ )的吸附均有一定影响 ,盐酸盐及磷酸盐则影响不明显 ;负载的As(V)可较容易地用 0 1mol/LNaOH洗脱下来 ,使吸附剂再生 ,而As(Ⅲ )则难以洗脱 ,这与 2种价态砷的吸附机理不同有关 .

尖晶石CuM_2O_4(M=Al、Fe、Cr)催化甲醇重整反应的特性

采用柠檬酸络合法,经900℃热处理制备了CuAl2O4、CuFe2O4和CuCr2O4三种尖晶石,并进行了甲醇重整性能评价。结合XRD、H2-TPR、SEM和BET等表征,研究了铜基尖晶石的催化特性。结果表明,三种铜基尖晶石的形貌和大小有极大差异,表现出不同的催化性能,CuAl2O4尖晶石获得最优的稳定性和最低的CO选择性,CuFe2O4尖晶石上CO选择性最高且稳定性差,CuCr2O4尖晶石上石墨碳沉积最严重。根据长时间评价结果和表征数据发现,在反应气氛中铜基尖晶石不稳定,通过释放活性铜而起催化作用;同时铜的烧结长大与积炭现象共同影响催化性能。

CuFe_2O_4/海泡石磁性吸附剂的制备及性能

以硫酸铜、氯化铁为主要原料,采用化学共沉淀法制备CuFe2O4纳米磁性微粒,然后将其与海泡石复合制得CuFe2O4载量不同(质量分数,下同)的磁性海泡石。分别用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)对样品的物相、形貌、磁学性能进行了表征。结果表明,合成的CuFe2O4结晶度高,晶粒度约为16nm,饱和磁化强度(Ms)为24.114A.m2/kg。磁性海泡石中,CuFe2O4较均匀地负载于海泡石表面,其饱和磁化强度(Ms)以及对Cu2+的饱和吸附量随CuFe2O4载量增加而增大。CuFe2O4载量为50%的磁性海泡石的饱和磁化强度(Ms)、剩余磁化强度(Mr)分别为13.416、0.0395A.m2/kg,矫顽力(Hci)为0.0113A/m,对Cu2+的饱和吸附量为17.82mg/g,磁分离回收率为96.4%。

纳米CuFe_2O_4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

以硝酸铜、硝酸铁为反应物,氨水为沉淀剂,PEG-400为分散剂,通过共沉淀法合成了纳米CuFe_2O_4。利用XRD、FE-SEM、TEM表征了纳米CuFe_2O_4颗粒的结构、粒径及形貌。同时,采用DSC研究了纳米CuFe_2O_4对AP热分解的催化性能。结果表明,所得的产物主要为尖晶石结构的CuFe_2O_4,粒径约为200 nm,呈类球形。DSC分析表明,纳米CuFe_2O_4对AP的催化效果优于单独使用共沉淀法制备的纳米CuO、纳米Fe2O3或者纳米CuO+Fe_2O_3(CuO和Fe_2O_3的摩尔比是1∶1)混合物的催化效果。纳米CuFe_2O_4对不同粒径的AP均具有显著的催化作用,且2%含量为纳米CuFe_2O_4催化AP的最佳使用量,可使64、6、1μm AP的高温分解峰温分别从441.3、433.8、416.9℃降低至356.8、379.8、355.2℃;表观分解热分别从941、1167、1312 J/g增加至1734、1 838、1 855 J/g;同时使64、6、1μm AP的热分解反应速率常数分别增大。随着AP粒径的减小,其团聚性增强,很难与纳米CuFe_2O_4形成均匀混合物。因此,想要提高纳米CuFe_2O_4对超细AP的催化性能,应该从解决纳米CuFe_2O_4和超细AP的分散均匀性入手。

磁性CuFe_2O_4纳米棒的合成及其芬顿反应降解刚果红性能的研究

以α-FeOOH纳米棒为模板,通过高温烧结法制备了磁性CuFe2O4纳米棒,并研究其芬顿氧化降解刚果红染料的性能。结果表明CuFe2O4纳米棒在150min内可以有效降解90%以上的刚果红染料,经过5次循环后,降解率并无明显下降,同时还考察了其他反应条件对降解率的影响。这种新型磁性芬顿试剂在水处理方面有较好的应用前景。

纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe_2O_4纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe_2O_4-20%rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g^(-1)时,其比电容为1 952.5 F·g^(-1),当电流密度为1 A·g^(-1)时,CuFe_2O_4-20%rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。

CuFe_2O_4/TiO_2复合光催化剂在模拟太阳光下对大肠杆菌杀灭作用的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe2O4,然后与TiO2固相烧结成复合光催化剂,并通过TEM,XRD和UV-visDRS对复合光催化剂进行了表征,表明样品由粒径约为80 nm的粒子组成,晶体结构均匀。以大肠杆菌为研究对象,考察了复合光催化剂在模拟太阳光(150 W氙灯,λ=200～900 nm)照射下的杀菌性能。结果表明:复合光催化剂比单一光催化剂杀菌效果好,在最佳条件下,模拟太阳光照射30 min后,CuFe2O4/TiO2复合光催化剂的杀菌率分别为单纯CuFe2O4和TiO2杀菌率的1.71倍和1.13倍。复合光催化剂杀菌性能受CuFe2O4与TiO2质量比及固相合成时焙烧温度的影响,当TiO2质量分数为80%、焙烧温度为600℃时,所制得的复合光催化剂处理大肠杆菌,在模拟太阳光照射30 min后,细菌的存活率仅为3.2%,而单纯CuFe2O4和TiO2光催化剂在最佳条件下杀菌30 min后细菌存活率分别为43.3%和14.2%。同样条件下在黑暗中使用催化剂或在光照下不用催化剂时细菌存活率分别为97.0%,93.2%。

CuFe2O4纳米粒子催化芳香酮的不对称硅氢化反应

分别采用共沉淀法、溶胶-凝胶法和溶剂热法制备得到CuFe_2O_4纳米粒子,以(R)-联萘二苯基膦[(R)-BINAP]为手性配体、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)为硅氢化试剂,将制得的CuFe_2O_4纳米粒子用于催化芳香酮的不对称硅氢化反应.结果表明,溶剂热法能制得分散性好、粒径小且分布均匀的CuFe_2O_4纳米球,其催化活性明显优于其它2种方法.在添加剂t-Bu OK和t-BuOH的共同作用下,CuFe_2O_4纳米粒子的催化活性得以明显改善,最终得到一种高效的非均相催化体系CuFe_2O_4/t-Bu OK/t-BuOH.在室温和空气氛围下,用于催化芳香酮的不对称硅氢化反应,底物转化率和产物对映体过量值分别高达99%和92%.研究证实底物芳环上取代基的电子效应和空间位阻明显影响不对称硅氢化反应的结果.CuFe_2O_4纳米催化剂在外加磁场的作用下能较易从反应体系中分离回收,且催化剂经4次循环利用后仍具有较高的催化活性.

Li/CuFeS_2电池的放电平台研究

过渡金属硫化物因具有容量高、对环境友好等优点成为大容量锂电池最具发展潜力的材料。将三元过渡金属硫化物Cu FeS2作为锂电池正极材料进行室温放电实验发现,电池在1.75和1.5 V处出现了两个放电平台。利用Materials Studio 4.1计算软件及X射线衍射(XRD)分析对Li/Cu FeS2电池不同放电平台的反应机理进行了研究。结果表明:Li/Cu FeS2电池室温下的放电由锂离子嵌入Cu FeS2晶格形成中间相LixCu FeS2(1.75 V)以及中间相进一步与Li反应生成Cu、Fe单质和Li2S(1.5 V)两个过程组成。

化学链气化过程中CuFe2O4/SiO2载氧体的反应性能及次烟煤的结构演变

以CuFe2O4/SiO2为载氧体,次烟煤为燃料,在间歇流化床中进行次烟煤的化学链气化实验,通过X射线衍射和拉曼光谱分析了化学链气化过程中CuFe2O4/SiO2载氧体和次烟煤的结构演变规律。结果表明:与以SiO2为床料的次烟煤气化相比,CuFe2O4/SiO2载氧体的加入使得次烟煤化学链气化的最大碳转化速率提高了43%。这是因为在化学链气化过程中,CuFe2O4/SiO2载氧体会释放分子氧和传递晶格氧,而分子氧会促进次烟煤中大芳香环的裂解,晶格氧会加快次烟煤中小芳香环的消耗。

CuFe_2O_4光催化剂在模拟太阳光下对大肠杆菌杀灭作用的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe2O4光催化剂,并通过TEM,XRD和UV-visDRS对其进行表征,表明样品是由粒径约为80nm的粒子组成,晶体结构均匀,具有良好的可见光吸收性能。以大肠杆菌为研究对象,考察了光催化剂在模拟太阳光照射下的杀菌性能。结果表明:CuFe2O4光催化剂杀菌性能随着焙烧温度的不同而变化,当焙烧温度为700℃时,杀菌效果最佳,光照60m in后,细菌的存活率仅为5.6%,而在相同条件下使用催化剂避光和不用催化剂光照时细菌存活率分别为94.4%和87.4%,说明该催化剂本身无毒性,是一种在可见光下有优良杀菌性能的光催化剂。

铜铁氧体中空纤维的制备及载银的抗菌性能

以硝酸盐和柠檬酸为原料,采用有机凝胶-热分解法制备了铜铁氧体(CuFe2O4)中空纤维.通过采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和振动样品磁强计等测试技术,对纤维前躯体的结构、热处理产物的物相、形貌以及磁性能进行了表征.800℃热处理2 h后得到纯相CuFe2O4纤维,且纤维平均直径在1μm左右,具有良好的中空结构和长径比,饱和磁化强度和剩磁分别为42.5 A.m2.kg-1和23.0 A.m2.kg-1.以制备的CuFe2O4纤维为载体,利用浸渍法吸附银处理,再经过500℃热处理后,得到载银铜铁氧体(Ag/CuFe2O4)纤维.抗菌试验表明:Ag/CuFe2O4纤维具有良好的抗菌效果,8μg.mL-1剂量的纤维样品20 h能抑制浓度为5×105CFU.mL-1的大肠杆菌的生长.

水热法制备纳米CuFe_2O_4/Ac及其微波高效降解罗丹明B

在Na OH溶液中,以Fe(NO_3)_3·9H_2O和Cu(NO_3)_2·3H_2O为前驱体,采用水热法制备了负载型的纳米Cu Fe_2O_4/Ac,采用XRD和TEM对所得样品的结构和形貌进行了表征.分别考察了催化剂类型、用量,微波辐射时间、微波辐射功率对Rh B降解效果的影响.结果表明:Cu Fe_2O_4/Ac纳米颗粒能够有效促进罗丹明B(Rh B)的微波降解,对于38.3 mg/L的Rh B,微波辐射时间1 min,微波功率400 W,催化剂Cu Fe_2O_4/Ac用量为0.5 g时,罗丹明B的降解率可达到99%,TOC去除率为89%.