多缺陷碳纳米管的制备及其光催化性能研究

低温合成的碳纳米管在纯化后进行高温煅烧(真空),X射线光电子能谱(XPS)和比表面积(BET)分析显示,O/C原子比下降,比表面积增大.拉曼光谱和透射电子显微镜(TEM)进一步证实,该热处理的碳管呈现较多的缺陷.光催化测试显示此种多缺陷碳管具有明显的光催化性能.这主要是因为,大部分化学吸附的氧原子将被解吸,很容易使局部晶格重新排布,形成大量的拓扑学缺陷和空位缺陷.由此在碳管的能隙间形成缺陷态能级,以致可以被可见光激发,即表现出光催化特性.     

甲醛在Ir(111)面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对甲醛在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化和振动频率分析。结果表明,甲醛在Ir(111)表面的最稳定的吸附构型是O原子和C原子分别与各自最邻近的Ir原子成键,整个甲醛分子像座桥搭在这两个Ir原子的上方,C-O键与Ir原子表面法线呈86.0°的倾角。该稳定的吸附构型为η~1-C-η~1-O构型,吸附能大小为0.78e V。通过对比吸附前后甲醛的振动频率,发现吸附后-CH2的对称与反对称伸缩振动频率均发生了蓝移,而C-O键的振动频率发生红移,说明了吸附过程中CH_2O的C-O键被活化。     

基于XPS对不同密度级炼焦煤表面碳氧结构的分析

密度是煤的本征特性,碳是煤最主要的组成元素,氧是煤中最丰富的杂原子,采用XPS测试技术,基于不同密度解析煤中碳、氧两种元素赋存形态,对准确表征炼焦煤表面结构具有重要意义。以山西孝义煤为研究对象,XPS结果表明:C-C和C-O是煤中主要存在的碳氧结构,且煤样中存在较多的烷基侧链。随着密度的增大,煤中不同碳、氧官能团含量略有变化,C-C、C=O和O=C-O的相对含量减少,C-O的相对含量增加。     

TiO2(110)表面负载Ni及共吸附CO的密度泛函研究

采用DFT/B3LYP方法对Ni在TiO2(110)表面的5种可能负载模式及CO的6种吸附模型进行优化,计算了它们的吸附能、振动频率.结果表明,Ni倾向以垂直于O(2f)的形式负载在TiO2(110)表面,CO以C端与2个Ni原子桥连的方式吸附在Ni/TiO2(110)面时有利于C-O键的断裂.通过态密度分析发现,Ni/TiO2(110)体系是由Ni3dyz和3dxz组成的表面态,正是该表面态提高了完整TiO2(110)面对CO催化分解活性.计算结果与实验一致.     

O和CO吸附对NixCu1-x(100)表面偏析的影响

应用计算机编程构造出了存在和不存在表面偏析的无序二元合金NixCu1-x(x=0.4)(100)表面的原子集团模型,然后按覆盖度θ=0.5,构造出了O和CO吸附后的原子集团模型,应用Recursion方法计算了O和CO在NixCu1-x无序二元合金(100)表面吸附的总结构能及Ni、Cu原子在表面的环境敏感镶嵌能.由此得出:1)O吸附在NixCu1-x(x=0.4)(100)表面比CO吸附在该表面更稳定;2)O和CO的吸附抑制了Cu在表面富集,且这种作用主要表现在表面一层.     

新型高炉喷煤模拟燃烧实验装置设计

设计了一种适合模拟高炉喷煤燃烧的实验装置,满足热风既高温又高速的煤粉喷吹条件,可以模拟氧气高炉条件下的煤粉喷吹.喷吹瞬间流场的数值模拟结果表明,当喷吹气体速度达到最大值时,直吹管气体平均速度为162.35 m.s-1.利用该装置研究了氧气高炉条件下煤粉的燃烧规律.结果表明:煤粉的燃烧率随O/C原子比的增加而增加;在低O/C原子比条件下,煤粉的燃烧率较低,但其增幅比较明显;无烟煤的燃烧率低于烟煤.     

Sn对O原子在ZnO(0001)-Zn极性面上吸附影响的第一性原理研究

采用第一性原理系统地研究了Sn原子存在时对ZnO (0001)极性面再吸附原子的影响.计算了Sn、O(Zn)原子吸附在(0001)表面的总能以及在(0001)极性表面存在有Sn、O原子时候再次吸附O、Sn原子的总能.通过比较这几种吸附体系的总能,我们得到:(0001)表面在有Sn原子存在的情况下吸附的O原子比O原子直接在(0001)面上的吸附更加稳定;在Sn 原子存在情况下(0001)表面再次吸附原子后的稳定构型是(0001)-O-Sn而不是(0001)-Sn-O,这使得Sn原子恒存在于顶部,起到催化效果.     

CO吸附在Pd/Pt(111)双金属表面的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了CO在Pd/Pt(111)双金属表面的吸附性质.分别考虑了Pd原子全部取代表层Pt原子以及部分取代表层和次表层Pt原子的情况,分析了CO吸附在双金属不同表面的吸附能、C-O和C-Pt键长及振动频率.结果表明无论是在表层或者次表层加入Pd原子,相比CO吸附在干净Pt(111)表面情况,CO在双金属表面的吸附能几乎没有变化,而键长、频率也未见明显改变.这些吸附特性说明Pt催化剂的抗CO中毒性质主要依赖于最外层的Pt原子,临近的Pd原子可能会对其产生影响,但是未见明显变化.     

苯丙氨酸基尾式锌(Ⅱ)卟啉的合成与表征(英)

合成了与苯环邻位和对位相连接的L-苯丙氨酸基尾式锌(Ⅱ)四苯基卟啉o-(L—Phe)O—C2—TPPZn和p-(L-Phe)O-C2-TPPZn,对化合物的结构进行了表征.光谱学证据表明o-(L-Phe)O-C2-TPPZn可以形成稳定的分子内配合物,而p-(L-Phe)O-C2-TPPZn则不能.     

Fenton试剂改性单壁碳管的FTIR和Raman光谱研究

单壁碳纳米管SWNTS(single-walled carbon nanotubes)经焙烧和浓盐酸纯化处理后,使用Fenton试剂对碳管进行化学改性处理,研究羟基自由基(·OH)对碳管表面和结构的影响,并运用红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)进行了表征.FTIR结果表明,改性后碳管结构中主要引入羟基和羰基等含氧官能团;Raman光谱分析表明,随着处理时间的不断增加,单壁碳管D线和G线的强度之比即ID/IG的比值也不断增加.根据改性前后碳管的FTIR和Raman光谱变化,探讨了·OH与单壁碳管作用的可能机理.机理分析表明,这些含氧官能团可以看作是具有强亲电性和强氧化性的·OH对碳管上缺陷位置和不饱和键进行攻击的结果.     

从芳香性碳-碳双键的反应特性阐述碳纳米管功能化修饰

 纳米材料的功能化修饰构成了现代纳米技术的重要组成部分。作为纳米材料的成员之一,碳纳米管不易分散或溶解于任何溶剂。为了改善碳纳米管的分散/溶解性能,对其进行必要的化学修饰是可行的途径。构成碳纳米管的芳香性碳-碳双键是其功能化修饰主体。利用有机化学碳-碳双键反应的基本理论知识,能指导碳纳米管的修饰,并可预测碳纳米管的形貌及电子性能改变规律。而碳纳米管的功能化修饰成果,也有助于增强难溶有机化合物的碳-碳双键反应特性和规律的理论基础。本文从近年的科研成果出发,从结构-性能角度深入探讨了不同修饰方法对碳纳米管形貌及结构的影响。基于碳-碳双键的加成反应有效保持了原始碳纳米管的形貌,更有利于修饰碳纳米管的广泛应用。     

碳纳米管的表面修饰及性能研究

通过原子转移自由基聚合法(ATRP)在碳纳米管表面接枝聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA),得到 表面修饰的碳纳米管(MWNT-g-PDMAEMA),进一步与二茂铁甲酸反应,成功制备了碳纳米管复合材料(MWNT g-PDMAEMA/C11H10O2Fe).详细研究了碳纳米管复合材料(MWNT-g-PDMAEMA/...     

N/C对碳氮膜修饰的多壁碳纳米管细胞相容性的影响

为改善碳纳米管的细胞相容性,通过离子束辅助沉积方法在由化学气相沉淀法制备的多壁碳纳米管表面沉积纳米厚度的碳氮膜以进行表面修饰.通过观察L929小鼠肺部成纤维细胞、EAHY926人内皮细胞和兔血红细胞在修饰前后的碳纳米管表面的黏附和生长状态可知,沉积CNx膜的多壁碳纳米管的细胞相容性优于沉积前,表现出良好的生命活性和增殖状态,同时,较高的N/C比有利于细胞在沉积CNx膜碳纳米管表面的增殖和生长以及细胞形态的伸展.     

碳分子线（C2-C4）在单壁碳纳米管中结构的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论,对碳分子线团簇（C2～C4）及其在单壁碳纳米管（SWCNT）（4,4）,（5,5）中的几何结构性质进行了计算模拟．发现碳分子线（C2-C4）在不同直径的单壁碳纳米管中的键长是不同的,结果将对碳纳米管内部的力学性质研究提供帮助．     

单壁碳纳米管尺寸和手性对α-丙氨酸分子手性转变限域的影响

用量子化学ONIOM(B3LYP/6-31++g*:UFF)方法,考察扶椅型单壁碳纳米管SWCNT(5,5),(6,6),(7,7)、锯齿型SWCNT(9,0),(10,0),(11,0)和螺旋型SWCNT(8,2),(8,3),(8,4),(9,1),(9,2),(9,3)中的α-Ala分子结构和手性转变机制.结果表明:与单体相比,当α-Ala分子限域在直径小的SWCNT中时,其C—C—C键角、C—C—N—C二面角和H—N—H键角增加较大,其他结构参数值略有增减;只存在H先在羧基内转移,手性碳上的H再以羰基11O为桥梁转移的反应通道;当α-Ala分子限域在SWCNT(5,5),(9,0),(8,2),(9,1)中时,羧基内H转移和H从手性碳转移到羰基的能垒较低;α-Ala分子限域在SWCNT中的H转移反应能垒随管径的减小而降低;不同手性的SWCNT对H转移反应能垒影响较小.     

对向靶磁控溅射纳米氧化钒薄膜的热氧化处理

采用直流对向靶磁控溅射方法制备低价态纳米氧化钒薄膜,研究热氧化处理温度和时间对氧化钒薄膜的组分、结构和电阻温度特性的影响采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对氧化钒薄膜的组分、结晶结构和微观形貌进行分析,利用热敏感系统对薄膜的电阻温度特性进行测量．结果表明,经300～360℃热处理后,氧化钒薄膜的组分逐渐由V2O3和VO向VO2转变,薄膜由非晶态变为单斜金红石结构,具有金属半导体相变性能;增加热处理温度后,颗粒尺寸由20nm增大为100nm,薄膜表面变得致密,阻碍氧与低价态氧化钒的进一步反应,薄膜内VO2组分舍量的改变量不大;增加热处理时间后,薄膜内VO2组分的含量明显增加,相变幅度超过2个数量级.     

碳纳米管改性的蜡基复合粘结剂

通过熔融共混将功能化的碳纳米管引入到蜡基粘结剂中,得到碳纳米管改性的复合粘结剂.扫描电镜(SEM)显微照片显示,功能化的碳纳米管能均匀分散在粘结剂基体中.偏光显微照片和热性能分析结果表明,碳纳米管的加入能有效地提高粘结剂的结晶度和热稳定性,进而改善生坯在脱脂时的保形性.碳纳米管与粘结剂的非共价键结合有助于碳纳米管的均匀分散,更可能有利于复合材料成型后的脱脂.     

碳纳米管的提纯及表征

为了获得高纯碳纳米管,对用电弧催化法合成的碳纳米管粗产物进行了纯化处理.根据阳极电弧催化法制备碳纳米管的3种产物(网状物、膜状物和棒状物)的杂质性质和特点,用微孔膜、甲苯萃取,浓盐酸酸洗、混酸氧化和空气氧化法分别对3种产物采用选择性清除法去除杂质,得到了质量分数在90%以上的单壁碳纳米管.并利用透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)和拉曼(Raman)光谱等手段对提纯的碳纳米管进行观察、分析和表征.结果显示,该提纯方法比其它方法回收率高,纯度高,氧化条件柔和,实验过程易于控制.     

氧化热处理对不锈钢基碳纳米管结构及其电化学检测性能的影响

采用化学气相沉积法,以不锈钢基体中的Fe、Ni等成分为催化剂,直接在其表面生长碳纳米管并进行氧化热处理。采用场发射扫描电镜观察制备的碳纳米管形貌及尺寸,并采用接触角测量方法检测试样亲水性质,结合透射电镜、拉曼光谱和XPS检测分析氧化热处理引起的碳管形貌和特征差异,最后考察尿酸在碳纳米管电极上的电化学响应。结果表明,氧化热处理使碳纳米管平滑的表面变得粗糙,暴露出了更多的边平面结构,并且碳纳米管从疏水变为超亲水状态,使其在电化学反应过程中电极表面能够更好地与溶液中的物质接触,有利于材料电化学性能的提高;以经过氧化热处理的碳纳米管为电极,能够在大量抗坏血酸存在的条件下选择性地测定尿酸。