氮掺杂碳纳米管的制备及其应用

氮掺杂可以调控碳纳米管的电子结构及表面性质,以吡啶氮、吡咯氮(N-5)、石墨氮、氧化吡啶、-NO2及-NH2等形式进行掺杂的含氮官能团可提高碳纳米管的氧还原催化活性、赝电容、润湿性能及供电子特性。文章综述氮掺杂碳纳米管的3种制备方法:同步原位掺杂、碳化含氮物质、后处理,及其在氧还原反应、超级电容器和支撑材料方面的应用,并综述了不同种类含氮官能团的作用。     

氮/硫共掺杂对纤水镁石模板碳纳米管电化学性能的影响

以天然矿物纤水镁石为模板、蔗糖为碳源制备多孔碳纳米管, 并以硫脲为氮、硫源, 采用水热法制备氮/硫共掺杂的碳纳米管。结果表明, 掺杂碳纳米管继承了纤水镁石模板的柱状结构, 呈现中空管状, 增大了模板炭的比表面积和孔容。在6 mol·L^-1 KOH电解液中, 电流密度为1 A·g^-1时, 未掺杂碳纳米管的比电容为62.2 F·g^-1, 氮掺杂之后碳纳米管的比电容为97.0 F·g^-1, 氮/硫共掺杂的碳纳米管比电容为172.0 F·g^-1, 氮/硫共掺杂后碳纳米管的电化学性能比未掺杂的提高近3倍; 循环1000次电容保持率达89%, 说明掺/硫共掺杂碳纳米管具有良好的电化学性能。此外, 组装的对称型超级电容器同样展示了良好的电容性能。     

氮-镨共掺杂TiO_2的制备及催化性能研究

为了提高TiO_2的光催化性能,采用溶胶凝胶法制备了N和稀土Pr共掺杂TiO_2光催化剂。用XRD、SEM和紫外-可见光分度计对样品进行表征,并考察了掺杂量、煅烧温度和晶型对TiO_2光催化性能的影响。研究发现N-Pr混合改性的TiO_2的催化活性均高于未改性的,5%的N和0.5%的Pr混合掺杂并经500℃锻烧后,样品为单一的锐钛矿相且粒径分布较窄,在模拟灯光照射下表现出较高的光催化活性和降解甲基橙溶液的能力,在80 min内使甲基橙溶液的降解率达到了99%。     

氮掺杂氧化石墨烯的制备及其氧还原催化性能研究

以腺嘌呤为掺杂氮源,以均苯三酸为辅助碳源,采用水热法对多层氧化石墨烯进行氮掺杂,在惰性气氛下煅烧得到氮掺杂氧化石墨烯(NGO),重点研究了腺嘌呤用量对产物的氧还原催化性能的影响。利用上海辰华电化学工作站,采用线性扫描伏安法对其氧还原催化性能进行测试分析,并利用Koutecky-Levich方程对其氧还原电子转移数进行计算。结果表明,以腺嘌呤作为氮源能够大幅度地提高氧化石墨烯的催化性能,当腺嘌呤用量为6 mmol时,所制得的氮掺杂氧化石墨烯NGO-3的催化性能最好,催化氧气还原以4e~-途径进行。     

氮掺杂TiO2纳米粉体的制备及其可见光催化性能

以钦酸四丁酯和尿素为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2凝胶前驱体,干燥后在不同温度下进行热处理得到氮掺杂TiO2纳米粉体;以XRD,XPS,UV-Vis DRS等方法对氮掺杂TiO2纳米粉体的晶相、成分和光学性能进行了分析.结果表明,氮元素在TiO2晶格中主要以间隙掺杂形式存在,随着热处理温度升高和时间延长,TiO2...     

氮掺杂Cu_2O的制备及其可见光催化性能

通过水合肼还原Cu~(2+)的方法制备了N掺杂Cu_2O光催化材料,并采用UV-vis DRS、PL、XRD、XPS和FT-IR等方法对其进行表征。研究结果表明,N掺杂Cu_2O的吸收光谱发生了蓝移,具有比纯Cu_2O稍宽的禁带宽度,且受光激发后产生的发光峰更弱,表明其在光催化反应中产生的光生电子-空穴对更容易分离,从而能够更有效的进行光催化反应。N的掺杂抑制了Cu_2O微晶的生长,一定程度上改变其结构特征从而影响光催化性能。通过可见光照射下降解甲基橙模拟废水表明,N掺杂Cu_2O具有良好的可见光催化活性。     

湿法碳氮硫共掺杂TiO2的制备及其光催化活性

以全硫碳酸铵为掺杂剂，采用湿法由硫酸钛出发制得碳氮硫共掺杂TiO2，通过XRD和XPS对掺杂TiO2进行了表征，并对掺杂TiO2的光催化活性进行了考察。结果表明，微波辅助加热制备的掺杂TiO2中，C元素部分替位取代了TiO2晶格中的Ti^4＋；N元素以两种掺杂形式存在，即进入TiO2晶格替位取代O2^-产生掺杂和通过化...     

熔盐法制备氮掺杂多孔炭及其催化脱硫性能

采用熔融盐合成技术, 以生物质葡萄糖和富氮三聚氰胺为前驱体, 成功制备得到具有发达孔隙结构(BET表面积: 1355 m²/g)和极高氮掺杂量(20.73wt%)的氮掺杂多孔炭材料。X射线光电子能谱(XPS)分析表明, 多孔炭材料中的氮原子主要以吡咯及吡啶构型存在, 这两种形态的氮原子有利于硫化氢的吸附及催化氧化。在常温、常压下, 所制备氮掺杂多孔炭对硫化氢非金属催化转化为单质硫的脱除硫容高达1.10 g/g。该合成方法简便易行, 有望实现氮掺杂多孔炭材料的批量和廉价制备, 合成的氮掺杂多孔炭在污染物控制领域应用潜能巨大。     

镍、硫共掺杂纳米TiO2的制备及其可见光催化性能

为提高纳米TiO2的可见光催化活性,采用沉淀-浸渍法制备了一种新型Ni和S共掺杂TiO2纳米复合光催化剂.通过紫外-可见(UV-Vis-)漫反射、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X-荧光(EDX)等手段对其结晶形态、晶粒尺寸、元素掺杂量和吸光性能等进行了表征.结果显示,催化剂Ni/S/TiO2为锐钛矿晶相,平均粒径约为6～7nm,比表面积高达260.42m2/g,感光范围可拓展到可见光区,且与纯TiO2,S掺杂TiO2和Ni掺杂TiO2相比,光催化剂Ni/S/TiO2的颗粒粒径更小,比表面积更大,光吸收边红移程度更显著.以活性艳蓝198染料溶液为模拟废水,以氙光灯为光源,对光催化剂Ni/S/TiO2的催化活性进行了评价.结果表明,Ni/S/TiO2具有比纯TiO2、S掺杂TiO2和Ni掺杂TiO2更高的可见光催化活性,氙光灯照射120min,活性艳蓝198降解率可达到98.5%.     

氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜制备及其氧还原催化性能研究

以氧化石墨烯分散液为前驱体、尿素为主要氮源,经水热还原和真空抽滤后制得不同氧还原催化活性的氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜。采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、激光拉曼光谱仪、循环伏安等手段对材料的形貌、结构和氧还原电催化性能进行表征。结果显示:制得的氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜的含氮量在2.37~4.22%之间,其中氮元素主要以吡啶型和吡咯型形式存在。当氮含量为4.22%时,氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜具有最小的氧还原起始电位,约为0.15 V,以及最大的极限电流密度,达2.75 m A/cm~2,显示出较好的氧还原催化性能。     

铁氮共掺杂介孔碳材料的简易制备及其氧还原反应催化性能

氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程,其自发反应进程缓慢,对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题,因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MC_M),再把获得的MC_M与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC_MT)。该方法热解条件简单,无需模板剂和NH₃、HF等有毒物质。由于MC_M含有较高的氮和氧元素,有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力,通过MC_M和铁盐制备出的Fe-N/MC_MT含有丰富的、催化ORR的Fe-N_x活性位点,其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V(vs RHE),比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16...     

氮硫共掺杂SrSnO_3的制备及光催化降解染料研究

以氨气作为氮源,硫脲作为硫源,制备N/S共掺杂SrSnO_3样品。通过X射线粉末衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征确定了N、S分别是以晶格取代和间隙掺杂的形式存在于样品中。紫外漫反射光谱(DRS)表明氮硫共掺杂的样品对可见光的吸收比单掺杂要强。以罗丹明B、亚甲基蓝、橙黄Ⅱ号作为模拟废水污染物并考察了样品在可见光下降解染料的活性。实验结果表明,在氮化时间为12h,硫掺杂比为1∶1得到的N/S共掺杂SrSnO_3的催化剂在可见光照射的条件下,一定浓度的罗丹明B溶液在6h内被彻底降解至无色溶液,亚甲基蓝溶液的在3h内,脱色率达到96%以上,偶氮类染料橙黄Ⅱ号在加入少量H_2O_2,3.5h内降解率为93%。     

Al-Zr共掺杂钴酸锂的制备及其电化学性能研究

通过高温固相法制备了Al-Zr共掺杂钴酸锂正极材料,探究了钴酸锂正极材料在高电位下的循环稳定性以及终烧温度和终烧保温时间对材料形貌、电化学性能的影响。采用扫描电子显微镜、恒流充放电和交流阻抗技术表征了材料的形貌和电化学性能。研究表明：在终烧温度1000℃、终烧保温时间16h条件下制备的材料颗粒分散均匀、粒径范围1～5μm。在0.1C电流密度下首次放电比容量为187.4mAh/g,循环50圈后容量保持率仍有91.3%,高电位下充放电循环稳定,容量高。     

氮掺杂TiO_2的制备及其光催化性能研究

应用溶胶-凝胶法,以尿素和钛酸丁酯为原料制备前躯体,前躯体在500℃、焙烧3 h条件下制备不同浓度掺杂氮的TiO2纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、紫外可见光谱(UV-Vis)等分析手段对样品的物相、形貌、成分和吸光性能进行表征,并且以亚甲基蓝溶液为模拟污染物在阳光下进行光催化实验。结果表明:样品主要为锐钛矿相二氧化钛及少量的金红石型二氧化钛,颗粒粒径小于300 nm,有一定程度的团聚,样品中含有质量分数分别为0、2.99%、6.23%、11.38%的氮元素,氮掺杂样品的光谱吸收边缘红移至400~470 nm。光催化实验表明:氮掺杂可以大大改善TiO2在可见光波段的光催化性能。     

湿法碳氮硫共掺杂TiO2的制备及其光催化活性

以全硫碳酸铵为掺杂剂,采用湿法由硫酸钛出发制得碳氮硫共掺杂TiO2,通过XRD和XPS对掺杂TiO2进行了表征,并对掺杂TiO2的光催化活性进行了考察。结果表明,微波辅助加热制备的掺杂TiO2中,C元素部分替位取代了TiO2晶格中的Ti 4+;N元素以两种掺杂形式存在,即进入TiO2晶格替位取代O2-产生掺杂和通过化学吸附进入晶格间隙产生掺杂;S元素主要提供S 2p形成S6+取代Ti 4+进入晶格进行掺杂;以甲基橙溶液为对象进行光催化降解,当掺杂量α为1.6、500℃焙烧2h时,掺杂TiO2表现出较高的可见光催化活性,光照70min使浓度为20mg/L的甲基橙溶液的降解率达到99.64%,明显提高了纳米TiO2的光催化活性。     

氮掺杂微球的制备及其光催化性能

以尿素作为氮源,盐酸(HCl)为钛酸丁酯(TBT)的保护剂,采用溶剂热法合成氮掺杂TiO2微球。用扫描电镜、X射线、能谱仪、多功能电子能谱仪、紫外-可见分光光度计等手段表征了盐酸加入量对微球形貌、物相、成分和催化性能的影响。实验结果表明该方法不仅能合成形貌较好的TiO2微球,同时实现了氮掺杂;盐酸加入量对微球形貌、物相和催化性能有较大影响,发现m(HCl)∶m(TBT)为2.6∶1时光催化效果最佳,在紫外灯和可见灯照射下催化效率均超过Degussa P25。     

硫化镍/氮掺杂碳纳米管复合材料及其超级电容器性能

采用惰性气氛热处理方法,以氮掺杂碳纳米管(NCNTs)为载体,二乙基二硫代氨基甲酸镍(C_(10)H_(20)N_2NiS_4)为NiS前驱体,制备NiS-NCNTs复合材料。研究了热处理温度对复合材料微观形貌、组织结构及其作为超级电容器电极材料特性的影响。400℃下,C_(10)H_(20)N_2NiS_4热解反应生成α-NiS,导致NiS-NCNTs复合材料形成,但低温热解反应导致NiS颗粒大,且数量少。500℃下,形成的α-NiS粒径小且数量增多。当温度升至600℃时,α-NiS向β-NiS转变,且有新相Ni9S8形成。其中500℃制备的NiS-NCNT500具有最高的利于离子传输的2~5nm中小孔体积,及电荷堆积的高比表面积,其作为超级电容器电极材料,展现出较高的比电容量和良好的充放电循环稳定性。     

Al-N共掺杂型ZnO薄膜的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Al-N共掺ZnO薄膜.用X射线光电子能谱检测Al-N共掺杂情况;用X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电镜、分光光度计、霍尔测量仪等分析测试手段,分别研究了Al-N共掺的掺杂浓度和热处理温度对薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能的影响.结果表明:在基质ZnO溶胶浓度为0.5mol/L,Al-N掺杂摩尔浓度为10%,热处理温度600℃下,Al-N共掺ZnO薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能最佳.     

硼氮共掺杂使金属性碳纳米管转变为半导体

中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室许智、王文龙、白雪冬、王恩哥等人提出了一种新的方法，在生长单壁碳纳米管过程中，原位进行硼（B）、氮（N）共掺杂，实验和理论研究发现，硼、氮共掺杂使金属性碳纳米管转变为半导体。该工作得到了国家科技部、中科院和同家自然科学基金委的资助。本相关研究结果发表在近期的Advanced Materials 20，3615（2008）上。Asia Materials对该成果以标题“Doping carbon nanotubes”作为研究亮点进行了报道。     

氮掺杂多孔碳材料的制备及其吸附性能研究

采用细乳液聚合法制备了聚丙烯腈(PAN)微球,以其作为氮掺杂多孔碳材料(NPC)的前驱体,经ZnCl_2溶液浸渍后,分别在450℃、600℃和700℃这3个不同温度下碳化制得多孔碳材料NPC-H450、NPC-H600和NPCH700。采用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和N_2吸附-脱附等方法对样品进行表征。研究了NPC对CO_2和Cu~(2+)的吸附性能。结果表明:所制备的多孔碳材料NPC-H450、NPC-H600和NPC-H700的比表面积大,分别为1114m~2/g、1644m~2/g和931m~2/g;氮含量高,质量分数分别为11.33%、12.12%和13.35%。制备的NPC对CO_2及Cu~(2+)均有良好吸附的性能。在0℃、1atm条件下,NPC-H450对CO_2的吸附量为3.40mmol/g,NPC-H700在常温下对Cu~(2+)24h的吸附量可达62.88mg/g。