TiO_2纳米管/碳纳米管复合材料光催化降解玫瑰红染料废水的研究

主要介绍水热法制备TiO2纳米管/碳纳米管(TiO2/CNT)复合材料及其光催化降解染料废水的研究。结果表明,用水热法制备出的TiO2纳米管和CNT的掺杂比例为5∶1时,TiO2纳米管/碳纳米管(TiO2/CNT)复合材料光催化降解玫瑰红染料废水的效果最佳,而且TiO2纳米管/碳纳米管复合材料具有较好的稳定性。研究证实了TiO2纳米管/碳纳米管复合材料对玫瑰红染料废水在模拟太阳光照射下具有较好的光催化效果。     

对硝基酚在β-环糊精/碳纳米管修饰电极上的电催化行为研究

以酸化处理的多壁碳纳米管与β环糊精为原料,采用静电自组装法制备了β环糊精/多壁碳纳米管复合材料。用循环伏安法研究了pH值、扫描速率、催化时间、原料比例、待测液浓度等因素对β环糊精/多壁碳纳米管修饰电极在对硝基酚溶液中电化学催化效果的影响。实验结果表明,β环糊精/多壁碳纳米管复合材料对对硝基酚电催化效果明显,且该催化过程为吸附控制过程。确定了最佳催化条件为选取邻苯二甲酸氢钾作为缓冲溶液,极化时间40s,碳纳米管与环糊精质量比为1∶3。对硝基酚浓度在1.3×10-6~3.5×10-4 mol/L时,对硝基酚的浓度与差分脉冲峰电流呈线性关系,相关系数为0.9985,检出限为1.223×10-7 mol/L。     

电催化氧化处理难降解废水用电极材料的研究进展

随着石油化工、医药等工业的迅速发展,工业废水中难降解物质与日俱增,采用传统的水处理方法已难以达到环保要求。电催化氧化技术主要利用电极表面产生的活性物质羟基自由基进行氧化降解,具有氧化能力强、无需添加化学药剂、无二次污染的优势,而且电催化氧化工艺操作简单、处理条件温和,在处理难降解废水方面具有诸多优势。电催化氧化技术的核心部件是阳极,因此阳极材料的开发一直是研究人员关注的重点。一般要求阳极材料具有析氧电位高、电催化活性高、耐腐蚀、稳定性好、价格低廉等特点。目前常用的阳极材料有钛基金属氧化物阳极(SnO_2电极和PbO_2电极)和合成掺硼金刚石薄层电极,但是这些材料存在使用寿命短、制作成本高等问题。通过改性制备复合金属氧化物阳极可以改善上述问题,常用的改性方法包括掺杂离子、引入中间层、掺杂纳米颗粒、调控电极材料的微观形貌等。改性可以提高电极电催化性能、导电性及稳定性,增大电极的反应面积,延长电极寿命。因此复合金属氧化物阳极的制备是阳极材料研究的重点。在二维电极的基础上引入粒子电极可以构成三维电极系统。在三维电极系统中,粒子电极在电场作用下,会极化形成一个个微型电解槽,极大地增加了反应面积。因而三维电极相比于二维电极具有面体比大、电催化效率更高、能耗更低的优势,因此高催化活性、高稳定性的粒子电极的研制成为了电催化氧化技术领域新的研究方向。目前,常用的粒子电极材料主要有碳材料(活性炭、炭气凝胶等)、金属氧化物(Al_2O_3、Fe_3O_4等)、陶瓷和矿物类等。本文从电催化氧化的机理以及三维电极的工作原理出发,综述了在电催化氧化处理废水中广泛应用的电极材料,包括钛基金属氧化物阳极、合成掺硼金刚石薄层电极,重点介绍了在三维电极系统中使用的粒子电极。并对今后废水处理中电催化氧化电极材料的研究趋势进行了展望,指出提高电催化氧化效率不仅需改进电极材料,还需改善反应器构型及与其他工艺的耦合等,以实现电催化氧化技术的推广应用。     

碳纳米管担载纳米银及其电催化甲醇氧化的研究

以水溶性离聚物聚（苯乙烯磺酸钠-co-丙烯酸）（PSA）接枝多壁碳纳米管为模板,制备了碳纳米管担载纳米银（AgNP@MWNT）,研究了在碱性条件下对甲醇氧化的电催化作用。结果表明接枝在MWNT表面的离聚物PSA有效地控制了AgNP在MWNT表面以2～4nm的尺寸均匀担载,促进了AgNP与MWNT之间的界面相互作用。制备的Ag@MWNT在水中能够稳定地均匀分散,在碱性条件下可有效地电催化甲醇氧化,抗甲醇中毒性能良好。     

基于碳纳米管-Fe_xO_y复合材料电极的电化学性能

本文主要研究以碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)-FexOy复合材料作为电极分别在水溶液和凝胶电解质中的电化学性能。采用化学气相沉积法制备CNTs薄膜,并利用超声雾化热解法于不同的沉积时间下制备FexOy与其复合制作成电极。对复合电极进行形貌表征及电化学性能检测,包括循环伏安、恒流充放电及交流阻抗测试。结果分析表明,电极的比电容随着沉积时间的增加而增加,且均高于纯CNTs电极,同时界面电荷传递电阻随之减小;然而随着沉积时间的继续增大,样品比电容和能量密度明显下降。沉积10min样品在凝胶电解质的循环伏安测试中比电容达到最大值102.8 F·g-1。     

碳纳米管/铁氰化镍/聚苯胺杂化膜对抗坏血酸的电催化氧化

采用循环伏安一步共聚法在碳纳米管修饰的铂基体上制备了立方体的铁氰化镍/聚苯胺/碳纳米管杂化膜;采用循环伏安法和计时电流法测试了杂化膜对抗坏血酸的电催化氧化性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了杂化膜电极的表观形貌。结果表明,该电极对抗坏血酸具有较高的电催化氧化活性;在0.1 mol/L PBS和0.1 mol/L KNO3的溶液中,该杂化膜电极对抗坏血酸的催化氧化电流与其浓度在1×10-5～1.4×10-4mol/L呈良好的线性关系,相关性系数R=0.996 6,检出限为6.09×10-6mol/L,同时具有较高的灵敏度754.8 mA.M-1.cm-2,并采用计时电流法对抗坏血酸催化氧化的扩散系数和催化速率常数进行了研究。     

DNA功能化碳纳米管电极的制备及与青蒿素相互作用的研究

单壁碳纳米管(SWCNTs)通过羧基和氨基形成酰胺共价键联上了DNA,从而制得DNA生物功能化的碳纳米管修饰电极.傅立叶红外光谱表明DNA共价结合在SWCNTs上,同时用SEM表征了研究电极的形貌.循环伏安法(CV)研究表明,DNA修饰电极反应过程属于扩散控制过程.与青蒿素的相互作用研究结果表明,SWCNTs上的DNA分子具有生物活性,且能与其它生物分子发生相互作用.     

碳纳米管/聚苯胺复合电极的制备及其性能表征

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在CNTs表面,得到了具有碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)两种活性物质的二元复合电极。采用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的结构进行表征。并将其与含有硫酸的聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质组装成具有对称结构的柔性固态超级电容器(SSC),并利用电化学工作站对其电性能进行测试,结果表明：在1 mA/cm²的电流下,具有517 mF/cm²的比容量;经过2500次的循环后,具有79.8%的容量保持率,库伦效率超过97%。该研究表明静电植绒技术可以作为制备高性能电极材料的一种有效途径。     

聚中性红/铁氰化镍/碳纳米管修饰电极的制备及其电催化过氧化氢的特性

采用循环伏安法在碳纳米管(CNTs)修饰的玻碳电极上合成聚中性红(PNR)/铁氰化镍(NiHCF)颗粒,并分别采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外(FTIR)、循环伏安法(CV)和计时安培电流法(CA)等方法考察了复合膜的微观形貌、结构和电化学催化性能。结果表明,复合膜为三维多孔有序的网络状结构,PNR和NiHCF以纳米颗粒形式存在并沿CNTs均匀分布。PNR/NiHCF/CNTs复合膜对过氧化氢(H2O2)表现出了优异的电催化性能并显示出了良好的协同效应。该复合膜电极对H2O2的催化还原电流与其浓度在6.25×10-6~3×10-3之间呈良好的线性关系,线性相关系数R=0.9989,检出限为1×10-7mol/L,同时具有较高的灵敏度1 455.9 mA·L/(mol·cm2),并且复合膜有良好的稳定性和重现性,可实际应用于H2O2传感器。     

血红蛋白在碳纳米管/离子液体/纳米金修饰电极上的电化学特性及对过氧化氢的电催化分析

用碳纳米管/离子液体/纳米金修饰电极,构建了一种用于固定血红蛋白的新型复合材料,并对其形貌和电化学行为进行了表征。紫外光谱分析表明,血红蛋白在该复合膜内能很好地保持其原有的二级结构。采用循环伏安法和计时电流法对生物传感器的性能进行了研究。讨论了多壁碳纳米管(MWCNTs)用量、氯金酸浓度、电沉积时间对电极响应的影响,结果表明传感器对H2O2表现出良好的电催化性能。     

The Application of Carbon Nanotube/Graphene‐Based Nanomaterials in Wastewater Treatment

The treatment of organic wastewater is of great significance. Carbon nanotube (CNT)/graphene‐based nanomaterials have great potential as absorbent materials for organic wastewater treatment owing to their high specific surface area, mesoporous structure, tunable surface properties, and high chemical stability; these attributes allow them to endure harsh wastewater conditions, such as acidic, basic, and salty conditions at high concentrations or at high temperatures. Although a substantial amount of work has been reported on the performance of CNT/graphene‐based nanomaterials in organic wastewater systems, engineering challenges still exist for their practical application. Herein, the adsorption mechanism of CNT‐ and graphene‐based nanomaterials is summarized, including the adsorption mechanism of CNTs and graphene at the atomic and molecular levels, their hydrophilic and hydrophobic surface properties, and the structure–property relationship required for adsorption to occur. Second, the structural modification and recombination methods of CNT‐ and graphene‐based adsorbents for various organic wastewater systems are introduced. Third, the engineering challenges, including the molding of macroscopically stable adsorbents, adsorption isotherm models and adsorption kinetic behaviors, and reversible adsorption performance compared to that of activated carbon (AC) are discussed. Finally, cost issues are discussed in light of scalable and practical application of these materials.     

集成纳米碳管电极的电化学检测性能

电极的机械稳定性对电极电化学检测性能的长期稳定性非常重要.利用微波等离子体化学气相沉积法在玻璃基板上集成了纳米碳管电极,并利用该电极对溶液中的邻苯二酚进行了电化学检测.结果表明,经氧等离子体处理的纳米碳管电极具有良好的电化学检测性能,且由于该电极直接集成在玻璃基片上,良好的结构稳定性赋予该电极极为优异的重现性和长期稳定性.     

活化剂用量对活性碳纳米管电化学容量的影响

采用KOH为活化剂，通过改变活化剂用量，得到不同活化程度的活性碳纳米管．将这些ACNTs分别作为电极材料应用于电化学超级电容器，经电化学容量性能测试，发现ACNTs的电化学容量随活化剂用量的变化而变化，当mKOH／mcNT要s=3时，达到最大值．同时用TEM和HRTEM对ACNTs进行形貌分析，用氮气自动吸附仪测试了ACNTs的比表面积和等温吸附曲线，发现ACNTs的电化学容量随活化剂用量的变化与其BET比表面积有直接关系，其BET比表面积的大小决定其电化学容量的高低．     

碳纳米管和镓掺杂碳纳米管场发射性能研究

采用催化热解方法分别 制备出碳纳米管和镓掺杂碳纳米管, 并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜. 对此薄膜进行低场致电子发射测试表明, 碳纳米管和镓掺杂纳米管开启电场分别为2.22和1.0V/μm, 当外加电场为2.4V/μm, 碳纳米管发射电流密度为400μA/cm², 镓掺杂纳米管发射电流密度为4000μA/cm². 可见镓掺杂碳纳米管的场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管. 对镓掺杂纳米管场发射机理进行了探讨.     

CVD一步法制备纳米碳管的研究

CVD法是制备纳米碳管的重要方法。本文研究了以乙炔为原料气，无需预先还原催化剂，以一定的程序速率从500℃升至750℃一步法生长纳米碳管，直接制备出了管径在8-12nm之间，石墨化程度好的纳米碳管。同时，对升温速率、原料气配比等因素进行了讨论，确定了CVD一步法制备纳米碳管较佳条件范围。     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

填充叠氮化铜的碳纳米管纳米材料的制备研究?

首先采用电化学沉积法在碳纳米管中沉积铜,再利用叠氮化反应制备填充叠氮化铜的碳纳米管纳米材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线能谱(EDS)对样品的微观形貌和晶体结构进行表征。结果表明,利用电化学沉积方法在定向碳纳米管中空管腔内合成了针状纳米枝晶铜,非连续的枝晶结构有利于后续的气固叠氮化反应,最终制备得到填充叠氮化铜晶体的碳纳米管纳米材料。     

薄壁碳纳米管的制取

采用催化裂解法,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,制取了薄壁碳纳米管.引入多壁碳纳米管的薄壁指数?来表征多壁碳纳米管的薄壁程度.研究了氢气流量、反应温度和催化剂浓度对薄壁碳纳米管制取的影响.确定了制取薄壁碳纳米管的优化参数:反应温度为850℃,催化剂浓度为0.06g/ml,氩气流量为500ml/min,氢气流量为200ml/min,反应溶液进给量为0.012ml/min.制备出薄壁指数达5.6的大中空薄壁碳纳米管.