非贵金属Co5.47N/N-rGO助催化剂增强TiO2光催化制氢性能

高效稳定的光催化剂或助催化剂研究一直是光催化领域的重要课题之一。本研究以氧化石墨烯、氯化钴和2-甲基咪唑为前驱体, 结合液相法和氨气氮化法制备了负载Co_5.47N的氮掺杂还原氧化石墨烯(Co_5.47N/N-rGO), 其中Co_5.47N高度分散、晶粒尺寸为10~20 nm。Co_5.47N/N-rGO可以作为助催化剂有效地改善商业二氧化钛(P25)的光催化分解水制氢性能, 当其质量分数为25%时, 催化剂的制氢性能可以达到11.71 mmol·h ^-1·g ^-1, 相比于纯P25提升了90倍, 与负载贵金属Pt的性能相当(11.88 mmol·h ^-1·g ^-1), 并且具有良好的稳定性。本研究为高效非贵金属助催化剂的研制提供了新思路。     

S掺杂TiO_2/石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢

为了提高TiO2光解水制氢的光催化性能,通过水热合成法一步制备了S掺杂TiO2/石墨烯(RGO)复合催化剂。采用XRD、XPS、FT-IR、TEM、UV-Vis等测试方法对其进行了表征,并研究了复合催化剂光催化分解水制氢性能。结果表明,在S-TiO2/RGO复合催化剂中,TiO2以14nm左右的纳米颗粒分散在石墨烯片层上;与同等条件下制备的TiO2相比,复合催化剂在可见光区的吸收明显增强;当m(S)∶m(RGO)∶m(TiO2)为1∶0.1∶25时,所制备的复合催化剂在同等条件下产氢速率最大,为141.7μmol/h。     

石墨烯-CuO/TiO_2复合催化剂的合成及光催化制氢活性

采用溶剂热法合成了石墨烯-CuO/TiO_2复合催化剂,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射(DRS)表征复合催化剂的微观形貌、结构和光学特性。以H_2PtCl_6为无机前驱体对其进行Pt负载,研究了不同石墨烯负载量对制氢活性的影响及太阳光下的制氢活性。结果表明,石墨烯负载量为0.5%(质量分数)时,复合催化剂制氢活性最高,石墨烯和CuO协同作用提高了TiO_2对可见光的利用及光催化分解C_2H_5OH/H_2O制氢活性。在可见光下照射5h后,样品的产氢量达到1 083.54μmol,太阳光光照5h后产氢量(4 374.51μmol)为P25(1598.25μmol)的2.74倍。     

N、Fe共掺杂纳米TiO2的制备和性能

以钛酸丁酯为钛源,用醇热法制备了N、Fe单掺杂及共掺杂纳米TiO₂。对样品的晶型结构、表面形貌、比表面积、紫外可见吸收、光致发光和分解水制氢催化性能分别进行了表征。结果表明,在500℃退火的N、Fe共掺杂TiO₂样品均为锐钛矿相棱形纳米颗粒,分散性较好,平均粒径约20 nm;N、Fe共掺杂的摩尔分数分别为5.0%和2.0%时,样品具有良好的可见光吸收活性,对光的吸收从387 nm（未掺杂锐钛矿相TiO₂）红移至510 nm处。主要原因可能是,N和Fe共掺杂在其禁带中产生杂质能级,导致其禁带宽度减小;N、Fe单掺杂及共掺杂改性,有效抑制了电子-空穴的复合,提高了光生载流子的分离效率;在可见光下（λ>400 nm）N、Fe共掺杂TiO₂具有较高的光催化分解水制氢活性,氢气生成速率为299.2μmol·g^-1·h^-1。     

石墨烯中N掺杂及其表面官能团对TiO2复合光催化剂性能影响

采用水热法将石墨烯和TiO₂进行复合,制得复合光催化剂。对石墨烯表面官能团总量及N原子掺杂浓度进行调控,通过样品降解污染物的速率常数对其复合光催化剂的光活性进行研究。结果表明,石墨烯材料中进行N掺杂后显著增强了复合光催化剂在长波段的可见光活性,而表面官能团的存在则能促进石墨烯片与TiO₂之间形成的π-d耦合,更好地促进电子在两者界面处的输运。经过优化后的样品在紫外光照射条件下降解甲基橙的速率达到5.82×10^-2 min^-1,是纯TiO₂样品的1.47倍;而在长波长可见光照射条件下(λ>510 nm)降解甲基橙的速率为2.49×10^-2 min^-1。     

CeO2/石墨烯的合成及其在光催化制氢中的应用

采用具有丰富分级多孔结构的豆芽为模板,经水热法合成仿生形态的纳米CeO₂/石墨烯催化剂。使用XRD、拉曼光谱（Raman）、TEM、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis/DRS）、N₂吸附-脱附仪和光解水制氢系统等分析表征手段对CeO₂/石墨烯催化剂的结构、形貌及光催化性能进行分析。结果表明,所制备的CeO₂/石墨烯光催化剂不仅继承了豆芽模板高孔隙率和大比表面积的特点,而且保持了豆芽的形态和微观特征。该催化剂是由约5.6 nm CeO₂纳米晶与具有生物形态的仿生石墨烯片层结构结合而成。制得的CeO₂/石墨烯复合材料内部存在大量由CeO₂/石墨烯催化剂纳米颗粒堆积而成的纳米孔,其孔径集中分布于15~45 nm左右,这种微观结构使CeO₂/石墨烯催化剂具有超大的比表面积,提高了催化剂对光生电子空穴对的捕获能力。由紫外-可见漫反射吸收光谱可知,CeO₂/石墨烯复合材料的可见光利用率显著增强,光解水制氢效率6 h后可达到671 μmol（h · g）^-1,远高于标样CeO₂的51.67 μmol（h · g）^-1。     

石墨烯负载花球状二氧化锰复合材料制备及其电容性能研究

利用高锰酸钾与乙醇之间的氧化还原反应,在多孔石墨烯表面沉积纳米二氧化锰花球,获得了一种新型的复合电极材料。通过XRD,TG,SEM,TEM等分析手段确定了材料的晶体结构、化学成分、微观形貌特征。电化学性能测试表明:纳米二氧化锰花球具有优异的比电容,但是倍率性能和循环性能不足。通过在石墨烯表面负载纳米二氧化锰花球,能够显著增加石墨烯的比电容,同时改善纳米二氧化锰花球的倍率性能和循环性能。采用0.5mol/L K_2SO_4电解液,进行三电极循环伏安测试,复合电极材料在2mV·s^-1扫速下的比电容高达295F·g^-1,在1000mV·s^-1扫速下,比电容仍然可达102F·g^-1,同时100mV·s^-1,1000次循环后,电容循环保持率可达96.3%。这表明石墨烯负载花球状二氧化锰材料是一种极具潜力的超级电容器电极材料。     

石墨烯基半导体复合光电极研究进展

作为一种新型二维纳米材料,石墨烯因具有优异的电荷传输能力、大的比表面积、高可见光透过率、柔韧的结构以及化学稳定性等特点而被广泛关注。将石墨烯与半导体材料复合已成为新型光电催化电极材料的研究热点之一。综述了石墨烯基光电极的制备以及新型石墨烯基光电复合材料在有机污染物的降解、分解水制氢、还原CO₂等领域的应用。最后,对石墨烯基半导体材料在光电催化领域存在的问题及其未来发展进行了展望。     

纳米金@石墨烯复合多孔材料还原4-硝基苯酚

以负载纳米金颗粒的还原石墨烯(APR)为二维模板，采用溶剂编织法在石墨烯表面成功构建具有多孔结构的超交联聚合物(hyper-crosslinked polymer, HCP)并命名为APfR-HCP,探讨复合材料比表面积的变化及还原4-硝基苯酚(4-NP)的性能。结果表明：该新型复合材料具有较大的比表面积(568 m²/g)和丰富的孔道结构；多孔层结构的存在可以快速吸附水体中的小分子有机污染物并富集到金纳米颗粒表面，大大提升复合材料对常见有机污染物4-NP的催化性能；同时还可以有效阻止金纳米颗粒的团聚。APfR-HCP复合多孔材料可以在4 min内迅速将4-NP还原为4-氨基苯酚(4-AP),反应速率常数K可达1.10 min^-1。APfR-HCP复合多孔材料的催化效率远大于模板APR(K=0.068 min^-1),并且具有良好的循环利用性，循环使用5次后仍具有良好的催化性能。     

RuO2/ZrO2/TaON复合光催化材料的制备及光解水制氢性能

采用控制水解法制备了细颗粒的ZrO₂/Ta₂O₅复合氧化物粉体, 在氨气流量为90 mL/min、850℃下氮化10 h获得ZrO₂/TaON, 用浸渍法制备含助催化剂RuO₂的复合光催化剂。用XRD、SEM、TEM和UV-Vis漫反射光谱等对所制备的光催化材料进行了表征, ZrO₂、RuO₂的晶粒尺寸约为10 nm,TaON的晶粒尺寸约为25 nm, 复合光催化剂可以吸收波长≤500 nm的可见光。ZrO₂的引入降低了氮化生成TaON的缺陷密度, 提高了TaON的比表面积。光电流及光催化分解水制氢反应定量评价了复合材料的光催化性能, RuO₂含量为2.0wt%时复合光催化剂活性最高, 0.6 V偏压下光电流密度为0.6 mA/cm², 产氢速率为6.0 μmol/h。     

磁性活性碳负载F掺杂纳米二氧化钛的光催化性质研究

通过溶胶-凝胶法制备F掺杂纳米TiO₂ (F-TiO₂), 将其负载到磁性活性碳(MAC)上, 制得易回收分离的高效催化剂(F-TMAC)。通过XRD、SEM、UV-Vis、XPS、VSM对样品进行表征。以合成样品为催化剂降解模拟废水活性染料艳红(X-3B), 结果表明该负载型催化剂在紫外光和可见光照射下光催化效果均优于P25催化剂。0.2 g负载型催化剂分别在紫外光和可见光照射下降解200 mL浓度为100 mg/L的X-3B溶液, 90 min后经18?W紫外光照射X-3B去除率达到99.8%; 250 W可见光照射X-3B去除率为83.1%。溶液中的复合催化剂可以用磁铁很容易分离, 具有优良的重复利用性能。经5次重复试验, 复合催化剂F-TMAC对X-3B的降解率仅下降了约6.0%。     

具有优越电催化析氢性能的超小碳负载FeRu合金（英文）

电化学水分解是将可再生能源产生的间歇性电能转化为高纯度氢气的一种极具前景的绿色能源技术.目前,高效制氢催化剂主要由贵金属及其化合物组成,而贵金属的高成本及稀缺性,限制了其在大规模工业化制氢中的应用.因此,探索低成本,高电化学活性、高稳定性的电解水制氢催化剂至关重要.合金化材料以短程或长程有序结构存在,具有增强的电化学性能.因此,本文采用两步法制备超小碳负载FeRu合金纳米电催化剂并将其应用于电催化析氢反应.Fe_0.05Ru_0.05/XC-72双功能电催化剂粒径为2.1 nm,在碱性淡水和海水电解质中表现出优异的活性和耐久性.10 mA cm^-2时,在1 mol L^-1 KOH、1 mol L^-1 KOH+0.5 mol L^-1 NaCl和1 mol L^-1 KOH+海水中分别表现出13、15和18 mV的过电位.在1 mol L^-1 KOH介质和-0.07 V(相比于可逆氢电极)条件下,Fe_0.05     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能，同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点，其独特的三维结构有利于引入其他功能材料，从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构，并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此，本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用，在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子，从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单，容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成，研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响，以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构，原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻，而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

化学所在石墨烯电催化分解水析氢领域取得新进展

正电催化分解水制氢是减少环境污染及实现可再生清洁能源的重要途径。开发高效、稳定的制氢催化剂具有重要的科学价值和现实意义。石墨烯材料因其具有比表面积大、导电性好、稳定性高等优势,被广泛应用于电催化分解水制氢的研究中。     

TNTs/石墨烯复合材料的合成及光电催化分解性能研究

采用水热法以TiO2和石墨烯为原料制备了石墨烯杂化的钛酸纳米管复合光催化材料。首次将石墨烯修饰的钛酸纳米管涂布在电极上,研究了其在可见光照射下电化学方法降解罗丹明-B的性能。结果表明,制备的该系列复合光催化剂都具有良好的可见光响应和杰出的电化学降解罗丹明-B表现。其中,石墨烯含量为5%的样品具有最优的活性。另外通过实验发现,较低的水热反应温度制备的光催化剂的催化性能更佳。     

Pd-P/g-C3N4催化剂的优化制备及在甲酸分解制氢中的应用

以氮化碳(g-C₃N₄)为载体，采用液相还原法制备了一系列Pd-P/g-C₃N₄催化剂用于甲酸分解制氢，通过优化还原温度和活性组分负载量可以显著提高催化剂性能。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对催化剂的晶相结构、微观形貌、活性组分分布以及价态进行分析，并通过甲酸分解制氢实验测试了催化剂的甲酸分解制氢活性。结果表明：使用次磷酸钠还原剂需要在较高还原温度(90℃)才能实现Pd-P活性组分在g-C₃N₄载体表面的高度分散，获得较小的纳米粒子，过高或过低的还原温度都不利于制备高性能催化剂。当Pd负载量为8.0%(质量分数)时，2-Pd-P/g-C₃N₄催化剂表现出最佳催化性能，通过动力学研究和Arrhenius方程计算得到该催化剂的甲酸分解活化能为33.83kJ/mol。     

Pd-Sn-Co纳米粒子修饰还原氧化石墨烯/CuBi2O4复合材料的制备及电催化性能

采用水热-浸渍还原法将Pd-Sn-Co纳米粒子固载到氧化石墨烯（GO）/CuBi₂O₄载体上,成功获得Pd-Sn-Co@还原氧化石墨烯(rGO)/CuBi₂O₄复合催化剂,并用于碱性介质中乙二醇的电催化氧化。通过比较单金属Pd、双金属Pd-Co、Pd-Sn及三金属Pd-Sn-Co@rGO/CuBi₂O₄四种负载型催化剂的电催化性能发现,三金属Pd-Sn-Co@rGO/CuBi₂O₄展现出最高的电催化活性和抗毒能力,其正向峰电流密度达到186.54 mA·cm?2,是商用Pd/C (29.57 mA·cm?2)的6.3倍。这种优良的电氧化性能归功于载体GO/CuBi₂O₄独特的三维结构为负载金属提供了充足的界面和活性位点及良好分散性的Pd-Sn-Co三金属纳米粒子之间强烈的协同作用,此外,将GO引入到CuBi₂O₄中有利于多金属纳米粒子的负载并吸附更多的含氧物种,提供优良的电子转移并增大与乙二醇分子的接触面积。这种新型复合材料的制备为发展高效Pd基电催化氧化直接醇类燃料电池提供了新途径,具有较好的理论和应用价值。      

纤维素基金属纳米粒子复合催化剂的制备与应用

纤维素是一种来源广泛、比表面积大、多羟基且环境友好型的生物高分子材料,其水悬浮液可形成三维网络缠结结构,从而为具有催化活性的金属纳米粒子提供负载位点,使其均匀分散并固定于基底内部或表面构建复合催化剂材料,进而有效提高催化性能.本文综述了纤维素基金属纳米粒子复合催化剂的制备及应用的相关研究,重点介绍了不同纤维素基材料作为...     

石墨烯/MnO2纳米片复合薄膜的制备及其超级电容性能研究

采用两步界面组装法制备石墨烯/MnO₂纳米片(GMTF)三维复合薄膜电极，研究了复合薄膜的电化学性能。结果表明，MnO₂的赝电容和石墨烯的双电层电容相互协调，使得GMTF复合薄膜材料比单一的MnO₂纳米片或者石墨烯材料具有更佳的电化学性能。在三电极体系中，GMTF电极的比电容在5mV/s时达156.54mF/cm²,远高于石墨烯(40.24mF/cm²)和MnO₂纳米片(69.03mF/cm²)。此外，在两电极体系中，基于GMTF复合薄膜的固态超级电容器也显示出较高的面积比电容(120.49mF/cm²)和质量比电容(204.22F/g)、优良的循环性能。在功率密度为39mW/cm³时，能量密度能够达到1.735mWh/cm³。     

光解水制氢的可见光催化材料的研究进展

利用可见光催化分解水制氢是利用太阳能的有效方法之一,从材料组成、结构、催化性能及改性等方面介绍了几类重要的可见光催化材料的研究进展,并展望了未来的发展方向.