掺氮石墨烯的制备及其修饰电极的电催化活性

以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),然后以GO为碳源、水合肼为还原剂、氨水为氮源,用水热法制备了具有不同电催化活性的掺氮石墨烯(NG)。扫描电子显微镜、X-射线衍射、热重分析和比表面分析的表征结果显示,制得的NG晶格结构没有发生明显变化,表面褶皱和重叠增加,掺氮能提高石墨烯(Gr)的热稳定性、增大其比表面积。通过循环伏安法测试了NG修饰玻碳电极(NG/GCE)对对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和间苯二酚(RC)的电催化活性。结果表明:掺氮能有效改善Gr的电化学性能,HQ、CC和RC在2.0mL氨水下所制NG/GCE上的电流强度分别是Gr修饰电极强度的6.5、5.1和2.5倍,且能实现对HQ、CC和RC三者的同时检测。

三组分复合材料对镍离子(Ⅱ)的吸附研究

通过配位聚合的方式制备了一种新型的三组分复合材料(SC-GO-PANI),通过扫描电镜(SEM)等技术手段对结构进行了表征,并研究了吸附Ni^(2+)离子的性能。同时,系统考察了吸附剂用量、pH、初始浓度和共存阴离子对吸附性能的影响。结果表明:该材料具有交联的网状空间结构和相对较大的比表面积。在298K下,吸附去除率最高可达96.71%,达到国标饮用水标准。此外,对Ni^(2+)离子的吸附符合准二级动力学模型,属于单分子化学吸附,吸附等温线可用Freundlich方程描述。

双重Pickering乳液模板法制备无机-有机复合空心微球

以疏水性ZnO粒子和亲水性Fe_3O_4粒子稳定的W/O/W型双重Pickering乳液为模板,制备了具有空心结构的无机-有机复合微球.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪及光学显微镜等对制备的无机粒子、乳液和复合材料进行了表征.结果表明,制备了ZnO和Fe_3O_42种无机粒子,油酸能够对Zn O进行有效的疏水改性,改性后的接触角为84.3°.制备的双重Pickering乳液稳定性好、粒径分布较宽(50～200μm),以该双重乳液为模板制备的无机-有机复合材料为空心球形结构,粒径范围为100～200μm.

PtCu二元金属催化剂抗CO中毒性能的理论研究

基于密度泛函第一性原理研究了M-graphene(M=Pt,Cu,PtCu;graphene:pristine,Stonewales,Single-vacancy graphene)催化剂的抗CO中毒能力.对于纯Pt和纯Cu吸附在石墨烯上时,Pt的吸附能力最强,吸附结构最稳定.当Pt中掺杂Cu后,PtCu二元金属催化剂在石墨烯上的吸附结构的稳定性进一步增强.通过对M-graphene-CO吸附结构的研究,发现以缺陷石墨烯为载体的金属催化剂的抗CO中毒能力优于以原始石墨烯为载体的同种金属催化剂,PtCu二元金属催化剂抗CO中毒能力明显好于纯Pt和纯Cu的抗毒性.因此,缺陷石墨烯载体以及掺杂Cu的PtCu二元金属催化剂,对于提高催化剂的稳定性和抗CO中毒能力起到了重要的作用.

石墨烯基PtCu二元金属催化剂对甲醇吸附性能的理论研究

直接甲醇燃料电池作为最有潜力的能源越来越受到人们的关注.本文主要采用密度泛函理论(DFT),对石墨烯基PtCu催化剂吸附甲醇的结构进行了理论研究.通过分析甲醇吸附前后前线分子轨道、电荷和吸附能的变化,发现PtCu二元金属催化剂与甲醇相互作用中,甲醇容易吸附于Pt位点上.对于PtCu二元金属的Cu位点的吸附能力与纯Cu相比变化不大,但是PtCu二元金属的Pt位点相对于纯Pt催化剂对甲醇的吸附能力却有明显的提高.因此Cu的掺杂对于提高Pt位点的活性起到促进作用.

碳纳米管负载矾的第一性原理研究

本文基于密度泛函第一性原理研究了原始和带有缺陷的(Stone-Wales缺陷和单空位缺陷)碳纳米管负载金属V的稳定构型.对于V吸附在原始碳纳米管(CNT)上时,V在内表面的吸附比外表面的吸附有更强的相互作用力,且六元环内表面结构最稳定.当V与Stone-Wales缺陷碳纳米管相互作用时,V原子易吸附在管外七元环C-C键的外表面和内表面处,这说明缺陷位置的有效结合使之局域化加强.而以单空位缺陷碳纳米管为载体时V最易吸附在外缺陷处,相当于碳纳米管的一个C被金属V原子取代,形成了3个V-C_(sur)键,这进一步表明SV管外吸附比管内吸附更容易.我们从上述三种构型载体中发现,金属V吸附在缺陷碳纳米管时的稳定性要优于原始碳纳米管,且SV缺陷对金属V的固定效果最好.

CuO/石墨烯纳米片复合材料的制备及其电化学性能

利用改进的Hummers法制备氧化石墨,再通过化学沉淀法合成CuO/石墨烯纳米片(GNS)复合材料。经X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、比表面积测试(BET)等表征了产物的组成、结构和形貌;通过循环伏安和恒电流充放电对复合材料的电化学性能进行了研究。在这种复合材料中,石墨烯作为导电骨架有利于增加CuO颗粒之间的导电性和材料的机械稳定性。复合材料在大电流放电中表现出优异的电化学性能,在10A/g的电流密度下,CuO/GNS-2的比电容可达276F/g,经1000次循环后比电容仍能保持86.5%,显示该复合材料具有优异的电化学性能。

Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能研究

采用两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl_2S_4/Ni电极材料。利用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl_2S_4/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1F/g,循环100次后比电容的保持率为90.1%。相关研究可为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。

亚胺型比色探针的制备及阴离子识别性能研究

合成了两种亚胺型阴离子识别受体:2-[(2-羟基-5-硝基亚苄基)氨基]-4-硝基苯酚(R1)和2-[(蒽-9-亚甲基)氨基]-4-硝基苯酚(R2),其结构经核磁氢谱和红外表征。在紫外光谱实验中,受体R1和R2分别在乙腈和DM SO溶液中可以高选择性识别F^(-),AcO^(-)和H_(2)PO_(4)^(-),同时观察到明显的颜色改变。实验结果表明,受体R1和R2分别与阴离子形成的络合常数均在1.703×10^(4)L/mol之上,并且分别与F-形成1∶1型氢键络合物。通过^(1)H NMR滴定实验及理论计算阐述了阴离子识别过程机理的可行性。

直接以碳化钙为炔源合成有机化合物

以往利用碳化钙作为原料制备有机化学品时,首先须将碳化钙转化成乙炔气体,再由乙炔气体进一步制备有机化合物,而乙炔气体易燃易爆,反应条件苛刻,应用受到一定限制。碳化钙可以由可再生的生物炭在较低的温度下快速制备,是一种绿色经济的化工原料。因此,直接利用碳化钙作为绿色炔源代替乙炔气体、乙炔试剂制备各种重要有机化学品将是一条简洁的绿色化学途径。本文综述了直接以碳化钙为炔源合成有机化合物的反应类型、反应机理以及研究现状,展望了碳化钙作为固体炔源构建有机化合物的发展趋势。