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2020年  第35卷  第4期

Graphical Contents
2020, 35(4): .
摘要(71) PDF(108)
摘要:
新型炭功能材料在抗菌敷料中的应用研究进展
刘勇, 李倩倩, 张辉, 于世平, 张利, 杨永珍
2020, 35(4): 323-335. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60492-9
摘要(237) PDF(347)
摘要:
微/纳米炭功能材料(如活性炭纤维、纳米碳管、石墨烯、碳点和炭气凝胶)具有原料来源广泛、制备成本低以及生物相容性、物理化学性能和机械性能优异等优点,可以作为抗菌材料和载体赋予伤口敷料强大的杀菌活性,有望提高伤口的治疗效果。本文综述了基于微/纳米炭材料的高度创新抗菌剂和抗菌敷料,为治疗感染伤口开辟了新的途径,并提出了目前所存在的问题和解决对策,展望了未来碳基抗菌敷料的研究前景。
原位聚合法在石墨烯/聚合物纳米复合材料中的应用
毛赫南, 王晓工
2020, 35(4): 336-343. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60493-0
摘要(209) PDF(147)
摘要:
石墨烯作为一种新型炭材料,2004年通过简单的机械剥离方法制备得到。而氧化石墨烯作为石墨烯的氧化状态,其基面和边缘上存在大量的含氧官能团,可以很好地分散在水中,因而具有很好的加工性和广阔的应用前景,引起了学界的广泛重视。原位聚合法作为一种常用聚合方法,被广泛应用于合成石墨烯/聚合物纳米复合材料。本文着重介绍了石墨烯及氧化石墨烯的定义、不同的制备方法、原位聚合法的基本原理,及其在石墨烯/聚合物纳米复合材料制备过程中的应用进展。
煤层气制备金刚石的研究与应用
吴玉程, 邢学刚, 于盛旺, 唐宾, 树学峰
2020, 35(4): 344-357. doi: 10.19869/j.ncm.1007-8827.20200034
摘要(191) PDF(142)
摘要:
煤层气与煤伴生作为清洁能源,主要用于工业燃料和发电,而对低浓度煤层气,一般做法是排空,因此煤层气应用领域非常有限。本文介绍了煤层气的开采及提纯技术等研究现状,针对煤层气的分子式结构,提出高值利用煤层气路线,即采用化学气相沉积(CVD)方法,以煤层气为原料制备金刚石。介绍了合成原理与工艺过程,提出了不同浓度的煤层气抽采、发电、提纯、金刚石生产及尾气回收于一体的闭环应用系统。总结获得金刚石制品从工具级、热力学级、光学级到电子级的工艺控制规律,比较分析了CVD工艺方法与装备的优势,概述了气相沉积金刚石在相关领域的应用及研究进展,探讨了气相沉积金刚石作为功能材料的应用优势,为煤层气资源高效利用生产炭材料以及金刚石制备技术革新提供参考。
锂离子电池用CoMoO4/炭颗粒与氮掺杂多孔炭复合材料
朱玉龙, 王宜先, 高才, 赵伟楠, 王晓波, 吴明铂
2020, 35(4): 358-370. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60494-2
摘要(287) PDF(171)
摘要:
超精细过渡金属氧化物(TMO)在储锂方面具有巨大潜力,但在实际应用中还存在易团聚、电导率低等挑战。本文采用双炭复合方法,首先将ZIFs-67固定于模板法制备的石油沥青基多孔炭骨架上,然后将配位Co2+原位转化为CoMoO4@炭纳米颗粒,生成CoMoO4@炭纳米颗粒/多孔炭骨架(CoMoO4@CP/CF)。通过ZIFs-67热解制备出N掺杂炭骨架,从本质上提高CoMoO4电子传输能力,而超细炭纳米颗粒可以有效阻止CoMoO4聚集。基于上述优点,将该复合材料用做锂离子电池负极,电流密度为1 A g-1时,可提供高达818 mAh g-1的可逆比容量。该合成方法为高性能储能电极材料的设计提供了新途径。
富炭硬沥青基WO3/TiO2催化剂提升染料和药物降解的光催化行为研究
Zeynep Balta, Esra Bilgin Simsek
2020, 35(4): 371-383. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60495-4
摘要(281) PDF(86)
摘要:
采用溶剂热法制备出富炭硬沥青基WO3/TiO2催化剂。通过光电子能谱议(XPS)、红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电镜(SEM)和UV-Vis漫反射光谱仪(DRS)等手段表征催化剂的形貌、结构、光学和物理性质。SEM观察到硬沥青表面完全被WO3/TiO2颗粒覆盖。Raman和XPS分析表明,富炭硬沥青与WO3,TiO2复合良好。DRS结果显示在带隙较低时(2.83 eV),富炭硬沥青基WO3/TiO2催化剂对可见光的吸收性能得到提高。在UV-A辐照下,通过降解橙色II染料和药物来探讨所制催化剂的光催化性能。橙色II染料降解度随着硬沥青添加比例增加而增加,这归因于吸附和光催化的协同效应,即光吸收的增加和光产生的空穴和电子在W/Ti界面容易转移。而且,为了对比硬沥青原料与所制催化剂的吸附性能,在不同pH值下进行了批量吸附实验,并采用等温线和动力吸附模型探讨了温度和吸附值。本研究提供了富炭硬沥青作为自然碳源应用于碳基光催化材料制备思路。
共价交联法制备具有优异电容去离子脱盐性能的硼碳氮纳米片/石墨烯复合电极
王刚, 张云启, 汪仕勇, 王建韧, 李天竹, 邱介山
2020, 35(4): 384-393. doi: 10.19869/j.ncm.1007-8827.20190063
摘要(194) PDF(91)
摘要:
电容去离子脱盐(CDI)是一种去除水中盐离子的有效方法,具有能耗低、无二次污染等众多技术优势。采用高温固相法合成硼碳氮纳米片材料,其具有比表面积高、电化学稳定性良好等特点,通过与石墨烯材料的共价交联,制备了具有高脱盐量、优异循环稳定性的硼碳氮纳米片/石墨烯复合CDI电极。此结构中,硼碳氮纳米片的高比表面积为盐离子提供了丰富的吸附位点,其优异的电化学稳定性提高了CDI循环性能;石墨烯材料为复合电极构建了电子传输网络,提高了复合电极的导电性。将其与活性炭负极组装成非对称CDI模块,在3 200 mg L-1的盐浓度、1.4 V电压下,脱盐量达到了20.16 mg g-1;在1.0 V电压下,经30圈循环,容量保持率达到88.1%。
rGO/TiO2/BiOI异质结的制备及光催化性能
靳玉涵, 李春梅, 张艳峰
2020, 35(4): 394-400. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60496-6
摘要(260) PDF(80)
摘要:
采用水热法制备了不同比例rGO/TiO2/BiOI三元复合物,以甲基橙为模拟污染物考察了样品的光催化性能,用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见漫反射光谱仪、X射线光电子能谱仪和电化学方法对样品结构和性能进行了表征。结果表明,可见光照射下,Bi/Ti摩尔比为80%的rGO/TiO2/BiOI复合物,在20 min时对甲基橙的降解率达到98%;表明以层状的石墨烯(rGO)为基底,TiO2纳米颗粒均匀附着在BiOI纳米片上,形成了以石墨烯为基底的异质结,异质结在可见光区有较强吸收,改善了光生载流子的分离效率,加快了载流子的迁移速率,从而提高了催化剂的光催化活性。
氮掺杂稻壳基多孔炭的制备及其氧气还原反应的电催化性能
时军, 林楠, 林海波, 杨瑾, 张文礼
2020, 35(4): 401-409. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60497-8
摘要(177) PDF(121)
摘要:
本文发展了一种氮掺杂稻壳基多孔炭(N-RHPC)的制备方法,即将RHPC在氨气氛围下进行高温处理,操作简单,有利于大规模制备。结果表明,N-RHPC的介孔体积、石墨化程度明显提高,XPS N 1s谱证实了N原子在RHPC结构上的有效掺杂。N-RHPC作为ORR电催化剂具有与商用Pt/C接近的电催化活性,并具有较好的稳定性以及耐甲醇毒性,这主要是由于氨气氛围下对RHPC的高温处理使N原子进入RHPC中而引入了大量的催化位点所致。N-RHPC制备方法简单,性价比高,作为电催化剂具有很好的应用前景。
铜纳米颗粒修饰柔性石墨构建无酶葡萄糖传感器
李吉辉, 唐嘉欣, 卫洛, 何帅杰, 马力强, 沈万慈, 康飞宇, 黄正宏
2020, 35(4): 410-419. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60498-X
摘要(158) PDF(81)
摘要:
柔性石墨片(FGS)具备优良的导电性与柔韧性,可作为葡萄糖传感器的自支撑载体,解决由于使用黏结剂降低传感器性能的问题。本文采用水热法,使用抗坏血酸还原硫酸铜,在FGS上复合铜纳米颗粒构建Cu/FGS自支撑无酶葡萄糖传感器,在线性范围0.1~3.4 mmol/L内具有较高的灵敏度7 254.1 μA·mM-1·cm-2R2=0.996 1),较低的检测限1.05 μmol/L;在线性范围3.4~5.6 mmol/L灵敏度为3 804.5 μA·mM-1·cm-2R2=0.9995)。此外,该电极还有较好的抗干扰性、重复性及稳定性。
钠离子电池负极用高性能沥青基富硫炭材料
贺磊, 孙钰仁, 王春雷, 郭宏毅, 郭永强, 李晨, 周颖
2020, 35(4): 420-427. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60499-1
摘要(168) PDF(95)
摘要:
以中温煤沥青为碳源,升华硫为硫源,经低温和高温两步热处理,成功制备了具有较高硫含量的硫掺杂沥青基炭材料。探究了炭化温度对材料组成、结构及电化学性能的影响。结果表明,随着炭化温度的升高,材料中硫含量明显减少;硫流失的同时,带来炭结构的变化,材料的比表面积和层间距逐渐增大。其中800℃炭化的材料(SC-800)硫含量达到20.19 wt.%,层间距为0.368 nm,在0.1 A/g的电流密度下,储钠首次可逆容量高达482.8 mAh/g;在0.5 A/g和5 A/g的电流密度下,循环500圈和1 000圈后,仍然保持245.9和103.7 mAh/g的比容量。SC-800优异的电化学性能归因于高硫含量、较大的层间距和合适的孔道结构。
沉积温度对纳米碳管-铁粒子复合物的制备及吸波性能影响
刘渊, 赖杰, 师金锋
2020, 35(4): 428-435. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60500-5
摘要(158) PDF(65)
摘要:
采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,以Fe(CO)5为前驱体,在CNTs表面原位生长纳米级Fe粒子,通过改变沉积温度,调控复合粉体的形貌结构和吸波性能。用X射线衍射仪、场发射电子显微镜、透射电子显微镜和矢量网络分析仪对粉末的结构及电磁性能进行表征并对其吸波性能进行研究。结果表明,随着沉积温度升高(210~240℃),沉积到CNTs表面的Fe粒子逐渐增加;沉积温度过高时(270℃)会造成CNTS表面Fe粒子团聚。通过调节沉积温度,可以调控CNTs-Fe复合粉体的电磁性能。以吸波性能为考察指标,最终确定最佳的沉积温度为240℃。以沉积温度为240℃时所获样品的电磁参数,模拟计算出涂层厚度为2.9 mm时,反射率达到最小值为-28.3 dB,小于-10 dB的吸波带宽最大为6.1 GHz(10.2~16.3 GHz)。
用于太阳能驱动蒸汽发生的低成本荷叶基炭膜
郭明晰, 武晶斌, 李风海, 郭倩倩, 樊红莉, 赵慧敏
2020, 35(4): 436-443. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60501-7
摘要(240) PDF(120)
摘要:
太阳能驱动的界面蒸发因其解决淡水资源短缺的潜力而备受关注。低成本、高效率的光热转换材料是其广泛应用的关键。本文通过简单的真空抽滤法制备了低成本的荷叶基炭膜,作为太阳能驱动蒸汽发生的光热转换介质。使用市售聚苯乙烯泡沫塑料和多孔纤维滤纸分别作为保温层和输水通道,在实验室自制的太阳蒸汽发生实时测试系统中,荷叶基炭膜的太阳能驱动水蒸发速率和太阳能蒸汽转换效率分别为1.30 kg/m2 h和77.5%。同时,荷叶基炭膜在海水淡化和污水净化方面也表现出了优异性能。这些结果为低成本、环境友好的生物质基炭材料在太阳能驱动蒸汽发生中的广泛应用提供了可能。
氮掺杂石墨烯墨水的制备及理化特性
胡克文, 李贺军, 齐乐华, 罗俊, 连洪程
2020, 35(4): 444-451. doi: 10.1016/S1872-5805(20)60502-9
摘要(177) PDF(117)
摘要:
氮掺杂石墨烯墨水浓度低、缺陷多、易发生团聚,制约了功能器件的发展。本文利用化学氧化还原法与溶剂热法制备出氮掺杂含量为8.58 at%、电导率为257.2 S·m-1的石墨烯墨水。通过添加不同比例的表面活性剂如SLS、SDS、SDBS,所制墨水Zeta电位为-50~-90 mV,且分散稳定性良好。利用所制氮掺杂石墨烯墨水打印出线宽约为250 μm的直线,线条内部氮掺杂石墨烯分布均匀、成膜性好,为功能器件的制备奠定了基础。
环氧氯丙烷对淀粉热解行为的影响及其交联机理
李茂群, 陈成猛, 孙国华, 谢莉婧
2020, 35(4): 452-458. doi: 10.19869/j.ncm.1007-8827.20190038
摘要(169) PDF(110)
摘要:
首先制备了环氧氯丙烷交联的玉米淀粉,然后经稳定化和炭化得到淀粉基类球形炭材料。通过TG-MS分析玉米淀粉在环氧氯丙烷影响下的热解行为;采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)对淀粉基类球形炭材料的微观形貌和晶型结构进行表征;利用原位红外(in situ FTIR)对淀粉热解过程中表面化学演化进行表征;最后,通过以上表征及分析探究环氧氯丙烷对淀粉热解行为的影响并深入探究了环氧氯丙烷与淀粉的交联反应机理。结果表明,淀粉交联环氧氯丙烷后,热稳定性得到有效提高,最大热失重温度提前,热解过程相对温和,避免淀粉在剧烈反应时基本骨架结构遭到破坏和炭收率显著降低,同时,交联淀粉在后续的热解过程中更趋向于向芳香族结构转化,在相同温度下比纯淀粉热解产物炭化程度高,得到的最终产物炭收率高;环氧氯丙烷与淀粉在热解过程中与淀粉发生交联反应,形成稳定的网状结构稳定淀粉炭骨架从而减少淀粉中挥发性小分子物质的产生。