Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料制备及其电催化析氢性能

开发高效、稳定的电催化剂是实现电解水制氢反应(HER)的关键。成功制备以炔基化的聚乙烯醇(alkyne-PVA)改性的单层氧化石墨烯(GO)载体,以硼氢化钠为还原剂,将钯纳米颗粒(Pd-NPs)负载在碳基材料上,合成Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料。通过SEM、TEM、XRD、N_2吸附-脱附和XPS对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel斜率,分析所合成催化剂的电催化析氢性能。结果表明Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料在酸性电解质中的电催化性能较好,其在电流密度为-10 mA·cm~(-2)时,过电位仅为-80 mV。     

AuNWs/GO在生物燃料电池中的应用

以氧化石墨烯(GO)为结构单元,在油胺的作用下,采用化学法制备出金纳米线/氧化石墨烯(Au NWs/GO)复合材料,并通过电镜对其进行了表征。将GO、AuNWs/GO纳米材料分别修饰在玻璃炭电极上,并对修饰电极进行电化学性能表征,AuNWs/GO对葡萄糖氧化具有很高的电催化活性,将AuNWs/GO纳米复合材料模拟传统的生物燃料电池中酶作催化剂,构建葡萄糖/O_2生物燃料电池,改进传统生物燃料电池稳定性不高的缺点。     

低Pt载量PtFeNi@C催化剂制备及其电解水析氢性能

开发低成本、高性能的贵金属Pt基电催化剂对于电解水制氢反应(HER)具有重要意义。采用“双溶剂”(正己烷为分散剂，水为溶剂)策略，以棒状双金属FeNi-MOFs为前体，将H₂PtCl₆浸渍到双金属FeNi-MOFs孔道内，在Ar氛围600℃煅烧2 h得到PtFeNi@C复合催化材料，采用SEM、TEM、XRD和XPS对所合成材料的形貌、结构进行分析；采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel斜率，研究合成材料的HER性能。结果表明PtFeNi@C催化剂在0.5 mol/L硫酸电解质中的电催化性能较好，电流密度为-10 mA·cm^-2时，过电位仅为-42 mV。     

三维Ni3S2@NiCo-LDH纳米复合材料合成及其电氧化尿素制氢性能研究

为设计高效、廉价和耐用的催化裂解水制氢电催化剂,合成了Ni₃S₂纳米线@NiCo-LDH纳米复合材料(Ni₃S₂@NiCo-LDH)。结果表明,该复合材料具有大量的活性位点,表现出很好的电催化制氢性能。在含有尿素的KOH电解液中,Ni₃S₂@NiCo-LDH电极材料仅需1.373 V就能达到10 mA/cm²的电流密度。在双电极体系Ni₃S₂@NiCo-LDH//Pt中,电流密度为10 mA/cm²时电压仅为1.463 V。因此,Ni₃S₂@NiCo-LDH纳米复合材料是一种优良的新型催化水解产氢电催化剂。     

铟掺杂二硫化锡催化剂制备及其电催化性能研究

电催化二氧化碳减排(CO₂RR)通过将可再生能源转化为增值燃料和化学品,是实现可持续能源经济和全球气候变化目标最有潜力的途径之一。采用简单易行的水热法合成了不同掺杂比例的In-SnS₂催化剂,对催化剂结构进行表征以及测试电催化CO₂还原性能,对比了不同掺杂量In-SnS₂催化剂对CO₂RR的影响。结果表明,元素In的掺杂调节了Sn元素的电子结构,促进CO₂活化过程;掺杂量也是影响催化剂电化学活性的重要因素之一,其中原子含量为3%的In-SnS₂催化剂表现出最佳的电化学活性,在-1.2 V vs.RHE下该电极电催化CO₂为甲酸盐的法拉第效率(FE)为95.48%,且在较宽的电压范围内甲酸盐FE均在80%以上。这项工作为电催化还原CO₂领域中硫化物催化剂的开发提供了新思路。     

静电纺丝法制备氧化钛-氧化石墨复合载体的加氢脱硫性能

以静电纺丝法制备TiO₂纳米纤维(TiO₂(NF))和TiO₂-氧化石墨(GO)复合纳米纤维(TiO₂(NF)-GO)加氢脱硫催化剂的载体,采用等体积浸渍法制备NiMo/TiO₂(NF)和NiMo/TiO₂(NF)-GO催化剂,运用N₂吸附-脱附、X射线衍射、XPS、TEM、Raman光谱和NH₃程序升温脱附等表征手段对载体和催化剂进行表征分析,并考察掺杂不同含量GO对催化剂加氢脱硫性能的影响。实验结果表明,当GO/TiO₂(NF) 质量分数为0.5%时,复合载体的中强酸增加得最多,在温度280℃、氢气分压2.0 MPa、体积空速4 h^-1,氢油体积比400相当温和条件下,对应的催化剂表现出优异的加氢脱硫性能。     

煤基石墨烯/TiO_2复合材料的制备及光催化性能

以资源丰富的褐煤为原料,经高温石墨化处理后,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再以四氯化钛(TiCl_4)为钛源,通过水热合成法制备煤基石墨烯/TiO_2(CRGO/TiO_2)复合材料。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、低温氮气物理吸附仪、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对复合材料的微观结构进行系统表征,并重点研究不同GO添加量下所制CRGO/TiO_2复合材料对液相中罗丹明B的光催化降解性能。结果表明:以褐煤为碳质前体,TiCl_4为钛源,采用水热合成法可合成具有介孔特征的煤基石墨烯/TiO_2复合材料,其比表面积可达88.53~169.64m~2/g,孔径主要分布在2~12nm,且随着GO添加量的增加,复合材料的孔径分布逐渐变窄。复合材料中的TiO_2纳米颗粒主要以锐钛矿晶型均匀分散于层状石墨烯表面。GO添加量是影响复合材料光催化降解性能的重要因素。当GO添加量为8%时,CRGO/TiO_2复合材料在可见光下对罗丹明B的降解率可达98.9%。     

M-MOF-74（M=Ni,Co, Zn）的制备及其电化学催化合成氨性能

将自然界丰富的氮转化为氨对人类社会发展至关重要。以氮和水为原料的电化学合成氨是极具应用前景的绿色合成过程。采用水热法合成了Ni-, Co-和Zn-MOF-74催化剂，采用XRD、SEM以及XPS等表征了催化剂结构，并在0.1 mol·L^-1 Na₂SO₄电解液中研究了它们的电催化合成氨性能。结果表明，在常温常压下，Ni-MOF-74的电催化合成氨性能优于Co-和Zn-MOF-74催化剂，在-0.7 V (vs Ag/AgCl)下其氨合成速率和法拉第效率分别高达6.68×10^-11 mol·s^-1·cm^-2和23.69%，这归因于Ni-MOF-74不仅颗粒尺寸小且分布均匀，而且具有最多的金属-氧键和最大的电化学比表面。特别是Ni-MOF-74还能有效抑制析氢副反应，从而提高了法拉第效率。     

Ag3PO4/GO/Bi2MoO6复合材料的制备及用于尾矿废水中黄药的高效降解

用两步水热法合成了Ag₃PO₄/GO/Bi₂MoO₆三元复合材料。通过控制GO与Ag₃PO₄前驱体的添加量,制备出一系列不同负载比的Ag₃PO₄/GO/Bi₂MoO₆复合材料,以乙基黄药为目标降解物评价其光催化性能。同时采用FT-IR、SEM和UV-vis等手段表征复合材料的微观形貌及光学性能。结果表明：与Bi₂MoO₆和GO/Bi₂MoO₆相比,Ag₃PO₄/GO/Bi₂MoO₆复合材料的光催化活性显著提高,当GO添加量为5 mg、Ag₃PO₄前驱体添加量为8 mmol时,其光催化速率约为GO/Bi₂MoO₆...     

PEG/GO/TiO2纳米复合材料改性PVDF膜的制备及其抗污性能

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)膜的抗污性能,以聚乙二醇2000接枝的GO/TiO₂(PEG/GO/TiO₂)纳米复合材料为添加剂,通过非溶剂诱导沉淀相分离法制备了一系列PEG/GO/TiO₂/PVDF复合超滤膜。采用FTIR、SEM和接触角测试仪对其结构和形貌进行了表征,采用超滤法评价其纯水通量和抗污性能。结果表明,当PEG/GO/TiO₂纳米复合材料质量分数为0.60%时,制备的PEG/GO/TiO₂/PVDF复合超滤膜(记为0.60%PEG/GO/TiO₂/PVDF)表现出最佳的亲水性和抗污性能,其接触角比PVDF膜下降8.2°,总孔隙率增加13.40%,PEG/GO/TiO₂纳米复合材料在PVDF膜中分散较均匀。在0.08 MPa的工作压力下,0.60%PEG/GO/TiO₂/PVDF的纯水通量高达282.44 L/(m²·h),对腐植酸溶液的过滤通量为131.96 L/(m^2...     

Magnetic graphene oxide-anchored Ni/Cu nanoparticles with a Cu-rich surface for transfer hydrogenation of nitroaromatics

The bimetallic nanoparticles compositing of Ni-rich core and Cu-rich shell (Ni/Cu NPs) were successfully synthesized by a liquid-phase thermal decomposition method. The content of copper and nickel in Ni/Cu NPs was controllable by adjusting the ratio of two metal precursors, copper formate (Cuf) and nickel acetate tetrahydrate (Ni(OAc)₂·4H₂O). Ni/Cu NPs were further anchored on graphene oxide (GO) to prepare a magnetic composite catalyst, called Ni/Cu-GO. The dispersibility of Ni/Cu NPs in solution was enhanced by GO anchoring to prevent the sintering and aggregation during the reaction process, thereby ensuring the catalytic and cycling performance of the catalyst. The catalytic transfer hydrogenation (CTH) reaction of nitroaromatics was investigated when ammonia borane was used as the hydrogen source. Cu dominated the main catalytic role in the reaction, while Ni played a synergistic role of catalysis and providing magnetic properties for separation. The Ni₇/Cu₃-GO catalyst exhibited the best catalytic performance with the conversion and yield of 99% and 96%, respectively, when 2-methyl-5-nitrophenol was used as the substrate. The Ni₇/Cu₃-GO catalyst also exhibited excellent cyclic catalytic performance with the 5-amino-2-methylphenol yield of above 90% after six cycles. In addition, the Ni₇/Cu₃-GO catalyst could be quickly recycled by magnetic separation. Moreover, the Ni₇/Cu₃-GO catalyst showed good catalytic performance for halogen-containing nitroaromatics without dehalogenation.     

Metal-organic framework-derived Ni doped Co3S4 hierarchical nanosheets as a monolithic electrocatalyst for highly efficient hydrogen evolution reaction in alkaline solution

Hierarchical nanostructure construction and electronic structure engineering are commonly employed to increase the electrocatalytic activity of HER electrocatalysts. Herein, Ni doped Co₃S₄ hierarchical nanosheets on Ti mesh (Ni doped Co₃S₄ HNS/TM) were successfully prepared by using metal organic framework (MOF) as precursor which was synthesized under ambient condition. Characterization results confirmed this structure and Ni incorporation into Co₃S₄ lattice as well as the modified electronic structure of Co₃S₄ by Ni doping. Alkaline HER performance showed that Ni doped Co₃S₄ HNS/TM presented outstanding HER activity with 173 mV overpotential at -10 mA·cm^-2, surpassing most of metal sulfide-based electrocatalysts. The hierarchical structure, superior electrical conductivity and electronic structure modulation contributed to the accelerated water dissociation and enhanced intrinsic activity. This work provides a new avenue for synthesizing hierarchical nanostructure and simultaneously tuning the electronic structure to promote HER performance, which has potential application in designing highly efficient and cost-effective HER nanostructured electrocatalyst.     

氧化石墨烯表面同步合成与固载酞菁及其光催化性能

首先在氧化石墨烯（GO）上键合邻苯二腈前体，然后通过“同步合成与固载”的方法在含邻苯二腈的GO表面键合醛基钴酞菁（CoAlPc），制得GO负载化的钴酞菁复合催化剂CoAlPc/GO。通过红外光谱仪（FTIR）、透射电镜（TEM）、紫外-可见光分光光度计（UV-vis）等对其结构、形貌进行表征。以有机污染物亚甲基蓝（MB）为目标降解物，研究所制CoAlPc/GO复合催化剂在可见光下的光催化性能。重点考察了pH和CoAlPc/GO投加量对亚甲基蓝降解率的影响及其循环稳定性。结果表明，通过共价键合的方法能够成功在GO表面固载醛基钴酞菁（CoAlPc），得到负载化酞菁光催化剂CoAlPc/GO。所制备的CoAlPc/GO电荷转移阻抗较CoAlPc大大减小，从而表现出良好的光催化活性。可见光照射60min，在一定量H₂O₂存在下，较低的CoAlPc/GO用量（0.003g）便能有效催化MB降解，其降解率高达99.9%。MB在 \text{·} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{\text{-}} 、·OH和空穴的共同作用下氧化降解。此外，CoAlPc/GO还表现出了很好的重复使用性，循环使用7次仍具有较好的光催化活性。     

Graphene-reinforced metal-organic frameworks derived cobalt sulfide/carbon nanocomposites as efficient multifunctional electrocatalysts

Developing cost-effective electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR), oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) is vital in energy conversion and storage applications. Herein, we report a simple method for the synthesis of graphene-reinforced CoS/C nanocomposites and the evaluation of their electrocatalytic performance for typical electrocatalytic reactions. Nanocomposites of CoS embedded in N, S co-doped porous carbon and graphene (CoS@C/Graphene) were generated via simultaneous sulfurization and carbonization of one-pot synthesized graphite oxide-ZIF-67 precursors. The obtained CoS@C/Graphene nanocomposites were characterized by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis-mass spectroscopy, scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and gas sorption. It is found that CoS nanoparticles homogenously dispersed in the in situ formed N, S co-doped porous carbon/graphene matrix. The CoS@C/10Graphene composite not only shows excellent electrocatalytic activity toward ORR with high onset potential of 0.89 V, four-electron pathway and superior durability of maintaining 98% of current after continuously running for around 5 h, but also exhibits good performance for OER and HER, due to the improved electrical conductivity, increased catalytic active sites and connectivity between the electrocatalytic active CoS and the carbon matrix. This work offers a new approach for the development of novel multifunctional nanocomposites for the next generation of energy conversion and storage applications.     

铜基石墨烯复合催化剂的合成与表征

采用原位水热法制备了Cu/rGO催化剂并引入对苯二甲酸(TPA)对Cu基石墨烯复合材料进行改性研究，探究了不同溶剂、水热时间、沉淀pH对引入TPA的Cu/rGO催化剂材料微观结构特性的影响。通过XRD、FT-IR、XPS和SEM表征技术分析了催化剂的形貌结构及物化性质。考察了催化剂用于二乙醇胺脱氢的催化性能。在V_(乙醇)∶V_(水)=1∶1为溶剂，沉淀pH为13.0，160℃水热10 h，制备的催化剂性能最好，亚氨基二乙酸收率为86.55%，与没有添加TPA的Cu/rGO催化剂相比收率提高20%。TPA的加入，增强了GO片层间的相互作用，增加了GO片层间的有机官能团，稳定Cu₂O并使其结晶度较好，增加催化剂活性位点，以提高反应速率。且粒径约为10 nm左右的Cu纳米粒子均匀分布在褶皱状片层结构的rGO表面，提高催化剂抗烧结性能。     

二氧化钛调控基膜结构对氧化石墨烯复合膜性能的影响

以聚醚砜(PES)超滤膜为基膜，通过聚多巴胺(PDA)表面改性后压力沉积不同量的二氧化钛(TiO₂)纳米粒子作为基底，再沉积氧化石墨烯(GO)片层制得TiO₂/GO复合分离膜，重点考察基膜表面形貌对GO膜分离性能的影响。通过扫描电子显微镜、接触角测试仪、固体表面Zeta电位分析仪、X射线衍射分析仪等对有无TiO₂沉积层的GO复合膜进行表征，并考察TiO₂沉积量对GO复合膜分离性能的影响。结果表明，TiO₂纳米粒子以团簇状态均匀分布在改性的超滤膜表面，随TiO₂沉积量的增加，团簇密度增大，GO沉积后表层的峰谷结构更为明显，但表层的层间距并无明显改变。TiO₂/GO复合膜的水通量随TiO₂沉积量的增加而明显增大，TiO₂的沉积对GO沉积量低的复合膜通量的影响更明显，当 GO沉积量为4.11 μg/cm²，TiO₂沉积量为20.55 μg/cm²时，复合膜的水通量较无TiO₂的复合膜提高了108.38%。复合膜对无机盐溶液的截留性能主要基于膜表面所带负电的道南排斥作用，TiO₂/GO复合膜对刚果红的截留率在99%以上，对甲基橙的截留率可达82%，TiO₂层的加入并未降低复合膜的截留效果。     

一步水热法制备电解水析氧反应Ni3S2@Mo2S3高效催化剂

采用一步水热法,由泡沫钼镍合金同时提供钼源和镍源在泡沫钼镍合金表面原位制备了Ni₃S₂@Mo₂S₃,并将其直接作为自支撑电极用于催化碱性介质中的电解水析氧反应（OER）。利用多种表征测试技术研究了样品的形貌、组成、OER电催化性能,结果显示：Ni₃S₂@Mo₂S₃呈纳米板形貌,由六方Ni₃S₂和单斜Mo₂S₃按5∶1的比例复合而成;在1 mol·L^-1 KOH 溶液中,Ni₃S₂@Mo₂S₃催化剂仅需要170 mV过电位就可达到10 mA·cm^-2电流密度（欧姆补偿后）,且在50 h的稳定性测试期间性能基本无衰减,优于贵金属催化剂IrO₂以及文献报道的Ni-Mo基复合催化剂。Ni₃S₂@Mo₂S₃具有优异电催化性能的原因可归于不同过渡金属化合物的协同作用、原位生长自支撑、电化学活性面积大以及液下疏气性等因素。     

氧化石墨烯复合TiO2-B薄膜的制备及其电致变色性能

目前具有一维纳米结构的TiO₂薄膜在电致变色领域应用主要受限于材料光调制幅度小、响应时间长、循环稳定性差等缺点。为了解决上述问题,本文采用沉积法将B型二氧化钛纳米管（TiO₂-B）与氧化石墨烯复合,以TiO₂粉末为原料,采用水热法得到钛酸纳米管后,利用沉积法在氟掺杂的氧化锡玻璃（FTO）基底上制备了高透明度、大光调制范围以及优良循环性能的氧化石墨烯复合B型二氧化钛纳米管电致变色薄膜（GO/TiO₂）。借助XRD、XPS、Raman、FESEM、HR-TEM等分析手段研究了氧化石墨烯用量对GO/TiO₂复合薄膜电致变色性能的影响。研究结果表明,当GO与钛酸纳米管的质量比（GO/钛酸）为7％时,GO/TiO₂复合薄膜离子扩散系数为1.46×10^-8cm²/s,着色效率值为38.1cm²/C,具有良好的电致变色性能。在-1.6V、633nm处,GO/TiO₂电致变色薄膜的光调制幅度可达77％,GO/TiO₂薄膜的着色和漂白时间分别为28.6s和4.8s,100次循环后的光调制幅度保持率为96.1％。     

PEMFC用Pt纳米线阴极催化剂的制备及在电堆中的应用

采用无模板法制备了用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）的碳载铂纳米线（Pt NWs/C）阴极催化剂,使用透射电镜（TEM）和X射线衍射图谱技术（XRD）对催化剂的微观结构和形貌进行了表征。研究结果表明,制备的铂催化剂具有纳米线的结构,平均截面直径为（4.0±0.2）nm,线长为15～25 nm。利用循环伏安（CV）法和线性伏安扫描法（LSV）表征催化剂的电化学活性和氧还原反应（ORR）特性,结果表明制备的Pt NWs/C催化剂电化学特性良好。利用Pt NWs/C和Pt/C作为阴极催化剂制备膜电极（MEA）,并进行测试,最大功率密度分别为705.6 mW·cm^-2和674.4 mW·cm^-2。然后以Pt NWs/C和Pt/C为阴极催化剂组装了18片和20片的电堆,并进行性能测试,电堆的最大功率密度分别为409.2 mW·cm^-2和702.7 mW·cm^-2,单电池电压差异系数（C_v）分别为16.1%和4.36%,这表明Pt NWs/C作为阴极催化剂在放大后的膜电极组件（MEA）里表现出较好的催化活性,但与商业催化剂相比其性能与均一性还有待提高。该研究可为Pt NWs/C催化剂放大制备提供依据,同时可为后续的基于Pt NWs/C的电堆的耐久性测试和车载应用奠定基础。     

HNTs/GO composite as efficient catalyst for ring-opening polymerization of ε-Caprolactone

Polycaprolactone (PCL) has been widely applied based on the biocompatibility and biodegradability. It is important to investigate the safe and efficient catalyst system for ring-opening polymerization of monomer ε-caprolactone (ε-CL). In our work, Halloysite/Graphene Oxide (HNTs/GO) composite is successfully prepared by electrostatic self-assembly and used as an effective catalyst for the ring-opening polymerization of ε-CL. The structures, morphologies and thermal properties of the products are subsequently characterized. The results show that the synthesized PCL are semi-crystalline and observed to be lamellar, which depend on the template effects of HNTs/GO composite. The HNTs/GO composite serves as an effective catalyst and a reinforcing filler simultaneously to improve the thermal stability of the prepared PCL.