纳米洋葱碳的制备及其纯化研究

以甲烷为碳源,316号不锈钢网为催化剂,800℃下催化裂解甲烷,采用化学气相沉积法制备平均粒径为70~100nm纳米洋葱碳,通过酸洗-低温煅烧-磁选方法对洋葱碳进行纯化处理。X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外吸收光谱、拉曼光谱和振动样品磁强计对样品的形貌结构、物相组成及磁性能进行表征分析。结果表明,酸洗-低温煅烧能有效去除初产物中裸露的催化剂颗粒及无定型碳,磁选则实现将内包有[Fe-Ni]磁性催化剂的洋葱碳与空心的洋葱碳分离,最终获得纯净的空心纳米洋葱碳。     

碳包铜纳米颗粒的制备及其性能研究

采用碳弧法制备出碳包铜纳米粒子,并用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和DSC对产物的形貌、尺寸、物相结构组成以及抗氧化性能进行了表征分析,同时对碳包铜纳米粒子的导电性能进行了测量.测试结果表明碳包铜纳米粒子为核壳型结构,内部为金属铜核,外部为碳层.在铜核的周围碳以类石墨状形式存在,离铜核较远处碳以非晶态...     

催化剂种类对纳米洋葱状富勒烯形成的影响

研究了相同电弧放电条件下,不同催化剂(Fe、Al)掺杂对洋葱状富勒烯形成的影响.用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X-射线衍射(XRD)对产物进行了观察与表征.结果表明,Fe作催化剂形成的洋葱状富勒烯产量和质量都优于Al作催化剂的情况,Fe的催化活性较Al的高,是制备洋葱状富勒烯的一种更加有效的催化剂.     

直流碳弧等离子体法制备碳包覆铁纳米颗粒研究

在惰性保护气氛下,采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,并利用x射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(ED)等测试手段,对样品的化学成分、形貌、物相结构、粒度等特征进行表征分析.实验结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的核-壳结构,内核金属结晶度较高,外壳碳为类石墨层结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20nm～60nm范围,平均粒径为44nm.     

NaCl担载Fe催化CVD法合成纳米洋葱状富勒烯

以简单的浸渍法制备的NaCl担载Fe作催化剂,化学气相沉积法在400℃下裂解乙炔,并直接将产物于650℃氩气气氛中保温2h,以提高产物的石墨化程度.通过扫描电子显微镜对催化剂进行了表征,结果显示,大多数Fe粒子已被载体氯化钠分散为粒径在10～40nm之间的纳米颗粒;通过高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对样品进行了表征,结果显示,本实验合成了粒径在20～50nm之间的石墨化程度稍高的内包Fe3C的纳米洋葱状富勒烯.     

乙醇火焰燃烧制备螺旋碳纳米纤维及结构分析

采用乙醇火焰燃烧, 借助于基板材料上涂敷锡盐作为催化剂前驱体, 制备了螺旋结构碳纳米纤维; 借助于扫描电子显微镜、透射电子显微镜、XRD和拉曼光谱等分析了螺旋碳纤维的形貌和结构. 螺旋碳纳米纤维螺旋直径约为100nm, 纤维直径约为50nm, 螺距约80nm. 螺旋碳纤维的石墨层方向基本垂直于轴向, 近似鱼骨型结构, 相邻碳层间距为0.34nm. 借助于高分辨电子显微镜分析了螺旋碳纳米纤维的形成机理, 认为碳原子沿催化剂SnO₂各晶面析出速度不同是形成螺旋碳纳米纤维的主要原因.     

纳米金属微粒催化制备的洋葱状富勒烯的结构表征

采用金属Cu，Al做粒／石墨混合材料．用直流电弧放电方法制备了洋葱状富勒烯。对两种产物进行了XRD、SEM、HRTEM和Raman结构表征。结果表明：两种纳米金属微粒均可催化得到洋葱状富勒烯；所得产物中有单纯洋葱状富勒烯和内包纳米金属微粒洋葱状富勒烯，且石墨化程度都很高；纳米金属微粒尺寸大小不同决定洋葱状富勒烯的直径分布不均匀，从而造成其拉曼谱峰相对于石墨特征峰1582cm^-1发生了频移；用汽-液-固(VLS)生长模型描述了洋葱状富勒烯生长机理，解释了汽态碳原子通过在液态催化剂中扩散和析出，逐渐长大成形的现象。     

微波等离子体法合成洋葱状富勒烯的研究

在微波等离子体条件下, 以乙炔炭黑/二茂铁为原料, 低温合成纳米洋葱状富勒烯(Nano-structured Onion-like Fullerenes: NSOFs). 采用HRTEM、Raman和XRD等分析方法对产物的形貌、尺寸、微观结构及其物相结构进行了表征. 结果表明, 以乙炔炭黑/二茂铁为原料可大量合成NSOFs, 其外观呈准球状或多面体状、实心、直径分布均匀, 最外碳层由闭合的、呈波浪状的石墨片构成.     

水下放电制备内包金属洋葱状富勒烯的研究

以二茂铁和纳米Ni粒子为催化剂,在水下放电条件下,制备了内包金属洋葱状富勒烯(Onion-like Fullerenes:OLFs),利用高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)对所得产物进行了表征.结果表明:二茂铁和纳米Ni粒子均可催化得到内包金属洋葱状富勒烯,内包Fe洋葱状富勒烯直径分布在5～50nm之间,内包Ni洋葱状富勒烯直径分布在10～35nm之间.     

通过乙醇催化燃烧方法制备碳纳米纤维

介绍了一种用于合成碳纳米纤维的既简单又经济的方法。该方法采用乙醇作为碳源，硝酸镍，硝酸铁和氯化铁分别作为催化剂先体，铜薄片作为基底。通过这种方法，获得了大量丰富的产物。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪和选区电子衍射光谱分析仪对所制备的碳纳米纤维进行了表征。实验结果表明，催化剂的形貌、尺寸对碳纳米纤维的形貌有影响。此外，通过对样品的拉曼表征，样品的石墨化程度被估算。     

Carburization of Fe/Ni Catalyst for Efficient Growth of Single‐Walled Carbon Nanotubes

Scale‐up production of single‐walled carbon nanotubes (SWNTs) with high quality and purity is in pursuit, since the subsequent post purification treatment of residual metal or amorphous carbon is complicated and restricts further applications. Here, a compatible method to efficiently synthesize pure SWNTs on various supporters by using the precarburized Fe/Ni catalysts is reported. The preparation of catalysts is achieved by gas phase deposition together with CO gas at proper temperature, and the carburization of metal particles occurring simultaneously contributes to the size limitation of catalysts. By using micro‐quartz sand as a recyclable supporter, high‐quality SWNTs with a yield of 50 mg h^?1 are prepared with 60% metal precursor utilization, 81% carbon source utilization, and only 0.12% (m/m) metal residues. Taking advantage of carburized Fe/Ni catalysts and appropriate supports makes it possible to balance the quantity, purity, and quality among SWNTs growth. Furthermore, this method provides a straightforward pathway to strongly combine SWNTs and diverse composite materials for further potential applications.     

酚醛树脂原位催化裂解制备低维碳纳米结构

以Ni（NO₃）₂·6H₂O为催化剂前躯体,原位催化裂解酚醛树脂制备了碳洋葱、竹节碳和碳纳米管等低维碳纳米结构;用粉体X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等手段对低维碳纳米结构进行了表征。结果表明;当Ni（NO₃）₂·6H₂O与苯酚物质量比小于0.01时,Ni催化剂易分散,碳纳米管易生成,管径均一、分布稠密;当Ni（NO₃）₂·6H₂O与苯酚物质量比大于0.04时,Ni催化剂易团聚,碳纳米管管径分布较宽,分布稀疏;当Ni（NO₃）₂·6H₂O与苯酚物质量比为0.10时,Ni催化剂团聚现象严重,难以生成碳纳米管;提出了碳洋葱、竹节碳和碳纳米管不同碳纳米结构可能的形成机理。     

新型一步法包裹Fe制备磁性碳纳米管

采用柠檬酸络合法制得不同 Fe 含量的 Fe/MgO 催化剂,并将其应用到气相沉积(CVD)过程中制备磁性碳纳米管。由 CVD 法制备碳纳米管(CNTs)的生长机理,利用碳管在生长过程中原位包裹磁性 Fe 金属氧化物颗粒进入管内的现象,使碳纳米管具有磁性,从而一步制得了磁性碳纳米管。将制得的磁性碳纳米管采用透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(IR)、低温 N2吸附仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等表征方法进行了测试。结果表明通过这种新型的一步法可以成功地原位包裹 Fe 制得碳纳米管,且制得的碳纳米管具有较强磁性和较大的比表面积,表面引入了功能化基团。     

Fe Isolated Single Atoms on S,N Codoped Carbon by Copolymer Pyrolysis Strategy for Highly Efficient Oxygen Reduction Reaction

Heteroatom‐doped Fe‐NC catalyst has emerged as one of the most promising candidates to replace noble metal‐based catalysts for highly efficient oxygen reduction reaction (ORR). However, delicate controls over their structure parameters to optimize the catalytic efficiency and molecular‐level understandings of the catalytic mechanism are still challenging. Herein, a novel pyrrole–thiophene copolymer pyrolysis strategy to synthesize Fe‐isolated single atoms on sulfur and nitrogen‐codoped carbon (Fe‐ISA/SNC) with controllable S, N doping is rationally designed. The catalytic efficiency of Fe‐ISA/SNC shows a volcano‐type curve with the increase of sulfur doping. The optimized Fe‐ISA/SNC exhibits a half‐wave potential of 0.896 V (vs reversible hydrogen electrode (RHE)), which is more positive than those of Fe‐isolated single atoms on nitrogen codoped carbon (Fe‐ISA/NC, 0.839 V), commercial Pt/C (0.841 V), and most reported nonprecious metal catalysts. Fe‐ISA/SNC is methanol tolerable and shows negligible activity decay in alkaline condition during 15 000 voltage cycles. X‐ray absorption fine structure analysis and density functional theory calculations reveal that the incorporated sulfur engineers the charges on N atoms surrounding the Fe reactive center. The enriched charge facilitates the rate‐limiting reductive release of OH* and therefore improved the overall ORR efficiency.     

非贵金属/碳氮复合材料电催化析氧反应的研究进展

析氧反应(OER)是一种复杂的四电子转移反应,其动力学缓慢、所需能量高,制约了电解水制氢等新型能源技术的发展.近年来,非贵金属复合材料因其优异的催化活性以及相比于贵金属基催化剂的成本优势而受到广泛关注.本文概述了这一研究领域的最新进展,首先简要介绍析氧反应的机理以及材料催化性能的评价方法,重点关注非贵金属/碳氮复合材料...     

重油残渣基新型碳功能材料的研究进展

综述了以重油残渣为原料,采用化学气相沉积法、共炭化法和微波等离子体法可控制备气相生长碳纤维、碳微球、内包铁洋葱状富勒烯、纳米碳管、内包金属碳微米颗粒及定向碳纳米薄膜等各种高附加值碳材料;采用等离子体氧化法、酸处理法、化学还原法等方法对气相生长碳纤维和碳微球进行表面修饰,在产物表面引入含氧官能团,解决了可溶性碳材料的制备问题;在碳微球表面引入Pt纳米颗粒,使重油残渣基新型碳材料在表面修饰和功能化后可望成为性能优异的吸附和催化材料.     

高结晶度DMC催化二氧化碳-环氧丙烷共聚

合成了钴锌双金属氰化络合物(Co-Zn DMC)和铁锌双金属氰化络合物(Fe-Zn DMC),元素分析和粉末X射线衍射对其表征结果为高结晶度DMC催化剂。用这两种催化剂分别催化二氧化碳-环氧丙烷共聚,均表现出极高的催化效率,并对产物用红外光谱(IR)、核磁共振(1H-NMR)、差示扫描量热(DSC)等方法进行表征。100℃反应15h,Co-Zn DMC的催化效率达7000gPolym/g Cat,碳酸酯键含量为45%,-Mn=35900。80℃反应15h,Fe-Zn DMC的催化效率为410gPolym/g Cat,碳酸酯键含量为71%,M-n=13300。通过DSC分析,共聚物的Tg随碳酸酯键含量的增加明显上升。     

Active Sites and Mechanism of Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysis on Nitrogen‐Doped Carbon Materials

The oxygen reduction reaction (ORR) is a core reaction for electrochemical energy technologies such as fuel cells and metal–air batteries. ORR catalysts have been limited to platinum, which meets the requirements of high activity and durability. Over the last few decades, a variety of materials have been tested as non‐Pt catalysts, from metal–organic complex molecules to metal‐free catalysts. In particular, nitrogen‐doped graphitic carbon materials, including N‐doped graphene and N‐doped carbon nanotubes, have been extensively studied. However, due to the lack of understanding of the reaction mechanism and conflicting knowledge of the catalytic active sites, carbon‐based catalysts are still under the development stage of achieving a performance similar to Pt‐based catalysts. In addition to the catalytic viewpoint, designing mass transport pathways is required for O₂. Recently, the importance of pyridinic N for the creation of active sites for ORR and the requirement of hydrophobicity near the active sites have been reported. Based on the increased knowledge in controlling ORR performances, bottom‐up preparation of N‐doped carbon catalysts, using N‐containing conjugative molecules as the assemblies of the catalysts, is promising. Here, the recent understanding of the active sites and the mechanism of ORRs on N‐doped carbon catalysts are reviewed.     

微生物燃料电池Fe-N掺杂炭黑阴极催化剂性能研究

炭黑是一种廉价且具有高导电性的氧还原催化剂, 可应用于微生物燃料电池(MFCs)的阴极。然而, 纯炭黑的催化性能较差, 不能满足实际应用需求。为了提高炭黑的催化性能, 以氯化铁(FeCl₃)和三聚氰胺作为Fe源和N源按一定比例与炭黑混合共炭化, 对炭黑进行改性处理。结果表明, 当Fe-N与炭黑的质量比例为2.6∶1时, MFCs的输出功率密度达到最高值, 为1395 mW/m², 比Pt/C催化剂(876 mW/m²)提高了59%。SEM观察到炭黑基体上形成了椭圆形或柱状晶体, XRD和XPS测试结果显示是在共炭化过程中生成的Fe₃C晶体, 引入了吡啶氮和石墨氮, 在催化剂表面形成更多的活性位点, 这是复合催化剂性能提升的关键因素。随着Fe-N比例的提高, 复合催化剂的导电性和比表面积逐渐下降, 从另一方面又限制了其性能的提升。综上所述, 氯化铁、三聚氰胺和炭黑共炭化制备的复合催化剂是一种具有良好性价比的MFCs阴极催化剂, 可在规模化应用中发挥更大作用。