新型炭材料

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2017, 32(5): .

摘要(106)

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摘要:

碳量子点荧光材料在白光LED中的应用

崔博, 冯晓婷, 张峰, 王亚玲, 刘旭光, 杨永珍, 贾虎生

2017, 32(5): 385-401. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60130-6

摘要(410)

PDF(429)

摘要:
作为碳纳米材料家族的新成员，碳量子点（CQDs）在发光二极管、离子检测、生物成像、太阳能技术和光催化等领域引起了广泛的注意。目前，发光二极管（LED），尤其是白光LED成为了研究者研究的焦点并且得到快速的发展。本文阐述了基于不同CQDs荧光材料（包括其复合物和单一基质CQDs）的白光LED的最新进展。其中，突出了单一基质CQDs荧光材料在白光发光二极管中的研究。最后，分析了当前单一基质CQDs在白光LED应用中所存在的问题，并对其应用给予展望。

掺杂Ba²⁺改善锌铁氧体/还原氧化石墨烯的吸附性能和磁性能

费鹏, 乔俊, 霍金仙, 刘建红, 钟明, 苏碧桃

2017, 32(5): 402-410. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60131-8

摘要(291)

PDF(278)

摘要:
以Ba²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺和氧化石墨烯（GO）为原料，采用一步溶剂热法制备了Ba²⁺掺杂的锌铁氧体/还原氧化石墨烯（Ba²⁺-ZF/rGO）磁性吸附剂材料。在反应过程中，实现了Ba²⁺掺杂锌铁氧体（Ba²⁺-ZF）的合成、GO的还原以及两相的复合等过程的同步进行，一步合成了Ba²⁺-ZF/rGO复合材料。实验结果表明，无机粒子均匀地分散在还原氧化石墨烯（rGO）基底上，且无团聚现象。Ba²⁺-ZF/rGO复合材料对染料分子具有优异的吸附性能，且吸附过程符合准二级动力学模型。特别地，Ba²⁺、Fe²⁺（来源于Fe³⁺的还原）的引入极大地改善了复合材料的磁性能，显示出了良好的磁分离性。因此，本实验合成的Ba²⁺-ZF/rGO复合材料是一种高效且具有良好磁分离性的吸附剂材料。

基于超顺排碳纳米管/高分子复合材料的手臂状电热型致动器

周智伟, 严勤华, 刘长洪, 范守善

2017, 32(5): 411-418. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60132-X

摘要(338)

PDF(252)

摘要:
与超顺排碳纳米管薄膜相互浸润的高分子具有均匀的导电性、良好的生物兼容性、合适的力学性能，它在电热型致动器研究领域具有广阔的应用前景。在本文中，首先利用这种具有双层结构的复合材料制作了一个简单的U型小器件来展示电热致动器的工作原理，在电热的作用下该小器件能够产生730°的卷曲。其次，本文介绍了一种具有旋转结构手臂状的致动器（人工手臂）。在低电场（小于41 V or 500 V/m）的作用下，该人工手臂能够产生大的形变（大于700°旋转，49.2%的长度收缩和26.4%的直径收缩）。所制作的人工手臂和U型小器件能够受电压（或电功率）的精确控制。该人工手臂能够握起4 g （自重的26倍）的重物，展示了一种新的抓取物体的方式，在仿生领域具有良好的应用前景。

氮掺杂炭层包覆碳纳米管的组织结构调控及其氧还原催化活性

李莉香, 赵宏伟, 邢天宇, 耿新, 宋仁峰, 安百钢

2017, 32(5): 419-426.

摘要(335)

PDF(458)

摘要:
采用化学原位聚合合成聚吡咯涂覆碳纳米管，之后将其在氮气氛下热处理制备氮掺杂炭层包覆碳纳米管NC-CNTs。利用该工艺，通过改变热处理温度，调控NC-CNTs组织结构和表面化学组成。比表面和孔结构分析显示，600，800和1 000℃热处理制备的氮掺杂碳纳米管NC-CNT600，NC-CNT800和NC-CNT1000的比表面积和孔体积依次显著增加，NC-CNT1000的比表面积和孔体积分别约是NC-CNT600的3倍和1.7倍。这是因碳纳米管表面聚吡咯层向氮掺杂炭层转化过程导致更多的微孔形成。然而，制备温度升高使NC-CNTs的氮含量降低，表面含氮官能团由吡咯型氮向吡啶型氮和石墨氮转化，NC-CNT1000含最高比例的石墨氮。作为无金属催化剂，NC-CNTs在碱性电解质条件下展现了明显的氧还原催化活性，但其氧还原活性并不与样品氮含量成正比。NC-CNT600和NC-CNT800的氧还原反应为两电子转移机制，而NC-CNT1000表现为两电子和四电子转移混合机制，其展现出最高的氧还原催化活性和催化稳定性，这可能是其具有高的比表面积和孔体积，结合含氮官能团中高比例石墨氮的缘故。

基于木棉纤维制备的片状无定形炭材料及电沉积储硫性能

黄辉, 沈涌, 夏阳, 梁初, 甘永平, 陶新永, 张俊, 张文魁

2017, 32(5): 427-433.

摘要(332)

PDF(360)

摘要:
采用高温煅烧法，以木棉纤维为碳源，成功制备了新型瓦片状结构的无定形炭（KFCNF），并以其为储硫载体材料，探讨了电沉积和热扩散两种不同储硫方法对碳硫复合材料微结构和电化学性能的影响。研究发现，采用电沉积法在碳片表面可获得小粒径、分散均匀的硫颗粒，而热扩散方法的硫是包覆在炭片表面的。电沉积制备的复合材料在100 mA·g^-1电流密度下，首次放电容量可达1 199.7 mAh·g^-1，经200次循环后仍能保持623.0 mAh·g^-1，源于电沉积所形成的硫颗粒利用率较高，并且与炭载体存在较强的化学键合作用，一定程度上抑制硫的流失。

丙烯在模型孔中CVI过程的热解炭沉积

汤哲鹏, 李爱军, 李照谦, 彭雨晴

2017, 32(5): 434-441.

摘要(411)

PDF(242)

摘要:
本文在温度为1 223 K，总压强40 kPa （N₂：C₃H₆=9：1）和停留时间0.56 s下，以丙烯为前驱体在内径为1.0 mm和长度31.0 mm的模型孔中裂解沉积生成热解炭。以15 h为沉积周期经75 h沉积实验得到最终试样，通过制样观察热解炭沿模型孔长度方向的沉积厚度，分析在基底水平和垂直方向上热解炭的沉积速率变化。结果表明，在该实验条件下热解炭沿模型孔长度方向由孔口到末端的沉积速率降低；而在垂直方向位置较低处的模型孔，热解炭沿长度方向的沉积速率梯度较小。通过耦合丙烯的均气相反应机理和总括反应机理，对该实验条件下丙烯在模型孔中的热解炭沉积过程进行模拟。在平推流反应器模型中，运用均气相反应机理对丙烯裂解的气相组分变化进行模拟，并将平推流反应器相应位置的气体组分浓度作为对应模型孔入口的初始浓度。运用总括反应机理的热解炭沉积模型，对丙烯在模型孔中的化学气相渗透过程进行模拟。对照热解炭在模型孔中沉积厚度的实验结果，证明该模型的合理性。模拟和实验结果表明通过减少气体停留时间可适当减缓热解炭表面封孔现象。

不粘煤基活性炭作超级电容器电极材料:硼、氮掺杂对其电化学性能的影响

陆倩, 徐园园, 木沙江, 李文翠

2017, 32(5): 442-450. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60133-1

摘要(619)

PDF(504)

摘要:
以新疆不粘煤为原料，三聚氰胺为氮源，硼酸为硼源，通过球磨和后续活化过程合成硼，氮掺杂及硼氮共掺杂煤基活性炭。氮吸附结果显示杂原子掺杂可提高活性炭中介孔的含量。红外和X光电子能谱结果显示，硼、氮原子存在于炭骨架中。循环伏安，恒流充放电及电化学阻抗分析说明硼、氮掺杂活性炭的电化学性能优于非掺杂活性炭。其中，硼氮共掺杂活性炭具有176 F·g^-1的高比容量。循环20 000次容量保持率为96%。共掺杂活性炭优异的电化学性能归因于硼氮的协同作用。

热解自活化法制备生物质基微孔型活性炭

孙康, 冷昌宇, 蒋剑春, 卜权, 林冠峰, 卢辛成, 朱光真

2017, 32(5): 451-459. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60134-3

摘要(584)

PDF(342)

摘要:
提出热解自活化制备生物质基活性炭的新方法，制备过程不添加任何活化剂。将生物质原料置于可密闭反应器，在高温高压条件下进行热解自活化反应。结果表明，椰子壳是热解自活化制备微孔型活性炭的最佳原料，选择活化温度900℃并保持6 h，制备出了具有网络状发达微孔结构的活性炭，微孔率高达87.8%，比表面积1 194.4 m²/g，总孔容积0.528 cm³/g，碘吸附值1 280 mg/g，亚甲基蓝吸附值315 mg/g。同时，作为电化学储能电极材料，比电容可达258 F/g，而且阻抗小，3 000次充电循环后比电容仍能保持97.2%。热解自活化机理研究表明，生物质热解过程中产生的水蒸气、二氧化碳和反应器内的空气形成了良好的活化气氛，密闭反应器内形成的自生压力促进了水蒸气/二氧化碳与固体炭的活化反应速度，明显提高了微孔率。为了验证热解自活化法对其他生物质原料的适用性，还选择了杏核、核桃壳和松木屑作为原料进行热解自活化实验，并制得了高吸附力的活性炭样品。因此，热解自活化是一种无污染、清洁方便、产品得率高的新型活化方法，可产生良好的经济和环境效益。

活性炭表面含氧官能团对TiO₂/AC的吸附和光催化活性的影响

钟永科, 周斌, 张成江, 吴迪

2017, 32(5): 460-466.

摘要(485)

PDF(238)

摘要:
通过硝酸氧化和热处理获得了表面含氧基团和织构显著变化的活性炭，考察了所得活性炭载纳米TiO₂光催化剂（TiO₂/AC）对亚甲蓝和甲基橙的吸附和光催化降解，研究了活性炭表面含氧基团对TiO₂/AC吸附和光催化活性的影响。结果表明，活性炭表面含氧基团的变化比织构显著，其表面含氧基团尤其是羧酸基团对TiO₂/AC的吸附和光催化活性有决定性的影响；同时，针对降解物的电荷性质不同，活性炭表面含氧基团的影响有差异，对阳离子亚甲蓝的吸附和光催化活性的影响比阴离子甲基橙的显著，250℃下脱除表面羧酸后的催化剂对亚甲蓝的光催化活性明显降低而对甲基橙的则稍有增加。

机械振动对改性煤沥青制备针状焦结构影响的研究

王颖, 董亚威, 钟存贵, 曹青

2017, 32(5): 467-473.

摘要(508)

PDF(288)

摘要:
以三乙酸甘油酯为改性剂改性的中温煤沥青在炭化过程中引入机械振动作用。通过热重分析仪、傅立叶红外光谱仪和核磁共振仪对改性煤沥青化学结构和热行为进行了分析。采用偏光显微分析仪、XRD和SEM比较了机械振动作用对改性煤沥青成焦结构的影响。改性后热稳定性增加、残炭率增高，芳香氢比例减少、聚合度增大。改性再加机械振动作用后的煤沥青在炭化过程中，针状结构有序性提高，晶面间距（d₀₀₂）变小，芳环晶间有序度（Lc）增大，石墨化度增加。机械振动能够促进中间相微球的融并产生纤维线性结构。进一步煅烧后其针状结构非常清晰、有序。煤沥青改性和机械振动的综合作用可以制备更高性能的针状焦。

石墨基体表面原位生成的TiB₂-C涂层结构研究

杨金华, 郭全贵, 刘占军, 邱海鹏, 焦健

2017, 32(5): 474-480. doi: 10.1016/S1872-5805(17)60135-5

摘要(294)

PDF(292)

摘要:
通过将二硼化钛置于石墨基体表面并加热至共熔温度以上，在石墨基体表面原位生成了TiB₂-C涂层。所形成的涂层表面为石墨，内部为TiB₂-C合金。由于二硼化钛与石墨间热膨胀系数的不同，致使涂层表面的石墨有许多褶皱；内部的TiB₂-C合金为三维贯穿结构，其中的石墨组分d₀₀₂值为0.335 6 nm，接近于单晶石墨的0.335 4 nm，拉曼光谱及XPS结果表明石墨晶格中有B原子的掺杂。热震试验表明此种原位生成的涂层与基体具有良好的结合力，该方法有望成为碳材料表面制备热防护涂层的新途径。

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