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。

Ni-CNTs含量对In-Sn-50Ag 3D封装焊点的显微组织与剪切性能的影响

研究了Ni-CNTs含量对In-Sn-50Ag复合钎料焊点显微组织和剪切性能的影响。结果表明:Ni-CNTs的加入,抑制了界面IMC(金属间化合物)的生长,减小了界面IMC层的厚度,形状由疏松笋状型变成密集笋状突出型。原位反应区中Ni-CNTs颗粒弥散分布,细化了Ag3In组织。随Ni-CNTs含量增大剪切强度呈先升高后降低的趋势,在NiCNTs含量为0.07wt%时,由于细晶强化和第二相强化作用,剪切强度达到峰值41.5 MPa。当Ni-CNTs含量继续提高,原位反应区中由于Ni-CNTs相互缠结,团聚现象增多,在团聚的Ni-CNTs周围容易产生应力集中和裂纹,导致焊点的剪切强度迅速下降。综合考虑焊点的显微组织和剪切强度,确定In-Sn-50Ag复合钎料中较优的Ni-CNTs含量为0.07wt%。

Ni-CNTs增强颗粒对Sn58Bi-0.1Er焊点组织与力学性能的影响

采用真空熔炼方法制备了不同Ni-CNTs含量的Sn58Bi-0.1Er钎料合金,研究不同Ni-CNTs含量对Sn58Bi-0.1Er复合钎料在Cu基板上的润湿性能的影响,并对不同Ni-CNTs含量下接头界面处金属间化合物的组织形貌及接头的剪切性能进行了分析.结果表明,当Ni-CNTs增强颗粒的添加为0.01%~0.05%(质量分数)时,复合钎料合金在铜板上的润湿性得到了提高,随着Ni-CNTs含量的进一步增加,复合钎料在铜板上的润湿性开始呈下降趋势;随着Ni-CNTs的加入,Sn58Bi/Cu界面金属间化合物由锯齿状的Cu_(6)Sn_(5)转变成薄层状的(Cu,Ni)_(6)Sn_(5),NiCNTs增强颗粒的加入可以有效减小界面金属间化合物层的厚度;Ni-CNTs增强颗粒的加入提高了Sn58Bi/Cu接头的剪切力,当Ni-CNTs的添加量为0.1%时,接头的剪切力最高为432.86 N,较Sn58Bi-0.1Er钎料接头的剪切力提升了两倍以上.Ni-CNTs增强颗粒的添加有效地改善了Sn58Bi-0.1Er接头的力学性能.

超声辅助喷射电沉积Ni-CNTs复合镀层制备工艺

采用自行研制的超声辅助喷射电沉积实验装置制备Ni-CNTs复合镀层,将其作为纽扣型2016式电池电极,设计了正交试验以考察和确定影响Ni-CNTs复合镀层电极性能的主要因素和最佳工艺条件,并对Ni-CNTs复合镀层的微观组织结构及形貌和增强导电性的机理进行了分析。结果表明:影响电极性能大小的参数顺序为电流密度D、镀液温度T、CNTs的掺量m、镀层厚度h,最佳工艺条件为D=40 A/dm^2,T=35℃,m=1.0 g/L,h=5μm;最佳工艺条件下制得的Ni-CNTs复合镀层界面结合良好,CNTs在其中弥散、均匀分布,Ni(基体相)和CNTs(增强相)之间形成了由"镍桥"搭接构成的密集且分布均匀的逾渗导电网络,CNTs自身特殊的管状结构和优异的力学、电化学性能使得复合镀层的导电性得以大幅提高。

纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响

采用化学液相沉淀法制备了纳米Ni/CNTs复合催化剂,用SEM、XRD、XPS对纳米Ni/CNTs的形貌、微观结构、组成进行了表征,采用DSC研究了其对AP和AP/HTPB推进剂热分解的催化性能,并考察了纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂燃速和压强指数的影响。结果表明,纳米Ni能够均匀包覆在CNTs表面,纳米Ni/CNTs可显著降低AP及AP/HTPB推进剂的热分解峰峰温,使AP及AP/HTPB的总表观分解热明显增大,并能有效提高AP/HTPB推进剂的燃速和降低其压强指数。相同量的纳米Ni/CNTs、纳米Ni和纯CNTs进行对比,纳米Ni/CNTs具有更好的催化性能,表现出较好的正协同催化效应。

镀镍碳纳米管催化环己烷脱氢反应的研究

以碳纳米管（CNTs）为载体,金属镍为活性组分,用化学镀镍法制备了镀镍碳纳米管（Ni/CNTs）催化剂,通过扫描电子显微镜和能量散射光谱仪（SEM/EDS）分析方法对催化剂进行表征,利用＂湿-干多相态＂反应模式研究了其催化环己烷脱氢反应过程,考察了温度、环己烷用量与催化剂用量之比对反应的影响。结果表明,镀液pH为5.2-2.0条件下制备的催化剂的镍颗粒较小且分散性较好,对环己烷脱氢具有良好的催化作用,脱氢生成苯和氢气的选择性可达100%。多相态模式下,在较佳的反应条件即523K,1mL·g^-1环己烷/催化剂用量时,环己烷的脱氢转化率可达68.7%。但对Ni/CNTs重复使用四次的研究发现,随着使用次数的增加,催化脱氢活性不断降低。对反应前后催化剂进行SEM检测和实验过程的分析发现,催化剂失活是由催化剂表面镍颗粒脱落引起的。

纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子的制备及其催化性能

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉积法制备了纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子,利用TEM、SEM、XRD、EDS、BET、XPS等方法对产物的形貌、结构、元素含量进行了表征,并应用DSC研究了纳米Ni、Cu、CNTs等单一纳米粒子及Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明:Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子结晶好、包复均匀、比表面积大。纳米Ni、Cu等单一纳米粒子和Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子均能使AP热分解的高温分解峰峰温降低、表观分解热增加,具有良好的催化性能。相比较而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Cu/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP的高温分解峰峰温降低112.15℃,使总表观分解热增加839J/g。并初步探讨了催化机制。

化学镀Ni-P-CNTs-纳米SiC复合镀层的摩擦学行为

采用化学共沉积方法制备了Ni-P-CNTs-纳米SiC复合镀层,并研究了其复合镀层的摩擦学行为。结果表明:与在相同参数下制备的Ni-P,Ni-P-SiC,Ni-P-CNTs,Ni-P-CNTs-微米SiC复合镀层相比,Ni-P-CNTs-纳米SiC复合镀层表现出最低的摩擦系数与最好的耐磨性。

镍/碳纳米管复合镀层在NaCl和H_2SO_4溶液中的腐蚀特性

采用失重法、阳极极化曲线研究比较了电沉积镍镀层和镍 碳纳米管复合镀层在 3.5 %NaCl及 10 %H2 SO4 溶液中的腐蚀特性 ,并分析了其腐蚀机理。结果表明 ,镍 碳纳米管复合镀层的耐腐蚀性能优于镍镀层 ,两种镀层在 10 %H2 SO4 的腐蚀介质中都有较明显的钝化区 ,而在 3.5 %NaCl腐蚀介质中没有钝化区。碳纳米管提高了复合镀层抗点蚀的能力 ,随镀层碳纳米管含量增加 ,镀层的耐蚀性增强。

碳纳米管负载Ni催化剂制备碳纳米管的研究

将硝酸回流预处理过的碳纳米管载体直接浸入镀Ni溶液中,通过化学镀在其表面上沉积出Ni纳米颗粒,并 将所制备的Ni/CNTs催化剂用于制备新的高纯度碳纳米管.实验结果表明,碳纳米管载体的酸预处理时间对Ni/CNTs 催化剂在碳纳米管制备过程中的催化性能有很大的影响,从而影响所制备的碳纳米管的形态.当碳纳米管载体在稀硝酸 中回流预处理0.5h后,所对应的Ni/CNTs催化剂催化制备的碳纳米管存在严重的缺陷,其主要结构为竹节状和鱼骨 型,同时部分碳纳米管在生长过程中分叉,成Y形结构;当碳纳米管载体经稀硝酸回流预处理6h后,其对应的Ni/CNTs 催化剂催化生长的碳纳米管粉体中,碳纳米管的形态均匀,中空,无任何隔膜,因此碳纳米管载体较长时间的酸回流预处 理对催化剂的性能有明显的改善.而且相比纯的纳米Ni,Co以及Ni/SiO2催化剂,Ni/CNTs催化剂在碳纳米管的制备过 程中,具有更高的催化活性.

碳纳米管的制备及其在纳米复合镀层中的应用研究

利用化学气相沉积法制备碳纳米管(carbonnanotubes,CNTs),分析了气源、催化剂及温度等因素对CNTs形貌和纯度的影响.利用化学复合镀技术制备了Ni P CNTs纳米复合镀层,并研究了镀层的摩擦性质及电化学性质.研究结果表明:与Ni P镀层相比,Ni P CNTs纳米复合镀层的耐磨性及耐腐蚀性均有较大程度的提高.

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.

不同管径碳纳米管电化学储氢性能的比较

比较了5种不同管径碳纳米管的电化学储氢能力。采用三电极体系,Ni(OH)_2/NiOOH 为对电极,CNTs-Ni(质量比为1:9)为工作电极,Hg/HgO 为参比电极,30%的 KOH 作为电解液。实验结果显示:在同等制作条件和200mA/g 的充放电电流密度,0.1V 的放电终了电压下,10～30nm 的碳管储氢能力最好,克容量最大为480.6mAh/g,相应的平台电压高达0.92V;20～40nm 的最高克容量为430.5mAh/g,仅低于10～30nm 的电化学储氢量。10～20nm、40～60nm 和60～100nm 碳管的电化学储氢量分别是:401.1mAh/g、384.7mAh/g 和298.3mAh/g。由此可见碳纳米管的管径大小也是影响其电化学储氢性能的一大因素。纯镍电极在同等条件下的最高放电量只有17.8mAh/g,对整个电极放电量的影响可以忽略不计。

衬底对沉积碳纳米管薄膜的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,分别在不锈钢衬底上和刻线的镍膜上直接沉积了碳纳米管膜。通过SEM、拉曼光谱和XRD表征,讨论了不同衬底对碳纳米管膜生长的影响。结果表明:在一定条件下,可在镍膜上沉积垂直于衬底的高度取向的碳纳米管,但在不锈钢衬底上却长出取向无序的碳纳米管膜,这说明衬底对碳纳米管的取向生长起着关键作用。

CH_4在Ni-Mg-O催化剂上裂解生长碳纳米管的本征动力学

考察甲烷在Ni0.5Mg0.5O催化剂上裂解生长碳纳米管(CNT)的本征动力学.在常压,540～640℃,GHSV=(2.0～9.0)×104mLh-1g catal-1.反应条件下,测得甲烷裂解转化率随反应温度、接触时间的变化,运用最小二乘法拟合求算出反应速率,进而建立反应动力学方程的幂函数模型,求得甲烷和氢气的反应级数分别为1.32和-1.41,反应活化能Ea为172kJmol-1,并根据实验数据验证了甲烷在Ni基催化剂上吸附、解离、脱氢的机理模型.

镍磷-纳米碳管复合镀层的力学性能

采用化学复合镀的方法,在铜箔基体上进行Ni-P-纳米碳管复合镀。用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、万能拉伸试验机等实验手段研究复合镀试样的组织和性能。结果表明:随着镀液中纳米碳管含量的增加,复合镀层表面的粒度变小,硬度增加;最大延伸率、断面收缩率和拉伸断口侧面的裂纹密度增加,但抗拉强度、断裂强度和弹性模量降低。

储氢合金电极中添加碳纳米管对SC型高功率电池性能的影响

在SC型高功率镍氢电池的负极中添加不同含量的碳纳米管制备SC型高功率镍氢电池,并对其容量、大电流放电性能和循环寿命进行研究.结果发现,碳纳米管的加入有利于提高电池的综合性能,尤其是大电流放电性能和循环寿命;加入碳纳米管的含量为0.8%(w)时电池的综合性能最好,其最高容量达到3369mAh,2C(6000mA)循环600次后容量仍然保持在3280mAh(97%DOD(放电深度))以上,5C(15000mA)循环180次容量仍然有2850mAh(89.1%DOD)以上.

薄膜表面等离子体光催化剂Ag@AgBr/CNT/Ni的制备和性能

用复合电沉积技术制备了Ag@AgBr/CNT/Ni表面等离子体薄膜催化剂,以扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对薄膜的表面形貌、晶体结构、化学组成和光谱特性进行了表征,在可见光照射下,用罗丹明B(RhB)作为模拟污染物对薄膜的光催化性质和稳定性进行测定,采用测定薄膜电化学阻抗谱(EIS)和向反应系统中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化机制进行探索。结果表明:最优工艺下制备的Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜是由少量碳纳米管(CNT)和表面沉积纳米Ag粒子的AgBr晶体构成的复合薄膜。薄膜具有突出的表面等离子体共振效应、优异的光催化活性和良好的催化稳定性。光催化罗丹明B 20 min,Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜的降解率是Ag@AgBr/Ni薄膜的1.32倍,是P25 TiO_2/ITO多孔薄膜的21.6倍。在保持光催化性能基本不变的前提下可循环使用5次。CNT的存在使薄膜电荷传导性能和光催化还原溶解氧的性能大幅增加,是所制薄膜相对于Ag@AgBr/Ni薄膜光催化性能提高的主要原因。提出了薄膜光催化罗丹明B的反应机理。

用于电网接地极表面的Ni-P-CNTs化学复合镀层的研制

以Q235钢做基体材料,以碳纳米管做导电填料,以硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸、醋酸钠、硫代硫酸钠、丙酸、十二烷基磺酸钠等配制镀液,采用化学镀法制备致密、结合力良好的Ni-P-CNTs复合镀层,并对该镀层进行了相关性能测试,结果证明该镀层具有优异的导电性、防腐性,能满足电力系统电网使用要求,适合作电网接地极防腐涂层。

负偏压下Ag@AgBr/CNT/Ni等离子体膜电极的光电催化性能和反应机理

为了制备高效和稳定的表面等离子体薄膜催化剂和探索其光催化和光电催化降解有机污染物的规律,用恒电流复合电沉积方法制备了Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜。在负偏压和可见光作用下,以罗丹明B(RhB)为模拟污染物测定了薄膜的光电催化性能和稳定性。采用电化学技术和向反应体系加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光电催化机理进行了探索。结果表明:最佳工艺下制备的Ag@AgBr/CNT/Ni薄膜具有极高的光电催化活性、极为显著的光电协同效应和良好的催化稳定性。催化反应3.0 min,Ag@AgBr/CNT/Ni膜电极光电催化RhB(c=5 mg/L)的降解率为93.8%,是相同时间Ag@AgBr/Ni薄膜降解率的5.4倍,是P25 TiO2/ITO多孔薄膜的23.4倍。相对于不加偏压的光催化,降解率提高了9.7倍。在保持薄膜催化活性基本不变的前提下,可重复使用5次。薄膜中具有突出SPR效应的纳米Ag和碳纳米管对溶解氧的催化还原作用是光电催化活性和稳定性提高的主要原因。在负偏压和可见光作用下,超氧负离子自由基、羟基自由基与染料正离子自由基对染料的光电催化降解有决定性作用。