二维MXenes的制备及催化产氢性能研究进展

过渡金属碳化物、氮化物MXenes是一类新型的二维材料,通式为MnXn-1Tx(n=2～5).MXenes具备独特性能,在催化、储能、吸附等领域受到广泛关注.综述了MXenes的发展进程,不同的MXenes制备方法对MXenes结构、性能和表面官能团的影响以及MXenes复合材料在催化领域的应用研究现状,关于MXenes目前在催化领域内存在的挑战(MXenes结构优化、催化机理的研究、抗氧化性等)进行了讨论,并提出未来的发展方向.     

MXenes材料的制备、应用及其机理综述

MXenes是一种新型二维晶体材料,由过渡金属及碳/氮元素组成,具有与石墨烯类似的结构,在力学性能、抗氧化性、导电性和亲水性等方面表现优异,可广泛应用于多个领域.综述了MXenes的制备方法及形态结构形态,概述了其在电化学、催化、吸附、储氢等领域的应用性能及有关机理,并对MXenes材料的应用前景做出展望.     

氧化石墨烯和过渡金属碳/氮化合物固定化酶

二维纳米材料具有高机械强度和比表面积、大量表面官能团、良好的亲水性及生物相容性,是固定化酶的良好载体。本文选取经典的氧化石墨烯（GO）以及新型的过渡金属碳/氮化合物（MXenes）,分别介绍了它们的制备方法和结构、物理和化学性质,综述了它们在固定化酶领域的应用研究,并进行了比较。文中指出：GO由石墨烯经化学氧化再剥离制得,MXenes由其前体经刻蚀制得,不同的氧化或刻蚀方法制得的材料在组成、结构、性能等方面存在差异。GO表面的可反应官能团更多,包括羟基、羧基和环氧基,故在固定化酶领域应用广泛。MXenes固定化酶则主要利用表面的羟基反应或负电荷吸附,目前主要用于制备生物传感器。最后指出这两种材料还存在制备效率低、纳米片易聚集、循环利用性差等问题。今后的发展方向是要开发更为简单和安全的材料制备方法,探索更为有效的插层和剥离手段以及改善固定化酶的回收策略,进一步推进二维纳米材料在固定化酶领域的应用。     

Ti3C2TxMXene光催化应用研究进展

新型环境友好材料的开发是解决能源短缺和环境污染问题的关键。自2011年MXenes被合成以来,独特的二维层状结构、良好的导电性以及丰富的表面官能团使其受到了密切的关注,并被广泛地应用于光催化能源转换、环境污染治理等领域。在众多的MXenes中,Ti₃C₂T_xMXene是最早被报道的也是目前研究最多的材料。研究发现Ti₃C₂T_xMXene在光催化体系中能够促进光生电子-空穴的分离、减少电荷复合,从而提高该体系的光催化性能,其在光催化领域显示出了巨大的潜力。概述了MXenes材料的结构特性,重点介绍了Ti₃C₂T_xMXene材料在光催化析氢、光催化降解污染物、CO2的光催化还原以及光催化固氮方面的应用进展。最后,总结并讨论了Ti₃C₂T_xMXene材料在光催化应用领域面临的三大挑战。     

金属有机骨架衍生的钒碳催化剂催化氧化乳酸乙酯制备丙酮酸乙酯

化石能源的过度开发利用造成的能源危机和环境问题促使研究人员尝试利用可再生能源来生产增值化学品。生物质作为一种来源丰富的可再生有机碳源，可用于转化制备许多有价值的化工产品。其中可通过乳酸氧化制备的丙酮酸备受关注，可用于制备各种工业产品，如香水、食品添加剂、药品等。金属有机框架材料(MOF)由于其高度多样化的结构、高比表面积和可调节的孔径而成为近10年来备受关注的材料，可用于制备活性催化剂或载体。在本工作中，MOF衍生的钒基碳材料被用于催化乳酸乙酯有氧氧化为丙酮酸乙酯。在最佳条件下，MOF-5衍生的钒催化剂的乳酸乙酯转化率为95.72%,丙酮酸乙酯选择性为67.10%。经过多次循环，该催化剂具有良好的稳定性。实验及表征结果表明：V⁵⁺/V⁴⁺物种的比例，而非孔道结构，是决定催化性能的关键。     

硫掺杂炭材料的制备与应用

杂原子掺杂可以改变炭材料的表面化学结构,从而带来材料性能的变化。研究人员通过选择不同的碳源、开发新的制备技术等手段,相继制备了多种结构独特、性能优异的硫掺杂炭材料。本文基于硫掺杂炭材料国内外的最新研究进展,总结了以不同碳前体制备硫掺杂炭材料的研究工作,评述了不同前体及制备工艺对硫掺杂炭材料组成、结构的影响;并简要介绍了硫原子掺杂对炭材料在超级电容器、电催化等方面应用性能的影响。有关硫掺杂炭材料的研究还是一个全新的课题,尽管研究人员已经做了大量努力,但如何控制材料的结构仍然是一个具有挑战性的课题,利用富碳前体做原料来控制制备硫掺杂炭材料对于规模化应用更具实际意义。     

锂离子电池正极材料LiCoPO4的研究现状和展望

磷酸金属锂盐LiCoPO4作为锂离子电池的正极材料,具有稳定的结构、安全性能好、高电压和高理论容量等优点,引起了很多研究人员的关注。文章对LiCoPO4的制备方法和电化学性能研究状况进行了综述劳同时溯述了提高其电化学性能的研究方法。如果在制备工艺,元素掺杂以及电解液的研究上取得突破,那LiCoPO4将会有更广阔的应用背景。     

超级电容器用二维Ti3C2Tx过渡金属碳/氮化物材料的研究进展

近年来二维过渡金属碳/氮化物(MXene)材料由于其独特的物理/化学性能，在储能领域引起广泛的关注。其中以二维Ti3C2Tx材料的研究最为普遍。MAX相是一类三元氮化物和/或碳化物，其化学式为Mn+1AXn (n=1~3)，M代表过渡金属元素(如Sc, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo等)，X是碳和/或氮，A主要是IIIA或IVA族元素。根据n不同，MAX相的晶体结构包括3种类型。MAX相中，M?X和M?A键强度都很高。无法通过剪切或其它机械方法分层剥离。由于M?A键比M?X键具有更高的化学活性，可以通过化学刻蚀M?A键并辅助剥离方法获得单层/少层的MXenes材料。表面基团随机分布，对电化学性能有重要的影响。调控表面基团的种类和数量是当前研究的重要内容。本工作介绍了MXene相的基本结构，分析了相结构与性能的关系。总结了通过离子插入、热处理、表面改性、电极设计和元素掺杂等手段改善MXene相材料电化学性能的研究进展，简要介绍了MXenes与碳材料、氧化物、聚合物复合在超级电容器领域中的应用进展。对MXene相材料的结构、制备及电化学性能等方面进行了综述，指出了MXene相材料用于超级电容器领域存在的主要问题及未来的发展方向。     

SiC纳米材料的形貌调控及其场发射阴极性能

SiC一维纳米材料,具有良好的电子迁移率、稳定性和可制备性,是下一代重要的场发射阴极材料。通过对近年来SiC一维材料制备的研究,发现SiC的主要结构是纳米线/纳米棒、纳米管和纳米阵列,同时提高SiC场发射性能主要通过三种方式:降低微结构顶端的直径、增加发射点的密度、加入元素进行掺杂。     

有序大孔材料的研究进展

有序大孔材料作为高效吸附和分离材料所具有的独特性能逐渐被人们所认识.有序大孔材料可快速完成吸附和解吸过程,并且通过孔壁改性可使其具有良好的化学选择性,因而该材料成为近年来研究的热点,尤其是它的功能性应用倍受关注.介绍了有序多孔材料的发展过程,重点综述了有序大孔材料的制备方法及其应用领域,对其发展方向进行了展望.     

美国科学家发现纳米碳管新功能

美国宾夕法尼亚大学研究人员最近在科学杂志上发表文章称 ,他们发现纳米碳管不仅具有良好的导电性能、比钢还要强 1 0 0倍的材料强度 ,同时还是目前世界上最好的导热材料。研究人员介绍说 ,纳米碳管依靠超声波传递热能 ,其传递速度可达到每秒 1万米。他们发现 ,即使将纳米管捆在一起 ,热量也不会从一个纳米管传到另一纳米管 ,这说明纳米碳管只能在一维方向传递热能。研究人员称 ,纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的导热板 ,也可用于发动机、火箭等各种高温部件的防护材料。美国科学家发现纳米碳管新功能…     

纤维基耐高温空气过滤材料研究进展

高温含尘废气的排放是造成环境污染的主要原因之一，纤维基空气过滤材料具有比表面积大、结构可控等一系列优点，在空气过滤领域备受关注。但普通纤维基空气过滤材料存在耐高温性能差的问题，为便于相关人员更好了解纤维基耐高温空气过滤材料的研究现状，本文对近年来纤维基耐高温非织造空气过滤材料的研究进展进行了综述。重点介绍了纤维基耐高温非织造空气过滤材料所用原料（有机纤维原料、无机纤维原料等），制备工艺（针刺、水刺、熔喷、静电纺、离心纺和气流纺等）及其功能化改性（脱硫、脱硝、脱VOCs等）应用。对耐高温非织造空气过滤材料制备和应用过程中存在的缺点进行了讨论，指出未来发展应以开发新材料、改进制备工艺和功能化改性为重点方向；以期为耐高温非织造空气过滤材料的研究提供一定参考，拓展纤维基耐高温空气过滤材料应用范围。     

使用氟化盐和盐酸刻蚀制备Ti_2CT_x的可行性

MXene是近些年来受到广泛关注的一种新型二维层状化合物材料,也是一种类石墨烯材料。由于其独特的物理化学性质和形貌结构,该材料在锂电池电极材料、电容器、传感器、导电填充剂和储氢材料等领域具有较大的应用前景。Ti_2CT_x作为最早发现并制备出来的MXene之一,由于其相纯度控制较难,制备门槛较高,近些年来的相关报道有所减少。本文提供一种用于刻蚀制备Ti_2CT_x的更安全、更廉价且更简便的方案。通过X射线衍射谱(XRD)分析其相组成,使用电子能谱(EDS)分析其元素含量并使用扫描电镜(SEM)观测了其形貌特征,使用电化学工作站测试了该材料作为赝电容的电化学性质。     

木质素基功能材料的制备与应用研究进展

木质素是植物中含量第二大的天然有机高分子聚合物,以来源于制浆造纸和生物质炼制中的工业木质素为原料,制备具有特殊功能的高附加值材料,对木质素进行资源化高效利用、解决化石资源日趋紧缺及环境污染等问题具有重要意义。近年来,研究人员利用各种技术制备了许多种类的木质素基功能材料,如载药微胶囊、防紫外剂、抗老化剂、光催化剂载体、炭电极材料等。本文介绍了木质素基功能材料的国内外最新研究进展,总结了木质素基功能材料的不同制备工艺和应用领域,评述了木质素微观结构及制备工艺对材料结构特性和应用性能的影响。指出木质素基功能材料的研究是涉及多个学科交叉的前沿课题,但如何高效制备结构规整可控且性能优异的木质素基功能材料仍然是一个具有挑战性的课题。今后的研究应加强对木质素微观结构及其调控机理的研究,以便可以更好地利用其自身的三维网状结构和大量芳香结构等特性制备基于木质素特性的功能材料。     

基于MXenes材料的电催化析氢研究进展

具有独特层状结构的MXenes是一类新型的二维纳米材料大家族,其中包括二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物。它们具有较高的比表面积、丰富的表面化学性质、良好的亲水性和导电性。得益于这些出色的化学和物理特性,在储能、电磁屏蔽和电催化等应用领域,全世界越来越多的学者对MXenes的研究产生了兴趣。而在这些研究领域当中,电催化析氢(HER)是解决能源短缺问题的有效策略之一。在本文中,介绍了MXenes的结构与性质,综述了近年来MXenes基材料在电催化析氢领域的研究进展。最后,总结并展望了MXenes基电催化剂所面临的挑战与未来的发展方向。     

煤在新型炭材料制备中的应用

炭材料具有很多特性,随着工业技术的发展,它的地位越来越重要,以煤为原料制备新型炭材料已经引起人们的普遍关注并具有十分乐观的发展前途.从多孔炭材料、富勒烯类炭纳米材料和锂离子电池电极三方面综述了以煤为原料制备新型炭材料的研究和应用开发的新进展,阐述了煤作为一种廉价原料的优势,提出了煤作为制备原料在三个方面的发展方向.     

Nb2C/MnO2复合材料的制备及吸波性能研究

二维过渡金属碳化物（MXenes）由于其多层结构、优异的导电性和较大的层间距,在电磁波吸收领域具有广阔的发展前景。本采用静电自组装法制备了一种多层结构的Nb2C纳米片和一维纳米棒形貌的MnO2组成的复合体系。通过研究发现,Nb2C/MnO2复合材料质量比为1∶1时,最小反射损耗值在16.98GHz处可达到-29.22d...     

材料间纳米薄层可显著降低界面能

以色列理工学院的研究人员日前发现，材料间的纳米薄层具有一种介于固态和液态之间的独特性质，可显著降低两种不同材料之间的界面能，从而使它们更稳固地结合在一起。     

有机-无机复合相变材料的研究进展

有机相变材料具有过冷度小、无相分离、蓄热强等优势,在相变储热领域一直受到广泛的关注。然而,较低的热导率、液相泄漏和较差的热稳定性成为限制其应用的瓶颈缺陷。近几年,有机-无机复合相变材料的研究成为新的热点,极大地促进了有机相变材料的应用和发展。本文综述了常见的提高有机相变材料导热性能的高导热性纳米材料,以及制备有机-无机定形复合相变材料常选用的多孔支撑材料,并从制备方法、作用方式和热物性等方面介绍了有机-无机复合相变材料,复合相变材料相比于单一纯相变材料具有诸多优越的性能。预测有关结构优化、封装工艺并与高效储能系统结合的研究会成为有机-无机复合相变材料未来的发展趋势。     

Al/2D-MoO_3纳米含能材料制备与性能研究

使用液相超声剥离方法高效、快速、方便的制备了二维三氧化钼(2D-MoO_3),所得2D-MoO_3材料大约为4～6层纳米片;采用超声分散法制备了纳米铝(n-Al)/2D-MoO_3基纳米含能材料,扫描电镜测试表面(SEM)发现,n-Al分散于2D-MoO_3纳米片表面,分散性较好;最后使用差示扫描量热(DSC)方法测定了所得纳米含能材料热行为,发现所制备的含能材料放热较为集中、反应起始早(起始温度低),证实2D MoO_3纳米片能极大增加反应活性,显示2D材料对改善异质含能组分间界面接触具有显著作用。展示了类石墨烯二维材料在纳米含能材料中巨大研究价值,为新型纳米含能材料制备提供了新思路。