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2018年  第33卷  第6期

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Graphical Contents
2018, 33(6): .
摘要(72) PDF(127)
摘要:
石墨烯基电子学中的平面异质结研究进展
刘俊江, 李锐杰, 李杭, 李贻非, 易俊何, 王海成, 赵晓冲, 刘培植, 郭俊杰, 刘磊
2018, 33(6): 481-492. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60352-X
摘要(383) PDF(258)
摘要:
二维平面晶体，由于能带结构的多样性和与半导体平面工艺兼容的特点，被认为在电子学中是延续摩尔定律的候选材料之一；同时它具备易转移、光学透明、能带可调等特点，在柔性电子学和光电子学方面展示出巨大的潜在应用。将电路所需的具有不同导电性能的二维材料在平面内实现空间上的可控集成，是实现单原子层二维电子学的首要问题。综述了最近在石墨烯基电子学中平面异质结的研究进展，包括石墨烯-绝缘体和石墨烯-半导体异质结，集中在可控制备、对界面结构的原子尺度研究、以及逻辑功能原型器件研究。最后简述当前该领域面临的挑战和研究前景。
石墨烯场效应管及其在太赫兹技术中的应用
闭吕庆, 戴松松, 吴阳冰, 郭东辉
2018, 33(6): 493-509.
摘要(681) PDF(497)
摘要:
石墨烯是单原子厚度的二维碳同素异形体材料，因其出色的电学、热学、光学及力学特性而被广泛应用于生物检测、医学、新能源、微电子、射频电路等领域。正是凭借着石墨烯独一无二的材料特性，石墨烯基场效应管（GFETs）比传统的硅基晶体管具有更高的迁移率、微缩空间及特征频率。此外，石墨烯零带隙的对称圆锥形能带结构，以及在受外部激发下形成的负电导率特性（太赫兹频段），使得GFETs能广泛应用于太赫兹功能器件中，也为实现太赫兹技术商业化提供了一种兼容当前半导体产业技术的低成本选择。针对硅基晶体管发展面临的尺度瓶颈，本文综述了GFETs器件的基本结构、射频/太赫兹领域的主要特性以及制备工艺，并举例说明了其在太赫兹技术领域的最新应用。
二维石墨氮化碳材料中锂和钠存储的第一性原理研究
王梦尧, 李佳
2018, 33(6): 510-515. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60353-1
摘要(404) PDF(160)
摘要:
由于氮原子和均匀孔隙的存在，二维石墨氮化碳被认为可用于电池电极材料。作为一种新型的多孔结构，g-C2N材料在电池电极材料方面应用的研究甚少。本文通过第一性原理计算研究了单层g-C2N上锂和钠的吸附和存储情况。基于单层g-C2N的锂离子电池的容量可以达到596 mAh/g（LiC2N），而相应的钠离子容量只能达到276 mAh/g（NaC4N2）。平均锂结合能相对于孤立的锂原子高达2.39 eV，这表明g-C2N上获得的锂电池容量在循环过程中可能不会持续。通过改变C和N原子之间的比例，在C∶N为5∶1的情况下，平均锂结合能可以降低到1.69 eV，这说明在保持可逆电池容量的同时，循环性能显著改善。所有这些理论计算表明，具有均匀孔隙的石墨碳氮化物可能是一种具有高容量和锂迁移率的电极材料。
石墨炔制备与发光性能
郑勇平, 冯倩, 汤怒江, 都有为
2018, 33(6): 516-521. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60354-3
摘要(341) PDF(175)
摘要:
采用交叉偶联反应制备出石墨炔。微结构结果表明，所制样品含有诸多富氧官能团，O/C原子比约为0.174 1，厚度约为1 μm。研究了石墨炔样品的光致发光特性，发现石墨炔在397 nm处显示出强的紫外（UV）光致发光，并且在280 nm处具有光吸收。其发光是因石墨炔中富氧官能团诱导电荷转移所致。石墨炔作为新型的人工合成碳同素异形体，将在光致发光方面具有潜在的应用。
狭缝法化学气相沉积石墨烯:合成,形貌与结构
樊姝婧, 谭瑞轩, 谢翔旻, 张明瑜, 黄启忠
2018, 33(6): 522-528.
摘要(518) PDF(156)
摘要:
控制石墨烯成核密度和石墨烯层数一直是生长单晶石墨烯的重要问题。本文采用一种改进的化学气相沉积法，在中压状态下（5.5 Torr），以自制石墨模具（狭缝）为生长石墨烯的反应容器，制备出了成核密度低的单层石墨烯。利用扫描电镜和拉曼光谱仪对石墨烯的形貌和结构进行了表征，并研究了在1 253 K时以甲烷为碳源，不同沉积时间对石墨烯形貌的影响。结果表明，在VCH4∶VH2=1∶15、沉积时间为20 min条件下获得单层石墨烯。随着沉积时间的延长，获得的石墨烯尺寸变大，但层数增多。
分子印迹聚合物修饰氧化石墨烯用于选择性识别槲皮素
赵小峰, 段菲菲, 崔培培, 杨永珍, 刘旭光, 侯相林
2018, 33(6): 529-543. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60355-5
摘要(412) PDF(176)
摘要:
利用分子模拟技术设计槲皮素（Qu）印迹预组装体系，确定功能单体的种类及其与Qu的作用比例；在此基础上，采用自由基聚合法制备分子印迹聚合物修饰的氧化石墨烯（GO/MIP），并通过傅里叶变换红外光谱仪、元素分析仪、拉曼光谱仪、热重分析仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜系统分析所制GO/MIP复合材料的形貌和结构。静态吸附实验的结果表明，在298 K下，GO/MIP复合材料对Qu的动力学吸附平衡时间和吸附量分别为30 min和30.61 mg g-1。此外，准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型可较好地描述GO/MIP复合材料对Qu的吸附行为。混合黄酮类化合物溶液中进行的竞争吸附实验的结果说明，相对Qu而言，GO/MIP复合材料对结构类似物山奈酚和芦丁的相对选择性系数分别为1.966和3.557。所制GO/MIP复合材料提高了表面MIPs用于选择性识别多酚类化合物的能力，为制备用于天然产物中特异性检测和快速分离黄酮的表面MIPs提供指导意义。
氮掺杂纳米碳管包合铁半限域硫化制备新型锂离子电池负极材料
潘鑫, 刘洋, 王旭珍, 赵宗彬, 邱介山
2018, 33(6): 544-553. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60356-7
摘要(357) PDF(210)
摘要:
锂离子电池的性能高度依赖于负极材料的性能。由于商业石墨受限于较低的理论容量，开发新型炭材料和金属氧化物/硫化物引起越来越多的关注。黄铁矿（FeS2）具有较大理论储锂容量（894 mAh g-1），而且环保价廉。为了提高黄铁矿的电导率，改善其充/放电过程中的体积变化，合成了纳米碳管限域黄铁矿复合材料（FeS2/N-CNTs）。该材料基于填充有铁纳米线/棒的氮掺杂碳纳米管（Fe/N-CNTs）的独特结构，利用氮掺杂纳米碳管管壁上的缺陷，通过简易的硫化过程，实现了碳管内铁的原位限域硫化转化。所得FeS2/N-CNTs复合物中黄铁矿以两种形态存在，一种是由半开放的氮掺杂碳纳米管包裹的FeS2纳米线，另一种是FeS2纳米颗粒从管腔扩散并附着在碳管外壁上。FeS2/N-CNTs复合物作为锂离子电池的负极材料，表现出高放电容量（996 mAh g-1/0.1 A g-1）和良好的倍率性能，且循环性能优良。
MoS2/纳米炭纤维的合成及其用作锂离子电池负极材料的储锂性能
张秀, 邓亚凯, 王艳莉, 詹亮, 杨树斌, 宋燕
2018, 33(6): 554-561. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60357-9
摘要(342) PDF(140)
摘要:
以聚丙烯腈和剥离的MoS2为原料，采用电化学静电纺丝法合成了一维（1D）结构的MoS2/CNFs。剥离的MoS2尺寸约为150 nm，并能镶嵌在纳米炭纤维基体内。所制1D MoS2/CNFs可以切成柔性圆片，在无需添加粘结剂的情况下直接用作电极片。该1D MoS2/CNFs负极材料展现出较好的电化学性能，在100 mA g-1的电流密度下，反复充放电50次，可逆容量高达700 mAh g-1；在1 000 mA g-1的大电流密度下，反复充放电200次，可逆容量仍保持450 mAh g-1。
煤质沥青基超级活性炭的提质处理及其电化学性能的研究
王凯, 高超, 李松恩, 王晋宇, 田晓冬, 宋燕
2018, 33(6): 562-570.
摘要(514) PDF(295)
摘要:
以中温煤沥青为原料，采用预脱灰和后脱灰两种不同工艺并结合KOH活化法造孔，制备了超级活性炭。系统研究了制备工艺对样品中灰分含量、微观形貌、孔结构以及电化学性能的影响。结果表明，采用后脱灰工艺制备的样品，与仅KOH活化而未进行酸溶液处理的样品相比，其灰分含量均明显降低，比表面积显著提升，比容量明显提高。而采用预脱灰工艺制备的样品，与后脱灰工艺相比，其超级活性炭灰分含量更低（≤0.1 wt.%）、比表面积更大（2 722 m2·g-1）、电化学性能优异。在0.2 A·g-1电流密度下，比容量为295 F·g-1，倍率性能良好（10 A·g-1电流密度下仍为192 F·g-1）。循环稳定性优异，经5 000次恒流充放电循环之后，电容保持率高达99%，在对称超级电容器50 W·kg-1的功率密度下，能量密度可达到9.1 Wh·kg-1，表明其优异的储能性能。
基于生物质烟灰的碳量子点的制备及性能
张庆红, 孙晓峰, 阮红, 李洪光
2018, 33(6): 571-577.
摘要(469) PDF(315)
摘要:
分别以河北沧州和山东日照的民居烟道灰为原料，通过酸回流法成功制备了具有良好水溶性和稳定性的碳量子点。高分辨透射电子显微镜观察表明碳量子点为球形颗粒，内核尺寸小于1 nm；傅里叶变换红外光谱仪和X-射线光电子能谱仪研究表明碳量子点表面含有羧基、羟基等有机官能团；拉曼光谱和X-射线衍射测量表明碳量子点结晶性差，内部含有大量缺陷；荧光光谱测量结果表明碳量子点发射黄色荧光，波长大于500 nm且具有较高的荧光量子产率，最高可达3.83%。结果表明，民居烟道灰有望成为碳量子点制备的新型廉价原料，所获得的黄光发射碳量子点在生物成像等领域具有广阔的应用前景。
磁性NiFe2O4纳米颗粒/榛子壳基活性炭复合材料的制备
Milad Jamal Livani, Mohsen Ghorbani, Hassan Mehdipour
2018, 33(6): 578-586. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60358-0
摘要(332) PDF(154)
摘要:
以榛子壳为原料，NaOH为化学活化剂，在600℃下，氮气气氛中活化制备出低成本的活性炭，然后分别采用水热法和共沉淀法制备磁性NiFe2O4纳米颗粒，再将NiFe2O4纳米颗粒与活性炭进行水热复合，得到NiFe2O4/活性炭复合材料。采用FESEM、TEM、XRD、FT-IR、氮吸附及磁性测试等手段对样品进行表征。结果表明，与共沉淀法相比，由水热法所制NiFe2O4纳米颗粒具有更高的饱和磁化强度和更小的平均颗粒尺寸。通过水热法复合磁性NiFe2O4纳米颗粒后，活性炭的比表面积和总孔容分别从314降至288 m2/g，0.363 9降至0.333 8 cm3/g。NiFe2O4纳米颗粒与活性炭复合后，其主要分布在活性炭表面，少部分位于内孔中，同时颗粒尺寸无变化。因存在活性炭，复合材料的饱和磁化强度低于纯NiFe2O4。复合材料在室温下展现出超顺磁行为。NiFe2O4纳米颗粒可通过外加磁场从溶液中分离。
高硫石油焦的碱催化煅烧联合超声氧化深度脱硫
赵普杰, 马成, 王际童, 乔文明, 凌立成
2018, 33(6): 587-594. doi: 10.1016/S1872-5805(18)60359-2
摘要(523) PDF(131)
摘要:
采用两段脱硫方法对高硫石油焦进行深度脱硫，并对碱催化煅烧和超声辅助化学氧化阶段的工艺条件进行优化。结果表明，在Na2CO3添加量25%、900℃恒温2 h、粒径80 μm、升温速率1℃/min条件下，石油焦脱硫率达到最大值为67.2%。在氧化温度80℃、HNO3浓度65 wt%、反应12 h、粒径80 μm、液固比20 mL/g的条件下，超声辅助氧化法的总脱硫率达到93.5%。在碱催化煅烧过程中，噻吩硫和亚砜的去除率分别为73.4%和59.8%，经后续的超声波辅助氧化后，噻吩硫和亚砜的总去除率分别为93.6%和93.3%。同时，通过XPS分析了高硫石油焦在碱催化煅烧和超声辅助氧化工段中的脱硫机理。
氧化石墨烯/炭纤维复合增强体的制备及对环氧树脂复合材料界面性能影响
刘玉婷, 姚婷婷, 宋红艳, 吴刚平
2018, 33(6): 595-604.
摘要(350) PDF(233)
摘要:
为了改善炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能，以对硝基苯胺为原料，通过两步重氮化还原反应，在炭纤维表面共价接枝氧化石墨烯，制备出氧化石墨烯／炭纤维（GO/CF）复合增强体。研究了反应机理，并对改性前后炭纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明，接枝GO后，炭纤维表面粗糙度增加了188%，单丝拉伸强度提高了13.2%，断裂伸长率增加12.1%，界面黏结强度提高了80.2%。
《新型炭材料》第33卷总目次
2018, 33(6): 605-612.
摘要(102) PDF(149)
摘要:

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