等离子体射流法制备高纯竹节状碳纳米管

以乙醇为碳源，二茂铁为催化剂，氮气为电弧工作气体，利用等离子体射流在常压下制备高纯度竹节状多壁碳纳米管。用TEM和HRTEM等技术对所得产品进行表征。发现在电弧电压140V～150V，电流220A～240A，将二茂铁和乙醇混合溶液（质量比为1：100）以50mL／min速度连续加入反应器，反应120S后，即可批量制备纯度在90％以上的竹节状碳纳米管；这些竹节状碳纳米管的管径尺寸均匀，为20nm左右，长度为数微米，其管壁呈典型的鱼骨状。产品中含有部分分叉结构，呈Y形竹节状碳纳米管。认为竹节状碳纳米管的形成涉及以下几个步骤：乙醇在等离子体射流中裂解产生大量碳活性物种，同时溶解在乙醇中的二茂铁生成催化剂颗粒：碳活性物种在催化剂颗粒上溶解、扩散并从催化剂颗粒上析出堆积成为碳纳米管管壁碳层，由于催化剂颗粒运动与碳层生长速度的差异，最终形成竹节状结构的碳纳米管。     

纳米金/单壁碳纳米管复合物的制备、表征及其多相催化的潜力

制备了一种单壁碳纳米管担载金纳米颗粒复合材料,利用X射线衍射、扫描透射显微镜、能量色散X射线分析、比表面积分析、激光拉曼光谱和紫外-可见分光光度计等对其结构进行了表征.结果表明:纳米金粒为微晶体,其平均直径为7nm且直径分布范围较窄.研究了该单壁碳纳米管担载金颗粒对仲醇的无溶剂氧化的活性和选择性,发现其转化效率可达95％.     

Sb_2S_3纳米粒子敏化TiO_2分枝纳米棒阵列杂化太阳电池的研究

采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备TiO_2分枝纳米棒(B-NR)阵列。利用低温化学浴沉积法(CBD)在TiO_2分枝纳米棒阵列(B-NRA)基底上沉积Sb_2S_3纳米粒子(NPs)。接着分别旋涂P3HT和Spiro-OMeTAD组装成TiO_2(B-NRA)/Sb_2S_3/P3HT/Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。通过对杂化太阳电池的光电性能测试,结果表明,TiO_2分枝纳米棒阵列具有高的吸光强度,较大的比表面积和多级电荷传输通道,由TiO_2(B-NRA)/Sb_2S_3/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率(PCE)是4.67%。     

水溶性TiO_2离子液体纳米杂化材料的制备与应用（英文）

TiO_2纳米颗粒具有较强的氧化性,作为光催化剂,可以在阳光照射下减少或消除有机污染物。为提高TiO_2纳米颗粒分散性和溶解性,研究其在不同领域,特别是环境保护领域的应用,本实验室用两步法制备得到黄色透明的水溶性TiO_2离子液体纳米杂化材料。在这个杂化体系中,有机磺酸基团作为冠层可以提供"自溶剂"成为TiO_2纳米粒子的分散体。分散实验表明:TiO_2离子液体纳米杂化材料表面的水溶性有机物在水中具有良好的溶解性,容易去除,可应用于家居装饰表面。光催化降解甲醛的研究表明:TiO_2离子液体纳米杂化流体具有良好的光催化性能。水溶性TiO_2离子液体纳米杂化材料有望成为未来环境保护的发展方向。     

不同催化剂表面定向生长单壁碳纳米管的研究

以不同含水量的乙醇为碳源,分别以Fe/Mo、Ag、Au为催化剂,采用化学气相沉积法制备了单壁碳纳米管.通过SEM,AFM,TEM等表征方法研究了碳纳米管的形貌和微观结构.结果表明,用Fe/Mo、Ag、Au均能长出高质量的碳管阵列,特别是Au的“Sputtering”法,可以不用繁琐地制备纳米颗粒催化剂便得到SWNT阵列...     

用于制备优质单壁碳纳米管管束的MgO负载Fe3O4纳米粒子的合成

采用沉淀方法制备了直径分布狭窄的均匀Fe3O4纳米颗粒.Fe3O4纳粒形体几近一致,平均粒径为10.33 nm±2.99 nm(平均粒径±标准偏差).在超声作用下将MgO纳米颗粒分散在一定量Fe3O4纳米颗粒的水溶液中获得MgO负载Fe3O4的纳米颗粒.以甲烷为碳源,Fe3O4/MgO为催化剂,经化学气相沉积,在Fe3O4纳粒上制得了大量直径近乎均匀的单壁碳纳米管(SWCNTs)束.TEM显示:SWCNTs的平均直径1.22rm.热重分析显示:样品在400℃～600℃温度区间失重量约19％.拉曼光谱显示:SWCNTs的ID/IG的强度比为0.03,表明采用Fe3O4/MgO催化剂可制得高石墨化程度的单壁碳纳米管.     

单壁碳纳米管在基底表面的离散生长

通过旋涂硝酸铁异丙醇溶液于P型硅表面以获得均匀分布的催化剂颗粒,以CH4为反应气体采用CVD方法即可在P型硅表面均匀生长单壁碳纳米管,并且部分碳纳米管呈直立状.研究了催化剂浓度、生长基底、反应温度对单壁碳纳米管表面生长情况的影响.研究表明,催化剂浓度升高或采用二氧化硅替代P型硅为生长基底时,都会导致单壁碳纳米管生长的密度加大,而碳纳米管长度变短且更易贴附基底表面生长;随反应温度的提高碳纳米管的生长效率降低,并使得碳纳米管更易贴附基底表面生长.采用此方法制备的生长有直立碳纳米管的硅片作为扫描基底,在原子力显微镜敲击模式下利用拾取法成功制备了碳纳米管原子力显微镜针尖.     

新型聚2-氨基苯磺酸改性TiO_2纳米颗粒的制备及光催化性能

为提高TiO_2的光催化活性,利用原位氧化聚合法制备聚2-氨基苯磺酸改性TiO_2(P2ABSA/TiO_2)纳米颗粒,通过TEM、EDS、XRD、UV-Vis DRS和Photocurrent Test进行表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,优化纳米材料制备条件,考察初始pH值和P2ABSA/TiO_2浓度对光催化效果的影响,通过捕捉实验判定活性氧物种在光催化过程中的贡献。结果表明:P2ABSA/TiO_2纳米颗粒最优制备条件为P2ABSA、TiO_2和氧化剂的物质的量之比2∶1∶2、HCl浓度1.2mol/L;TiO_2表面存在一层P2ABSA膜,P2ABSA改性没有改变TiO_2的物相和晶粒尺寸;P2ABSA/TiO_2纳米颗粒对可见光的响应提高,光电流密度从18.3μA/cm2提高到28.7μA/cm2;溶液初始pH值由3.93升至11.36,亚甲基蓝脱色率由92.0%提高到99.0%,P2ABSA/TiO_2纳米颗粒浓度最佳值为1.5g/L;活性氧物种在光催化过程中的贡献大小顺序为·OHh+·O-2,P2ABSA对TiO_2的光敏化作用是P2ABSA/TiO_2纳米颗粒光催化活性得到提高的主要原因。     

TiO_2分枝纳米棒阵列的制备及其在杂化太阳能电池中的应用

采用水热法制备了TiO_2纳米棒阵列及TiO_2分枝纳米棒阵列,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜观察了样品的微观结构形貌。以TiO_2纳米棒及分枝纳米棒阵列作为光阳极,组装成聚-3己基噻吩∶富勒烯衍生物/TiO_2(P3HT∶PCBM/TiO_2)杂化太阳能电池,测试了电池的光电性能。结果表明:用分枝结构纳米棒阵列制备的杂化电池效率显著高于普通TiO_2纳米棒阵列电池。由漫反射谱和电化学阻抗谱测量结果分析可知,由于分枝结构增大了TiO_2纳米棒阵列的比表面积,加快了载流子传输,减少了界面载流子复合,同时也增强了入射光散射,从而提升了杂化电池的性能。     

Pt纳米颗粒负载SrTiO3/TiO2异质结结构制备及制氢性能

本文以固定n(Sr)/n(Ti)摩尔比0.4的SrTiO_3/TiO_2(金红石相)异质结纳米颗粒,通过"光催化还原沉积方法"制备不同质量分数的纳米铂颗粒(0、1%、2%、5%),探究其催化活性的变化,采用XRD、SEM、UV-vis、XPS方法对其进行表征,并做了相关光催化分解水产氢性能测试.结果表明:负载贵金属Pt纳米颗粒量越大,对应的Pt晶粒平均尺寸为40.8 nm,1%Pt纳米颗粒SrTiO_3/TiO_2异质结构的BET比表面积在23.195 m~2/g处最高,并且介孔材料的特征是平均Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔径为13.60 nm,总孔体积为0.079 cm~3/g;高BET表面积和大的总孔体积强烈地支持SrTiO_3/TiO_2具有介孔结构的事实;相应的催化剂催化活性越高,其中负载5%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化8 h产氢量为3.574 mmol,平均产氢效率为0.447 mmol/(gcat·h),但从性价比的角度来考虑,其催化效率远不及负载1%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒催化效率的5倍,因此负载5%Pt的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化效率最高.     

高活性光催化剂纳米Ag-碳纳米管-混晶TiO_2复合纤维的可控制备

为解决TiO_2对太阳能有效利用率低、光生电子与空穴再复合率高、光催化活性低且难回收等应用难题,利用静电纺丝技术成功地制备了纳米Ag-碳纳米管(CNT)-混晶TiO_2复合纤维,并采用SEM、XRD、EDS及Raman等表征方法详细分析了材料的微观结构与组分,研究了纳米Ag-CNT-混晶TiO_2复合纤维对亚甲基蓝的光催化活性。结果表明:锐钛矿与金红石相TiO_2混晶不仅可降低材料的禁带宽度,还能减缓光生电子与空穴的复合淬灭;纳米Ag颗粒的局域表面等离激元共振可增强Ag-CNT-混晶TiO_2复合纤维的光吸收,CNT能促进光生电子与空穴的有效分离;纳米Ag-CNT-混晶TiO_2复合纤维对亚甲基蓝的首次降解率可达97.5%,且5次催化循环后对亚甲基蓝的降解率仍保持在90.0%以上。所得结论表明静电纺丝制备的新型纳米Ag-CNT-混晶TiO_2复合纤维是一种高活性的光催化剂,且容易回收,具有光降解亚甲基蓝的应用前景。     

TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构的制备及光电性能

采用两步水热法在无种子层的基础上制备了新颖的TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构。采用旋涂辅助连续离子反应方法分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构中沉积窄禁带半导体光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO分级纳米结构复合膜。利用SEM、TEM、XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等分析手段对样品的形貌结构以及电极的光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,沉积光敏层CdS后,TiO2纳米棒-ZnO纳米片分级纳米结构膜的瞬态光电流明显高于TiO_2纳米棒阵列膜,尤其是在500nm处光电响应出现明显增强;以P3HT为p型聚合物材料组装杂化太阳电池,光伏性能测试结果表明,以P3HT/CdS/TiO_2-ZnO分级结构复合膜制备的杂化太阳电池能量转换效率可达0.65%,与P3HT/CdS/TiO2复合膜制备的杂化太阳电池的能量转换效率相比提高了58%。     

钯纳米颗粒在不同碳质材料上的自发沉积与电活性

在无还原剂存在下,氯化钯在Vulcan XC-72碳粉(C)、多壁碳纳米管(MWCNT)和碳球(CM)等碳质材料表面上自发还原为金属钯,从而得到相应的钯纳米颗粒(Pd-C、Pd-MWCNT和Pd-CM)。用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对这些碳质材料修饰后,采用同样的自发还原方法分别制备出Pd/CTAB-C、Pd/CTAB-MWCNT和Pd/CTAB-CM催化剂。结果表明,CTAB修饰后的MWCNT明显增加了钯纳米颗粒的自发沉积量,粒径大约为9 nm,而在MWCNT上沉积的纳米Pd粒径为19 nm。Pd/CTAB-MWCNT在碱性条件下对乙醇氧化的电流密度达到44.2 m A·cm-2,与其他碳载体负载的Pd纳米催化剂相比,对乙醇氧化具有强而稳定的电催化活性。     

低压化学气相沉积法制备单壁碳纳米管

采用低压化学气相沉积(CVD)技术在MgO载体中的Fe、Co等纳米催化颗粒上制备碳纳米管(CNTs)，用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及喇曼光谱仪(Raman)对生长的CNTs结构特性进行了分析研究，结果表明制备的样品中虽含多壁碳纳米管，但单壁碳纳米管(SWNTs)居多，直径约为0．6～2nm．分布均匀，且既包含金属型管，也包含半导体型管。低压MgO载体CVD制备技术，大大增加了等量Fe、Co等催化反应颗粒的比表面积和反应活性，制备的单壁管产额大、成本低、CNTs更易于提纯。     

晶种诱导水热制备纳米TiO_2的研究

以TiCl_4和金红石型TiO_2纳米晶为原料,采用晶种诱导水热法合成出不同粒径和形貌的纳米TiO_2。采用X射线衍射仪、透射电镜和BET氮吸附比表面仪对所得样品进行了表征。研究了晶种用量、反应温度、反应时间对TiO_2微观结构的影响。结果表明,添加晶种后,溶液中的Ti~(4+)优先在TiO_2晶种表面生长形成纳米棒,当Ti~(4+)消耗殆尽时,TiO_2的生长变为"溶解-结晶"过程。随着反应温度的升高和时间的延长,TiO_2由纳米微晶的聚集体变为纳米棒的聚集体,其晶粒尺寸逐渐变大,长径比和比表面积变小。     

13X分子筛为载体制备单壁碳纳米管研究

采用流化床法,以Fe/13X分子筛作为催化剂载体,催化裂解正己烷制备出定向排列的、较纯的单壁碳纳米管.利用TEM、HRTEM、TG和Raman对产物进行了表征,对不同浸泡时间Fe/13X分子筛制成的单壁碳管的含量和分子筛的负载量进行了分析,研究了催化剂铁负载量对单壁碳纳米管的产量和直径的影响.结果表明,单壁碳纳米管产量受催化剂含量和活性的共同影响,且在一个特定催化剂负载量下碳管产量可以达到最高,而其直径变化不大,且不受催化剂负载量的影响.     

碳纳米管/纳米铁颗粒杂化结构的制备及形成机理

采用催化化学气相沉积法将由C包覆的纳米铁颗粒(FeNP)原位沉积于碳纳米管(CNTs)表面并形成不同形貌的碳纳米管/纳米铁颗粒(CNTs/FeNP)杂化结构。使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜对制备的杂化结构进行微观形貌分析和结构表征。结果显示,纳米铁颗粒通过石墨片层结构与碳纳米管相连,具有良好的界面结合。当噻吩的添加量较低时,产物中碳纳米管的直径减小,产量增多。当噻吩的添加量超过0.5%时,可以得到CNTs/FeNP杂化结构。使用X射线能谱仪、X射线衍射仪分析了杂化结构的成分及其相对含量,结果显示体系中的Fe主要以α-Fe、γ-Fe和Fe3C的形式存在,并且Fe的含量随噻吩含量的增加不断增加。通过研究纳米铁颗粒的形成及其在碳纳米管表面的沉积,揭示了CNTs/FeNP杂化结构的形成机理。     

镍基复合催化剂的制备及其在生物质气化气体净化中的应用

采用共沉淀法制备了NiO/TiO_2复合催化剂,通过XRD、XPS和SEM等手段对催化剂的物质组成及形貌进行了表征。结果表明,NiO/TiO_2复合催化剂中含有锐钛矿型TiO_2和NiO两相,形貌为纳米花球,微球的大小在1μm左右;NiO以纳米颗粒的形式附着在TiO_2纳米花表面,这种结构有利于NiO/TiO_2复合催化剂比表面积的增大,以及催化活性的增强。以城市垃圾为生物质原料,NiO/TiO_2复合催化剂和ICI46-1型催化剂为催化剂,进行了催化生物质气化实验,比较了两种催化剂的催化活性和使用寿命。结果表明,NiO/TiO_2复合催化剂的催化活性明显优于ICI46-1型催化剂。当NiO/TiO_2复合催化剂的使用寿命为300 min时,城市生活垃圾气化的燃气产率为1.70 m~3/kg(MSW),而燃气中的焦油含量仅0.27 g/m~3,催化剂活性仍保持在98%以上。     

氧化淀粉均相还原制备纳米金及用于催化丙烯环氧化反应

以过氧化氢氧化淀粉制备水溶性羧基淀粉(OST),通过红外光谱、滴定法、粘度和水溶性测试表征OST结构与性能。选择溶解性最高、羧基含量42.1%OST(OST42.1)用于还原氯金酸获得纳米金颗粒,通过溶胶负载制备纳米金催化剂。利用紫外-可见光谱、透射电镜、X衍射和低温N_2物理吸附表征所制备的催化剂的微观结构与性能。结果表明,随着OST42.1浓度由5g/L上升40g/L时,纳米金颗粒直径呈先降低而上升的趋势,在20g/L时还原所得纳米金颗粒负载量和颗粒平均直径分别为0.5%和1.8nm,比表面积和容积率分别为353.01m~2/g和0.293cm~3/g。以20g/L的OST42.1制备的催化剂,用于催化丙烯环氧化反应,转化率、氢气效率和丙烯环氧化选择性分别达到18.5%,31.1%和68%。其原因在于OST42.1在水中具有溶解度高和粘度低等优点,以均相还原氯金酸能增加纳米金颗粒负载量及降低直径,提高丙烯气相环氧化效率。研究表明,高水溶性的羧基淀粉能有效还原氯金酸,获得高催化活性的纳米金颗粒,在丙烯气相环氧化领域中具有广泛的应用。     

反应条件对纳米TiO_2结构和形貌的影响

以TiCl_4为原料,采用低温陈化的方法制备了金红石型和混合晶型纳米TiO_2粉体。研究了反应温度、反应物浓度、体系酸度等反应条件对产物结构、形貌以及粒径的影响。结果表明,当反应温度低于60℃时,产物为金红石型聚集体;当反应温度为100℃时,产物为混合晶型纳米球。随着反应物浓度的增大,球形颗粒的粒径逐渐增大。