煤基三维石墨烯基电极在不同电解液中的电化学性能

三维石墨烯材料具有独特的多孔网络连通结构,大的比表面积,良好的光、电、热、力学等性质,被认为是理想的电极材料。以廉价煤炭为原料,通过催化热处理、化学氧化及水热还原等技术制得三维煤基石墨烯宏观体;采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱等检测手段对样品形貌及结构进行表征;并进一步通过恒电流充放电(GCD)、循环伏安(CV)及交流阻抗(EIS)等技术研究了三维石墨烯材料在碱性(6mol/L KOH)、酸性(1mol/L H_2SO_4)及中性(1mol/L Na_2SO_4)_3种水系电解液中的电化学性能。结果表明,三维煤基石墨烯材料在酸性和碱性电解液中具有较高的比电容;其中,在6mol/L KOH水系电解液中的比电容高达288.9F/g,并具有较好的稳定性,充放电循环1 000次后材料的电容保持率为91.6%。     

煤基石墨烯的制备及其光催化性能研究

以太西无烟煤为前驱体,经过催化石墨化及氧化还原方法制备了煤基石墨烯,考察了其在二氧化碳光催化过程的应用,重点研究了硫酸铁及硼酸对无烟煤石墨化过程的催化作用,以及改良Hummers法耦合等离子介质阻挡放电制备煤基石墨烯的关键技术,研究表明,在硼／铁复合催化剂作用下,可以实现无烟煤的中温石墨化;以石墨化产物可以制得微观结构优良的煤基石墨烯;在C02的光催化转化过程中,在光照时间为14h,煤基石墨烯添加量为1g／L,CO2流量为200mL／min时,目标产物甲醇的含量可达144．19μmol／L。     

还原氧化石墨烯/SnS_2纳米复合物的制备与可见光光催化性能

以氧化石墨烯(GO)和SnCl_4·5H_2O为前驱体,通过水热法制备了SnS_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品。在可见光(λ≥420nm)光照下光催化降解甲基橙水溶液来检测SnS_2/RGO复合物的光催化活性。结果表明:所制备的SnS_2/RGO复合物表现出增强的可见光光催化活性,其中,含1%(wt,质量分数,下同)石墨烯的复合光催化剂活性最好。SnS_2/RGO复合物光催化活性的增强是由于石墨烯是优秀的电子受体和传输体,它减少了光生载流子的复合,从而提高了光催化活性。     

MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能

以纯化的太西无烟煤粉为原料,采用催化石墨化及改良Hummers氧化技术制备煤基氧化石墨烯前驱体,将该前驱体与MnO_2进行原位复合并利用等离子体技术还原制备MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等技术对煤基石墨烯及其复合材料进行表征,采用循环伏安法及恒流充放电法测试MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料的电化学性能。结果表明,与煤基石墨烯相比,MnO_2/煤基石墨烯纳米复合材料的比电容有显著提升,在1A/g电流密度下可达281.8 F/g,是煤基石墨烯比电容的3.48倍。     

光催化还原CO_2材料的研究进展

利用清洁可再生太阳能光催化还原CO_2为碳氢燃料,既可达到节能减排和抑制温室效应之目的,又能缓解能源短缺问题,实现环境保护与CO_2资源化的双重效益。本文对国内外的光催化还原CO_2材料体系进行整理归纳,将其分为六大体系:TiO_2体系,其他金属化合物体系,MOFs、ZIFs体系,硅酸盐、沸石体系,石墨烯体系及有机超分子催化剂体系。重点介绍了不同光催化材料的制备方法及其催化产物分布,并展望了光催化材料的研究前沿。     

磺化石墨烯及其导电炭薄膜的制备与性能

以石墨为原料, 采用Hummers法液相氧化合成了氧化石墨(GO), 通过低温真空剥离预还原、磺化反应、葡萄糖二次还原, 合成了高质量的磺化石墨烯(S-GNS), 有效避免了在此过程中石墨烯大量团聚的现象. 采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析仪(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等分析手段对磺化石墨烯样品进行了表征. 实验结果表明: 对氨基苯磺酸成功地接枝到了石墨烯上, 磺化石墨烯还原彻底, 热稳定性能高; 石墨烯表面平整, 缺陷少; 单层磺化石墨烯厚度约为1.2 nm. 水溶性、分散性实验结果表明: 磺化石墨烯拥有高水溶性和高分散性. BET比表面积及电性能测试表明: 磺化石墨烯的比表面积高达806.4 m²/g, 薄膜材料的导电率为1150 S/m.     

石墨烯/纳米TiO_2复合材料的制备及光催化还原性能

为探索超声辅助下利用紫外光及耦合热还原工艺制备RGO/纳米TiO_2复合材料的方法,并对其在缺氧水体中的光催化还原特性进行研究,首先,以鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),进而通过超声/紫外光还原工艺制备了还原氧化石墨烯(RGO);然后,以钛酸丁脂和RGO为前驱物,采用溶胶-凝胶法并在氮气保护下高温加热制备了RGO/纳米TiO_2复合光催化材料;接着,利用FTIR、XRD、BET及紫外-可见光谱等对RGO/纳米TiO_2复合材料进行了结构性能表征;最后,以2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)为探针物,研究了RGO/纳米TiO_2在缺氧水体中的光催化特性与2,4-D降解机制。结果表明:采用低温氧化Hummers法制备的GO六碳环上生成的活性基团较少,采用超声/紫外光还原工艺及耦合高温热还原工艺可使环状结构得到良好的修复;所制备的RGO/纳米TiO_2复合材料具有良好的2,4-D降解能力,在缺氧状态下,2,4-D主要发生光催化还原反应,脱除苯环上的氯,产生氯酚、邻苯三酚及间苯三酚等中间产物,部分2,4-D被氧化降解生成CO_2和H_2O。制备的RGO/纳米TiO_2复合材料具有良好的光催化还原性能。     

还原氧化石墨烯-贵金属纳米复合物的制备及表征

以氧化石墨和氯铂酸为前驱体,在油胺中简便地合成了还原氧化石墨烯-铂(Reduced graphene oxide-platinum,rGOPt)纳米复合物,并对其进行了表征。透射电子显微镜和光谱测试结果表明,铂纳米颗粒均匀分布在石墨烯表面,尺寸约为30nm,铂纳米粒子为多孔隙结构,结晶性能良好,氧化石墨在高温下转变为还原氧化石墨烯。用此方法也可以制备还原氧化石墨烯-金(rGO-Au)或还原氧化石墨烯-银(rGO-Ag)的纳米复合物,金、银纳米颗粒呈球状,对可见光具有明显的表面等离子吸收。同时,油胺作为溶剂、贵金属盐的还原剂和表面活性剂,使制备过程简单、快捷。     

液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

采用氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)作为制备石墨烯的前驱体,通过液相还原自组装过程与硫纳米颗粒进行复合,获得了高性能的还原氧化石墨烯/硫(r GO/S)复合正极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等对材料微观形貌与结构进行表征。结果表明:硫纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层间,并且硫纳米颗粒被石墨烯片层有效地封装,硫在35-r GO/S复合物中的质量分数高达83.6%。该35-r GO/S复合正极在0.2C电流密度下初始放电容量可达1197.3mAh·g^-1,经过200次循环后容量仍保持在730mAh·g^-1左右,表现出优异的循环性能。     

超声辅助镍粉绿色还原制备石墨烯

提出一种室温下利用镍粉还原氧化石墨制备石墨烯的新方法。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对氧化石墨还原后的产物进行表征。结果表明:氧化石墨中含氧基团基本被去除,生成的石墨烯的ID/IG达到了1.34,当镍与氧化石墨质量比值为2时,还原效果较为理想。这种方法为低成本、高效、环保、大规模地制备高品质石墨烯提供可能性。     

铋掺杂提高氧化铈中氧空位浓度增强CO_2光催化还原性能（英文）

氧空位在CO_2光催化还原过程中往往发挥重要作用。本工作中,用水热法合成了不同Bi掺杂量的二氧化铈光催化剂Ce_(1-x)Bi_xO_(2-δ),其中Ce_(0.6)Bi_(0.4)O_(2–δ)在Xe灯照射下表现出最高的光催化活性,其CO产率为纯二氧化铈纳米棒的4.6倍。X射线衍射(XRD)分析表明固溶体保留了二氧化铈的萤石结构;紫外–可见漫反射(UV-Vis)光谱表明固溶体可见光吸收增强;X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)分析表明,掺杂后氧空位浓度明显提高。结合原位傅里叶变换红外光谱(in-situFT-IR),发现引入Bi提高了固溶体中氧空位的浓度,并改变了CO_2在催化剂表面上的吸附/活化行为,光照下碳酸氢根、碳酸根、甲酸等中间产物明显增多,从而增强了CO_2光催化还原性能。     

电子受体材料功能化还原氧化石墨烯的结构和光学性能

采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用水热法对GO分别还原5 h和10 h制得两种还原氧化石墨烯(5-RGO和10-RGO),进一步用异氰酸苯酯对还原前后的氧化石墨烯材料进行改性,即得功能化氧化石墨烯和功能化还原氧化石墨烯(SPFGO、5-SPFRGO和10-SPFRGO)。以功能化还原氧化石墨烯材料为电子受体,聚3-己基噻吩(P3HT)为电子给体,制备复合膜。结果表明:GO由3-5层组成,经水热还原后样品表面仍含有—CO,—COOH等含氧官能团;功能化后石墨烯在邻二氯苯中分散性良好,与P3HT能级相匹配,满足作为聚合物太阳能电池受体材料要求;以5-SPFRGO做为受体材料与P3HT复合制备的复合膜表面规整致密,光吸收强度高,荧光光谱强度低,性能最优。     

高真空低温剥离法制备高储氢性能石墨烯

采用Hummers法液相氧化合成了氧化石墨(GO),通过高真空低温热膨胀法制备得到了高比表面积的石墨烯(GNS)材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段对石墨烯样品进行了表征。结果表明,石墨烯还原彻底,呈褶皱的片层状结构,缺陷少;BET测试及氢气高压吸附实验结果表明,通过高真空低温热剥离法制备的石墨烯材料比表面积高达908.3m2/g,并且拥有丰富的孔道结构;在温度为25、40和55℃,压力2500kPa条件下,氢气的吸附量分别达到了1.81%、0.995%和0.44%(质量分数),表明了石墨烯在储氢领域拥有着广阔的应用前景。     

蝶翅构型TiO2/等离子体纳米金复合体系全光谱二氧化碳光还原特性研究

以红珠灰蝶为生物模板,使用原子层沉积法构筑三维构型TiO_2光催化材料以增强其光捕获能力;使用种子生长法制备具有宽幅可见光波段吸收能力的等离子体共振金纳米棱结构,并将其负载于蝶翅构型TiO_2上以得到全光谱响应的复合光催化体系;采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪(XRD)等表征了所制备的样品;对样品进行了二氧化碳还原性能测试,结果表明在全光谱照射下,负载有金纳米棱的蝶翅构型TiO_2的二氧化碳光还原性能比无结构的提升了54%。     

水系电解质浓度和种类对石墨烯纸超级电容器电化学性能的影响

采用改进后的Hummers法制备氧化石墨,经水合肼还原后制得超薄石墨烯纸材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射光谱(XRD)和X光电子能谱(XPS)等手段对制备的石墨烯纸进行表征。采用循环伏安和交流阻抗谱等电化学方法考察了水系电解质溶液浓度和电解质种类对石墨烯纸为活性材料的超级电容器电化学性能的影响。结果表明:随着电解质浓度的增加或阴阳离子尺寸的减小,石墨烯纸超级电容器比电容量明显增加,溶液阻抗明显降低;具有较小尺寸的碱金属氢氧化物饱和溶液更适合做超级电容器的电解质溶液。     

柠檬酸钠绿色还原制备石墨烯

采用环境友好型还原剂柠檬酸钠,成功实现了温和条件下氧化石墨(GO)的控制还原,制备得到了石墨烯材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、傅立叶红外光谱(FT-IR)等对所得产物进行了分析表征,并研究比较了氧化石墨与氧化石墨烯还原产物(RGO)的电子输运性能.结果表明:柠檬酸钠可在温和条件F还原氰化石墨得到高质量的石墨烯.     

水热法原位合成磁性BiFeO_3-石墨烯杂化材料及其光催化性能

采用水热法在石墨烯表面原位合成了石墨烯含量不同的铁酸铋/石墨烯(BiFeO_3-石墨烯)杂化材料。采用X光射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)等研究杂化材料的结构,紫外漫反射光谱(DRS)和荧光光谱(PL spectra)分析其光反应性。在卤钨灯光照条件下测试杂化材料催化降解亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)染料的性能。结果表明,通过水热原位合成法,石墨烯均匀地穿插在BiFeO_3颗粒中并形成大小均一的球状结构。BiFeO_3-石墨烯杂化材料在可见光范围(400~800 nm)的吸收强度明显增加,禁带能隙明显降低。BiFeO_3-石墨烯杂化材料光催化降解有机污染物的速度较纯BiFeO_3显著提高,其中石墨烯质量含量为3%的杂化材料具有最高的降解速度,其光催化降解MB和RhB的速率常数为0.083和0.10,均为纯BiFeO_3降解染料速率的10倍以上,原因在于石墨烯有效地抑制并延后了激发电子和空穴的再结合。由于BiFeO_3具有铁磁性,BiFeO_3-石墨烯杂化材料可以用磁铁回收循环使用,且材料5次循环使用后染料降解效率仍可达到近100%。     

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180℃,反应时间为16 h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18 nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45 nm。在可见光照射(λ>420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的TiO2。     

CO_2在铜掺杂的TiO_2纳米管中的光催化还原研究

分别通过阳极氧化法和电沉积法制备了TiO_2纳米管及铜掺杂的TiO_2纳米管(CuxOy/TiO_2纳米管)复合材料。利用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能谱分析等手段对材料进行表征。结果表明:用阳极氧化法制备的TiO_2纳米管为锐钛矿型,平均管直径为90~110nm,平均管长为300nm左右;采用电沉积法制备的CuxOy/TiO_2纳米管中铜以CuO的形式存在。在密封悬挂式光催化系统中,研究不同浓度CuSO_4电镀液制备的CuO/TiO_2纳米管对CO_2的光催化还原行为。在500W氙灯光照的条件下,TiO_2纳米管和CuO/TiO_2纳米管还原CO_2的产物是CO和CH_4;TiO_2纳米管在光照6h时,CH_4的产率达到1.3×10~(-6)/(cm~2·h),而0.04mol/L CuSO4电镀液制备的CuO/TiO_2纳米管在同样条件下,CH_4的产量达到3.7×10~(-6)/(cm~2·h)。这说明CuO/TiO_2纳米管显著提高了CO_2的光催化还原效率。     

还原氧化石墨烯负载极性面占优氧化锌对亚甲基蓝的光催化降解

采用光还原方法将氧化石墨烯负载在极性面占有的氧化锌六棱盘上合成出氧化锌-还原石墨烯复合光催化材料。在紫外-可见光辐照下,该复合材料的光催化降解亚甲基蓝活性得到明显提高。光催化性能的提高主要归因于还原氧化石墨烯对光生电子的捕获抑制了电子和空穴的复合以及还原氧化石墨烯对亚甲基蓝分子的有效吸附。还原氧化石墨烯的最优负载量约为2%,同时负载的还原石墨烯对光的吸收可在一定程度上减少复合材料对光子的利用率。