固相法合成氮掺杂碳纳米管及其二氧化碳吸附性能研究

以二乙烯苯（DVB）和1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐（EVBIm]Br）共聚物为原料，铁氰化钾为催化剂前驱体，在600-1000℃下固相碳化制备了掺氮纳米碳管（NCNT）块体。利用SEM、TEM、Raman、XPS、物理吸附等对样品进行了表征。采用KOH在600-800℃下对NCNT进行活化，发现处理温度和时间是影响其孔结构的关键因素。CO2吸附实验表明，单位孔容的微孔吸附量与碳材料表面氮含量之间存在明显的线性关系。

石墨烯负载钯纳米颗粒催化5-羟甲基糠醛选择氧化制2,5-呋喃二甲酸

采用甲醛液相还原法制备石墨烯负载Pd纳米颗粒催化剂,利用HRTEM、STEM、HAADF、XPS、TG、XRD、N2物理吸附、CO脉冲化学吸附等手段对样品进行表征。结果显示,高比表面积石墨烯作为催化剂载体,有助于获得高分散和金属态为主的Pd纳米颗粒。HMF催化氧化实验表明,Pd/rGO催化剂能够高效催化HMF转化为FDCA。50℃常压反应6h,HMF转化率和FDCA的收率分别为96.9%和66.6%。反应动力学结果显示,HMF转化和生成FDCA的活化能分别为(45.6±4.6)kJ/mol、(71.3±2.5)kJ/mol。

还原氧化石墨烯改性少层剥离石墨增强石墨基钾离子电池负极稳定性

钾在石墨中嵌入电位较低,因此石墨负极可使钾离子电池具有较高的能量密度,是一种理想的钾离子电池负极材料。然而,石墨嵌钾后的体积膨胀率高达60%,导致钾离子电池的循环稳定性较差。此外,钾嵌入石墨层间的动力学过程缓慢,制约了钾离子电池倍率性能的提升。在本工作中,我们用还原氧化石墨烯(rGO)包覆剥离石墨(EG),得到一种具有协同效应的层状复合材料。一方面,以少层的EG代替石墨可以减少由于钾的嵌入/脱嵌所引起的体积膨胀和内部应力;另一方面,外层rGO可以避免EG的堆叠,这有利于加速动力学过程并在钾化/去钾化过程中稳定结构。当复合材料所用EG和GO的质量比为1:1时,其性能达到最优,在50 mA·g^(-1)的电流密度下能够提供443 mAh·g^(-1)的比容量;在电流密度为800 mA·g^(-1)时,比容量为190 mAh·g^(-1),保持率为42.9%。相同测试条件下,纯EG和rGO的容量保持率仅为14.2%和27.2%。测试结果说明EG-1/rGO-1复合材料在比容量和倍率性能两个方面得到了提升。

熔盐法合成纳米层状Sc_(2)SnC MAX相

MAX相是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料,也是合成二维MXenes的前驱体材料。理论预测稳定的三元层状MAX相材料约有600余种,目前实验合成的三元层状MAX相材料已有80余种,但M位主要为前过渡族金属,而对M为稀土元素的三元MAX相鲜有报道。本研究以Sc、Sn,和C元素粉为原料,通过熔盐法合成了M位为稀土元素Sc的全新Sc_(2)SnC MAX相材料。结合X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等分析手段,确认Sc_(2)SnC MAX的相组成和微观结构。并通过密度泛函理论计算了Sc_(2)SnC MAX相的结构稳定性、晶格参数、力学和电子性质,理论计算结果表明Sc_(2)SnC热力学稳定,Sc-3d电子在费米能级上占主导地位,MAX相呈金属性质。

Al/Mo-C中间层对锆合金表面Zr_(2)Al_(3)C_(4)涂层界面性能影响

锆合金表面涂层研究作为提高核燃料包壳事故容错能力的重要技术手段之一,能够有效解决失水事故下锆水反应的问题。Zr_(2)Al_(3)C_(4)以其优异的抗氧化性能和适用于核环境的化学组分而成为锆合金包壳的候选涂层材料之一。由于Zr_(2)Al_(3)C_(4)涂层与锆合金基底之间的元素扩散以及热膨胀系数不匹配等问题,在其上制备Zr_(2)Al_(3)C_(4)涂层的相关研究较少。本研究通过磁控溅射结合后续热处理工艺,以Al/Mo-C作为扩散屏障层,在锆合金基底上制备Zr_(2)Al_(3)C_(4)涂层。结合X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,研究了Al/Mo-C中间层对涂层的相和微观结构的影响。结果表明,在800℃退火3 h后,未添加中间层的涂层开裂,同时由于Zr-Al-C涂层与基底之间存在明显的元素扩散,导致Zr_(2)Al_(3)C_(4)无法成相。Al/Mo-C中间层作为扩散屏障,能够有效阻止退火过程中Zr-Al-C涂层和基底之间的元素扩散,从而大大降低Zr-Al-C涂层与标准化学量比的偏差,有利于最终涂层中Zr_(2)Al_(3)C_(4)相的形成。此外,该扩散屏障层能够抑制Zr_(2)Al_(3)C_(4)涂层在退火过程中产生裂纹,同时将退火态涂层与锆合金基底的结合力提高30 N。

碳烟与气态和吸附态NO_2反应的不同机制

在K/MgAlO催化剂上测试了气态及吸附态NO2与碳烟(soot)的反应,结合原位红外表征和第一性原理计算确认了反应中间物,对两类反应的差异进行了机理解析.结果表明,吸附态NO2的活性弱于气态NO2.吸附态NO2以硝酸盐的形式参与反应,导致出现了2个红外特征峰2234和2110 cm-1,分别归属为K位上的氰酸离子和MgAlO载体上的氰离子.此外,气态NO2的反应中间物异氰酸离子也得到证实.吸附态NO2(即硝酸盐)的反应受到K+静电场的束缚,倾向于形成氰酸离子,氰酸离子易裂解成氰离子迁移到载体上;气态NO2与碳烟反应则倾向于形成相对稳定的异氰酸离子.吸附态NO2较弱的低温活性可归因于K+静电场的束缚.

钐钕共掺杂氧化铈纳米粉体的制备及烧结行为

采用固液复合法合成了钐钕共掺杂的氧化铈（Sm0.075Nd0.075Ce0.85O2-δ：SNDC）。研究了球磨罐、球磨珠材质和球磨转速对粉体物相、成分、形貌及烧结行为的影响。结果表明：制备的SNDC物相纯净,为近似球型的纳米粉体。采用聚四氟乙烯罐和氧化锆球磨珠所制粉体纯度高。采用氧化铝球磨罐或球磨珠会引入杂质Al、Si和Ca。采用氧化铝罐和氧化锆球磨珠会额外引入Zr和Y,且球磨转速400 r/min杂质引入量高于300 r/min的。掺杂YSZ明显抑制了SNDC烧结,Al2O3可促进SNDC烧结,降低烧结致密温度约200℃。