泡沫镍铁合金自支撑NiFeOOH纳米片的制备及析氧性能研究

电催化析氧反应(OER)是电解水制氢的重要半电池反应.然而,OER的缓慢动力学仍需研究高效的电催化剂.在非贵金属催化剂中,NiFe基材料是OER催化剂研究热点.我们通过食人鱼溶液简单一步浸渍刻蚀法将不同Fe含量的泡沫NiFe合金进行氧化,制备了表面具有纳米片形貌的NiFeOOH自支撑电催化剂,并深入研究其电催化析氧性能.通过SEM、XRD、XPS等对电催化剂的形貌结构及成分进行表征,证实了三维多孔基底上NiFeOOH纳米片结构的形成.由于高价镍、铁物种的存在以及二维纳米片结构的生成,NiFeOOH/NF的析氧性能大幅度提高,在10 mA∙cm^(−2)的电流密度下过电位仅155.68 mV,Tafel斜率为88.2 mV∙dec^(-1).这为研制高效、耐用的自支撑非贵金属电极提供了新思路.

宽光谱响应范围的氮化碳纳米片的制备及其光催化产氢性能研究

以块体氮化碳(CN)为前驱物,采用氧化剥离制备氧化型氮化碳纳米片(o-CN NSs),将o-CN NSs还原制得了还原型氮化碳纳米片(r-CN NSs)。o-CN NSs和r-CN NSs厚度均约2 nm,且都保留了纯CN的庚嗪环骨架结构;相比于o-CN NSs,r-CN NSs具有更小的禁带宽度(2.62 eV)、更宽的光响应范围(485 nm)和更高的产氢速率(1700μmol/(g·h));r-CN NSs的光催化产氢速率是CN的8.5倍、o-CN NSs的2.1倍。经过20 h的循环测试,r-CN NSs的光催化产氢速率没有衰减,具备良好的光催化稳定性。实验和理论分析表明,r-CN NSs是边缘基团为氨基的纳米片结构,氨基的引入改善了纳米片的结晶性,提高了电子和空穴的分离效率、拓宽了纳米片的光响应范围,从而导致光催化性能增强。

氮化硼纳米片表面修饰及其在导热涂料中的研究进展

目的研究氮化硼纳米片表面修饰对导热涂料性能的影响,以改善微电子产品的散热功能。方法从氮化硼纳米片的制备出发,介绍了共价修饰和非共价修饰氮化硼纳米片的表面处理技术,综述了氮化硼纳米片分别与环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等高分子材料制备复合导热涂料的研究进展及氮化硼纳米片用于导热涂料存在的现行问题。结果自上而下策略是氮化硼纳米片制备工艺中应用最广的策略方法,通过共价和非共价修饰氮化硼纳米片可以有效改善氮化硼纳米片与高分子材料的相容性,进而提升氮化硼纳米片与高分子材料制备的复合涂料的导热性能。结论氮化硼纳米片表面修饰在导热涂料领域具有广阔的应用前景,将为微电子产品的散热问题提供更有效的解决方案。

花瓣状氧化锌纳米片在聚丙烯泡沫中的抗菌性能研究

采用硝酸锌与氢氧化钾在十二烷基三甲基溴化铵存在的条件下,在溶液中直接沉淀得到花瓣状氧化锌纳米片,并对比了花瓣状氧化锌纳米片与常规纳米氧化锌在聚丙烯泡沫中的抗菌性能。结果表明,由于具有交错的三维结构,花瓣状氧化锌纳米片较常规纳米氧化锌比表面积高59.6%,堆积密度达到0.23 g/cm^(3)。花瓣状氧化锌纳米片在聚丙烯泡沫中表现出较常规纳米氧化锌更高的抗菌效率。当含量为3%时,添加花瓣状氧化锌纳米片的聚丙烯泡沫对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均达到99.9%。这可能是由于花瓣状的纳米片结构在复合材料加工过程中更容易被充分分散,从而发挥了优异的抗菌性能。

石墨烯纳米片增强水泥砂浆的抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能

本工作研究了石墨烯纳米片(GNP)对水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并采用热重分析法、压汞分析法、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析对GNP复合水泥砂浆的微观形貌和水化产物类别进行了表征,解释了GNP增强水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的机理。结果表明:与普通水泥砂浆相比,掺入0.1%水泥质量的GNP后,水泥砂浆的28 d抗压、抗折强度分别提高了11.1%和12.7%,表面氯离子浓度和扩散系数分别减小了36.8%和11.3%,经硫酸盐侵蚀后质量损失率为0.44%,抗蚀系数提升至0.9;GNP对水泥水化的产物类别没有影响,但GNP可以促进水泥的水化反应并细化水泥砂浆中的孔径;GNP作为水泥中的纳米添加材料能够填充在水泥熟料附近,使水泥砂浆的微观结构更为密实,且GNP较大的比表面积和二维板状结构也可以成为腐蚀离子的物理屏障。

Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片高效率去除废水中重金属的研究

通过刻蚀剥离法制备了Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片,探究了其对废水中重金属离子的吸附特性。通过SEM、XRD、AFM、FT-IR、Raman对Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片的形貌和结构进行了表征,通过ICP-MS对处理前后水体中重金属离子的含量进行了测试。结果表明剥离的Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片表面含有结构缺陷和羟基,当水体中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)初始浓度为50 mg/L时,47.5 mg Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对其的去除效率高达90%以上,尤其是对Pb(Ⅱ)的去除效率达到了98.81%,吸附性能远高于大孔树脂、硅藻土和活性炭等常见吸附试剂。在Na(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)4种离子共存溶液中,Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对于Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除依然可以达到92%以上。通过动力学和吸附等温拟合,Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片对Pb(Ⅱ)的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir等温模型,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量和最低检出限分别为81.7 mg/g和0.0094 mg/L。Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对重金属离子的吸附特性在化学工业、食品加工的废水处理中具有良好的应用前景。

氧化铜/羧基化碳纳米片修饰玻碳电极用于尿酸的灵敏检测

制备了氧化铜(CuO)纳米棒和羧基化碳纳米片(cCNSs)两种材料,并通过滴涂方式将其修饰在玻碳电极(GCE)表面,构建了一种用于检测尿酸(UA)的电化学传感器。采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对所制备的材料进行表征。通过微分脉冲伏安法(DPV)和循环伏安法(CV)研究了传感器的电化学性能。结果表明,CuO/cCNSs修饰电极对UA的氧化有很好的催化效果。与GCE电极相比,UA在CuO/cCNSs修饰电极上的峰电流增强了约122倍。在0.3~-30.0μmol·L^(-1)浓度范围内,UA的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系,检出限为0.087μmol·L^(-1)。该传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性,应用于人体尿样中UA的检测,加标回收率为83.2%~103%。

热剥离g-C_(3)N_(4)纳米片的合成及光催化性能研究

以三聚氰胺为前驱体,合成块状g-C_(3)N_(4)(CN),再经简单的热剥离技术,成功制备多孔g-C_(3)N_(4)纳米片(CN-S)光催化剂。系统研究了不同热剥离时间对CN-S光催化还原Cr(VI)性能的影响。结果表明:经4 h热剥离后获得的样品CN-S(4h)比表面积和孔体积分别为191.88m^(2)·g^(-1)和1.109cm^(3)·g^(-1),而CN的比表面积和孔体积分别是7.82m^(2)·g^(-1)和0.092cm^(3)·g^(-1),说明热剥离可显著提升材料比表面积和孔体积,增加表面有效活性位点,延长可见光在其内部的多重散射,缩短光生电子-空穴对从材料内部迁移至表面的传输距离。此外,热剥离处理形成的碳空位可增强光生载流子分离效率。由此CN-S(4h)光催化还原Cr(VI)的效率达到99.0%。

氮化硼纳米片改性硅橡胶的直流电气与力学性能

日益提升的高压直流输电电压等级对直流电缆附件用硅橡胶的电气性能提出了更高的要求,为了探究具有优良直流电气性能的复合硅橡胶材料,文中制备了填充不同质量分数的聚多巴胺修饰氮化硼纳米片改性硅橡胶,对比分析了不同填充量下复合硅橡胶的直流电气性能。结果表明:填充氮化硼纳米片可以有效抑制硅橡胶的空间电荷积聚现象,试样的直流击穿场强随填充量的提高呈现先增大后减小的趋势,在填充量(质量分数,下同)为15%时达到最大值,相比纯硅橡胶提升23.2%,直流电导率先减小后增大,在填充量为15%时取得最小值;除此之外,当填充量为15%时,试样的拉伸强度较纯硅橡胶提升了38.3%,试样的断裂伸长率仅下降2.7%,基本保持了原有的断裂伸长率;经聚多巴胺修饰的氮化硼纳米片复合硅橡胶相比于未经表面修饰的氮化硼纳米片复合材料,其直流电气和力学性能都有显著提高。综合分析,填充量为15%时复合材料具有较好的综合性能。

活性MoS_(2)纳米片剥离油膜机理研究

纳米材料可以提高原油采收率,但目前对于纳米材料的研究主要集中在球形纳米材料的性能上,对于二维片状纳米材料的研究甚少。自主合成了两亲性MoS_(2)片状纳米材料(活性MoS_(2)纳米片)用于大幅度提高水驱后原油采收率,针对活性MoS_(2)纳米片在固体表面上的铺展规律进行系列研究,阐明了活性MoS_(2)纳米片对固体表面油膜的作用机理。基于气-水-固相接触角的测量,明确了油湿性石英片在活性MoS_(2)纳米片驱油体系中浸泡120 h后,水滴平衡接触角保持90°不变,石英片表面由油湿转变成中性润湿;地层水和质量分数为0.15%的SiO_(2)纳米流体均无法使油膜在固体表面产生楔形膜,而质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系可在油-水-固接触区域形成明显的楔形膜,产生结构分离压力,最终剥离固体表面油膜。研究发现,在质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系中,油膜在固体表面的收缩过程中会形成内、外两条接触线,内、外接触线的收缩速度分别是0.6617×10^(-5)和8.5817×10^(-5)cm/s;从热力学角度计算出油膜在收缩过程中油-水-固混合体系Gibbs自由能的增量呈负增长,证明油膜在活性MoS_(2)纳米片驱油体系中的收缩是自发进行的。该项研究成果说明质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系具有高效的驱油能力。

探究超薄Bi_(2)MoO_(6)纳米片高效光催化CO_(2)还原活性

铋系层状半导体材料凭借其独特的表面特性在光催化领域得到广泛的研究及应用,然而在光催化反应过程中光生电荷迁移及其表界面动态变化却鲜见报道.我们利用准原位X射线光电子能谱仪(QIS-XPS)系统研究超薄Bi_(2)MoO_(6)纳米片光催化CO_(2)还原过程中光生电荷迁移及其表界面演变过程.研究结果表明:在暗态条件下CO_(2)分子吸附于(010)暴露面Bi活性位,由于CO_(2)分子强的拉电子能力,导致内层出现高价态Mo^((6+x)+).当光照射至样品表面上时,*CO_(2)特征峰强度显著降低,*CO特征峰强度明显升高,表明CO_(2)分子在Bi活性位发生活化断键,并与光生电子反应形成*CO,使得高价态Mo^((6+x)+)含量增大.活性测试表明超薄Bi2MoO6纳米片的CO产量活性为41.8μmol·g^(-1)·h^(-1),其比块体Bi_(2)MoO_(6)活性高4.2倍,并且展现出优异的光催化稳定性.该工作为二维层状材料高效光催化CO_(2)还原机理研究提供了一种全新的研究思路.

纳米碳片负载Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质结的原位合成及电催化性能研究

以K_(3)[Co(CN)_(6)]为Co源,硫脲为S源,富含-OH和-NH_(2)的天然亲水性高分子壳聚糖为碳源,通过形成CS-K_(3)[Co(CN)_(6)]水凝胶将Co前驱体和S源均匀分布于C前驱体中。水凝胶形成的主要驱动力来自金属Co离子与壳聚糖中-NH_2的配位交联以及Co离子之间通过-CN的桥接作用。得益于均匀分散的前驱体和后续热解处理初期形成的Co的催化作用,通过简单地调控Co与S的原子比,原位构建出均匀镶嵌有Co/Co_(9)S_(8)异质结的N,S共掺杂富含微孔的碳纳米片(Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs)。采用SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS和电化学工作站等方法对所制备催化剂的形貌、组成和结构以及电催化性能进行了表征。结果表明,形成的Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质界面有效地调控了活性中心的电子结构和电荷传输特性;二维掺杂多孔碳纳米片的负载使活性位点更加均匀分散,同时提供了高速的电子和传质通道,也避免了活性位点在催化过程中的迁移聚集。两者的协同作用使合成的Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs复合催化剂具有了更优的催化性能,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下,其催化碱性析氧反应/OER的过电位仅为304 mV,优于商业化的RuO_(2)催化剂。该研究为发展具有优异电催化性能的廉价过渡金属催化剂提供帮助。

热载流子多结太阳能电池CdSe/CdS核壳量子点和纳米片的声子瓶颈效应机理

热载流子多结太阳能电池(HCMJSC)是热载流子及叠层电池概念相结合而提出的一种较有前景的第三代太阳能电池之一,其理论效率在一个标准太阳条件(即1000 W/m 2,25℃)下将高于65%,远高于32%的单节硅基电池极限效率。该型电池主要包括一个宽带隙的顶结薄膜和一个适中带隙的厚底结基底,以分别高效吸收利用高能和低能光子。其广泛应用于光电器件的宽带隙CdSe/CdS低维材料体系(如量子点、纳米片等)有望成为顶结薄膜的合适候选材料。然而,该材料体系中的声子瓶颈效应(PBE)机理目前尚不明晰。文章主要研究了CdSe/CdS核壳量子点(QDs)和纳米片(NPLs)中的PBE机理;通过稳态光致发光(SSPL)和皮秒时间分辨尺度光致发光(ps-TRPL)技术,计算该材料体系的热弛豫系数(Q th),从而定量分析激发载流子的弛豫速率,同时阐述了PBE和量子点中常见的俄歇复合之间的耦合关系,最终系统研究了QDs和NPLs中载流子弛豫过程机理,提出HCMJSC的发展路径和建议。

三维Al-TCPP MOF纳米片对16种三唑类杀菌剂的吸附去除研究

农业生产中大量使用的三唑类杀菌剂最终通过环境介质传递进入水体,给生态系统和人类健康造成威胁。因此,本研究以六水合氯化铝和四(4-羧基苯基)卟啉(tetra(4-carboxyphenyl)porphyrin,TCPP)为功能单体制备三维Al-TCPP金属有机框架(metal organic framework,MOF)纳米片,并以Al-TCPP纳米片为吸附剂,构建了水体中16种三唑类杀菌剂的高效吸附去除方法。探究了Al-TCPP纳米片用量、吸附时间和pH值等对其吸附三唑类杀菌剂吸附能力的影响,并获得最佳吸附去除条件;选取3种典型杀菌剂,研究了Al-TCPP纳米片对目标物的吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学等吸附行为机制。结果表明:Al-TCPP纳米片对三唑类杀菌剂的吸附过程符合准二级动力学模型,为单分子层化学吸附,且吸附过程是自发的放热反应,低温有利于该反应进行。采用本方法吸附不同环境水体中的三唑类杀菌剂,结果表明:Al-TCPP纳米片对不同环境水体中的16种三唑类杀菌剂的去除率均达到85%以上。综上所述,Al-TCPP纳米片对三唑类杀菌剂的吸附去除具有较好的实用性,可为环境水体中三唑类杀菌剂残留去除研究提供新的思路和方法。

大尺寸银纳米片的可控、高效制备及在导电胶中的应用

具有二维片状结构的银纳米片表现出优异的电学、光学和化学性质,广泛应用于电子、催化、生物等领域。化学还原法制备的银纳米片直径通常小于1μm,且产量低。为了解决上述问题,以鸟嘌呤为结构诱导剂,硝酸银为银源,通过化学还原法制备了大尺寸银纳米片,并得到优化的制备条件:在0℃下,滴加速度为1.0~1.3 mL/min,搅拌速度为300 r/min,B液中鸟嘌呤浓度为16.56 mmol/L、AgNO3浓度为0.50 mol/L,在最优条件下制得10~20μm的大尺寸银纳米片,单位体积反应液中银纳米片产量高达15 g/L。X射线衍射(XRD)和Raman光谱测试结果表明,银纳米片的生长机理为鸟嘌呤分子的羰基氧原子选择性吸附于银晶体的(111)晶面,形成包覆,还原生长的银原子沉积于(110)和(100)晶面,横向生长形成银纳米片。以最优条件下制备的大尺寸银纳米片作为填料,分别以二乙二醇单丁醚和乙醇为溶剂制得导电胶,其渗流阈值低至30%~40%(质量分数)。

基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的检测

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的高灵敏检测。首先,采用剪切剥离法制备少层MoS_(2)纳米片,并对制备条件进行优化,以制备横向尺寸较大、厚度均匀的少层MoS_(2)纳米片;其次,通过分散液吸光度的变化研究少层MoS_(2)纳米片在高浓度盐溶液中的加速聚集沉淀行为;然后,基于MoS_(2)纳米片对单链DNA的吸附力,研究了单链DNA对于盐诱导沉淀少层MoS_(2)纳米片的抑制作用;最后,利用杂交形成的双链DNA从少层MoS_(2)纳米片上脱落而导致的分散液吸光度的变化构建光学生物传感器,并通过cpDNA与不同浓度的ctDNA杂交对该传感器的性能进行检测。结果表明,当cpDNA浓度为100 nM时,浓度范围在25~100 nM的ctDNA与少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度呈反比线性关系。在401和448 nm波长处时,少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度与ctDNA浓度的线性回归方程分别为Y=0.23557-0.00070X,R^(2)=0.94222和Y=0.21253-0.00050X,R^(2)=0.95141。所构建的光学生物传感器成功地实现了对癌症标志物ctDNA的检测;为未来的体外癌症检测和诊断提供了一种有效的传感策略。

基于银纳米三角片蚀刻机制区分不同产地浓香型白酒

区分不同产地白酒对于产品质量控制和原产地保护具有重要意义。本研究以四种不同形貌大小的银纳米三角片(Ag nanoprism,AgNPRs)作为传感材料,两种金属离子和一种氧化阴离子作为氧化蚀刻剂,基于AgNPRs蚀刻机制构建了一种4×3传感阵列,将该阵列对四川、江淮和北方三大产地共41款代表性浓香型白酒样品进行比色响应,所获得的比色信号值通过线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)进行判别分析,并进一步选取了部分未知样品对判别模型进行了外部验证。比色响应机制研究结果表明,白酒样品对AgNPRs的蚀刻效应起促进作用,这可能与白酒中含有不同的有机酸有关。对不同产地样品的区分结果显示,单一阵列对不同产地样品的区分效果相对较低,三种阵列组合后的区分效果明显提高,对41个样品的产地判别率可达99%,对15个未知浓香型酒样的产地判别率可达98%。采用组合阵列对四川产地5种品牌21个样品和江淮产地3种品牌13个样品判别率分别可达99%和100%,采用单一阵列对四川各厂家不同等级产品的判别率均可达100%。本研究采用的纳米比色传感方法简便快速,不仅可用于产品鉴别和防伪,也可辅助用于生产过程质量监控,为白酒质量智能化监控奠定研究基础。

液相剥离法制备MoTe_(2)纳米片及其对三乙胺的气敏性能

二碲化钼(MoTe_(2))材料呈现层状结构,不利于气体的吸附。为了提高MoTe_(2)基传感器的气敏性能,采用液相剥离的方法制备了二维MoTe_(2)纳米片。扫描电子显微镜(SEM)、N2吸脱附分析仪以及Raman光谱仪的表征结果证明,相比于原始的MoTe_(2)材料,液相剥离的MoTe_(2)纳米片具有疏松的层状结构,液相剥离材料的比表面积(2.0648m^(2)/g)比原始材料(0.3578m^(2)/g)扩大约6倍,为气体分子的吸附提供了充足的活性位点。并且,经过液相剥离操作之后的材料对三乙胺气体的响应值以及选择性显著增高,MoTe_(2)基传感器在室温下对体积分数10ppm(1ppm=1×10^(-6))三乙胺气体的响应值由26.02%提升至39%。结果表明,液相剥离的二维MoTe_(2)纳米片对于三乙胺气体的检测具有很大的应用潜力。

P改性ZSM-5纳米片催化裂解丁烯的研究

制备了一系列低P负载量的P/ZSM-5纳米片分子筛,通过X射线衍射仪､低温N2吸附-脱附､NH_(3)-TPD､SEM等表征手段考察了P改性对纳米片分子筛晶型､孔结构､酸性质和形貌的影响,并将各催化剂用于催化正丁烯裂解反应。结果表明,由于P负载量较低,改性后的ZSM-5纳米片分子筛的比表面积､微孔孔容和形貌基本不变,而纳米片强酸位点的数量显著降低;P改性后可显著改善催化剂在正丁烯催化裂解中的稳定性和乙丙烯的选择性;与未改性的ZSM-5相比,当P负载量达0.45%时催化剂失活速率降低了1倍以上,且产物中乙烯､丙烯选择性可达58%左右。

稀土复合纳米材料改性树脂基制动片摩擦学性能

为提升风电偏航树脂基制动片高温下的摩擦磨损性能,采用稀土和纳米材料对树脂基制动片进行改性。采用热压成型工艺制备改性树脂基制动片,对试样进行力学性能测试和摩擦磨损试验。采用SEM、EDS、XRD对试验后试样摩擦表面进行观察和分析,探究稀土和纳米材料对树脂基复合材料的作用机制。结果表明:添加稀土和纳米材料后试样的相关力学性能和摩擦学性能均有提高,其中质量分数1%的氧化铈和氧化钇、4%的纳米二氧化硅可使复合材料350℃高温下的摩擦因数提高9.09%,磨损率下降64.28%。稀土和纳米二氧化硅通过优异的界面效应,提高了高温下试样的抗热衰退性,降低了高温下试样的磨损量,使试样磨损形式从磨粒磨损为主转变为黏着磨损为主。