ZIF-8@ZIF-67/LDH高效核壳纳米复合物的制备及其电催化性能研究

采用共沉淀法制备出ZIF-8@ZIF-67/LDH纳米复合物。使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）、X射线衍射仪（X-ray diffractometer,XRD）、拉曼光谱仪（Raman spectrometer,Raman）和X射线光电子能谱仪（X-ray photoelectron spectrometer,XPS）对复合物的表面形貌、晶体结构和组成进行了表征。采用电化学工作站进行析氧反应（oxygen evolution reaction, OER）、析氢反应（hydrogen evolution reaction, HER）以及水分解性能测试。结果表明,该复合物在1 mol/L的KOH水溶液中,所需的OER过电势为329 mV (η₁₀);HER过电势为175 mV (η₁₀);在双电极体系中,电流密度达到10 mA/cm²,完全水分解所需的电压为1.761 V。经过12 h的HER(-20 mA/cm²)计时电位稳定性测试,末电势较初始电势只下降了6 mV左右。结合相关表征分析,催化剂的高活性得益于大的电化学活性面积的核壳结构,为反应提供丰富的活性位点,通过ZIF-8@ZIF-67和LDH的共同效应,ZIF-8@ZIF-67/LDH表现出良好的OER和HER活性以及优异的稳定性。     

Mo掺杂CoSe2纳米片阵列的制备及电催化性质研究

利用一步水热法在碳布上制备了不同Mo掺杂量的CoSe₂纳米片阵列,并对其电催化性质进行了详细研究.结果表明,当Mo物质的量为0.3 mmol时,样品具有最佳的HER催化活性和OER催化活性.在10 mA/cm²的电流密度下,HER过电势为135 mV;在50 mA/cm²的电流密度下,OER过电势为350 mV.     

碳布负载的ZnO/C/Ni(OH)2纳米阵列的构建及电化学性能

以碳布(CC)为基体、氧化锌纳米棒为模板,2-甲基咪唑为有机配体,采用水热与高温碳化方法,在碳布表面构建氧化锌纳米棒阵列复合材料(ZnO/C);利用电沉积法在ZnO/C复合物表面生长氢氧化镍(Ni(OH)_2)纳米片,获得碳布负载的氧化锌/碳/氢氧化镍(ZnO/C/Ni(OH)_2)核壳结构纳米棒阵列。对获得的复合材料进行形貌和结构表征,并对其电化学性能进行了测试。结果表明:复合物纳米棒阵列均匀生长在碳布表面,纳米棒外层由纳米片状Ni(OH)_2相互交叉堆叠而成;该复合材料作为超级电容器的电极材料时,在1.0 A/g的电流密度下比容量可以达到1 051.9 F/g;当电流密度增大到10 A/g后,比容量仍有644.5 F/g;在5.0 A/g的电流密度下进行5 000次循环充放电后,复合电极的比容量仍保留87.1%,展现出良好的电化学性能。     

金属有机骨架材料ZnCo_2O_4/ZnO中空纳米盒的制备及其电化学性能

石墨是锂离子电池商用的负极材料,但其较低的比容量(372.0 m A·h/g)难以满足不断增长的高容量需求.因此,设计和制备高性能负极材料是提升锂离子电池能量密度及性能的关键因素之一.首先以金属有机框架ZIF-8为模板构建出ZIF-8@ZIF-67核壳复合结构,后经简单煅烧处理制备中空ZnCo_2O_4/ZnO复合纳米材料,并通过XRD, SEM, TEM以及恒流充放电等对其结构、形貌及电化学性能进行研究.结果表明:中空ZnCo_2O_4/ZnO复合纳米材料作为锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学性能,初次放电容量达到1 536.8 m A·h/g;以100 m A/g电流密度充放电100次后,比容量稳定在780 m Ah/g,显示出优良的电化学储能特性.     

嵌入式四氧化三钴负极材料的赝电容性能研究

采用ZIF-67作为自牺牲模板，制备了嵌入式的四氧化三钴/碳布(Co₃O₄/CC)柔性自支撑负极材料。碳布基体中交错的导电网络结构以及Co₃O₄氧缺陷的存在，加速了锂离子的传输、改善了结构稳定性。Co₃O₄/CC负极材料表现出了卓越的电池性能，在5 A/g的大电流密度下循环1 000次后放电比容量仍能达到518 mAh/g。Co₃O₄/CC负极的高容量主要来源于赝电容效应，而原位拉曼光谱中表面/近表面超快速氧化还原反应的发生佐证了赝电容的存在。     

ZIF-67衍生CoP/Co@NPC电催化剂的制备及其电催化性能研究

在苯甲醇体系中通过水热法合成了ZIF-67纳米晶体,将其作为前驱体模板通过不同温度的热处理得到氮掺杂的金属钴基多孔碳材料,即Co@NPC-X(X为热处理温度,℃,X=700、800、900),进一步对Co@NPC-800磷化处理得到CoP/Co@NPC-350复合材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射以及氮气等温吸脱附对样品的微观形貌、晶体结构以及比表面积及孔径分布进行表征和分析。采用线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)和计时电位法研究样品的析氧反应(OER)电催化性能和稳定性。结果表明,相比于Co@NPC-800,磷化后的CoP/Co@NPC-350的析氧反应(OER)电催化性能得到了很大的提升,甚至可与贵金属电催化剂RuO_2相比拟,在达到10 mA/cm~2电流密度时的过电位仅为281 mV,且具有良好的稳定性。     

棉/ZIF-67衍生的复合材料用于处理含双酚A废水

以廉价的废弃棉(Cotton)为载体负载一种金属有机框架(MOFs)材料ZIF-67,通过高温煅烧制备出钴/棉碳(Cotton/ZIF-67-700)复合材料.采用X-射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱等手段对材料进行表征.将Cotton/ZIF-67-700材料应用于催化活化过一硫酸盐(PMS)降解水中的双酚A(BPA),评价其性能及各种影响因素.通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)波谱识别催化反应体系中产生的活性氧(ROS)物种并推测反应机理.结果表明：Cotton/ZIF-67-700对BPA具有优异的吸附性能，理论最大吸附量达到227.1 mg/g; Cotton/ZIF-67-700可在宽的pH范围(3～11)高效活化PMS降解BPA,且能循环使用多次；淬灭实验和EPR波谱分析证实，硫酸根自由基(SO₄^·-)、羟基自由基(·OH)和单线态氧(¹O₂)为主要ROS参与BPA的氧化降解.本研究提供了一种廉价和规模化制备MOFs衍生金属/碳复合材料的通用策略，展示出该复...     

葡萄糖在碳纳米管负载钴修饰电极上的电催化氧化

以碳纳米管为模板采用湿化学法制备碳纳米管负载纳米钴(Co/CNTs)复合材料,用X射线粉末衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对Co/CNTs进行表征,通过循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗法(EIS)对碳管负载纳米钴修饰玻碳电极(Co-CNTs/GCE)在碱液中进行电化学行为和对葡萄糖电催化氧化的研究.结果表明:平均粒径约为21nm的面心立方结构Co纳米粒子均匀分散在碳纳米管上;Co-CNTs/GCE在碱性介质中的电化学行为既受电化学控制又受扩散控制的准可逆过程;Co-CNTs/GCE在碱性介质中对葡萄糖具有较高的催化活性,其电催化氧化过程主要是受电极表面的多孔催化层内薄液界面上扩散控制.     

贵金属和Cu掺杂的ZIF-67金属有机框架制备及其对过氧化氢的电化学检测

先制备以Cu部分取代Co的ZIF-67金属有机框架, 并在ZIF-67孔道内引入Pt纳米粒子, 再用扫描电子显微镜（SEM）、 透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对样品进行物相分析及电化学的传感测试. 结果表明： 贵金属和Cu掺杂共敏化的ZIF-67金属有机框架结晶性较好, 尺寸均匀； 制备的无酶电化学传感器对H₂O₂具有较好的检测效果, 如较高的灵敏度、 较宽的检测范围、 优异的选择性和较好的可重复性等.     

Ag修饰的多孔Co(OH)2纳米阵列薄膜的制备及其性能

采用水热沉积法和化学还原法制备银修饰的多孔氢氧化钴纳米阵列薄膜,使用X光衍射仪和扫描电镜对样品进行表征.性能测试结果表明,Co(OH)_2/Ag复合材料具有优异的循环稳定性,1 200次循环后其比电容仍然保持869.2F·g~(-1),比氢氧化钴纳米阵列薄膜高出155F·g~(-1).     

ZIF-67和ZIF-8对酸性红151的吸附脱色性能研究

研究了具有SOD拓扑结构的ZIF-67和ZIF-8两种类沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)对酸性红151(AR151)染料废水的吸附脱色作用,对影响实验因素的初始浓度和接触时间进行了探讨。结果表明:ZIF-67和ZIF-8吸附剂对AR151的吸附较好地符合Langmuir吸附等温线,并且两者对AR151的最大吸附容量分别为72.44mg/g和57.80mg/g。吸附过程的机理可能是由于不饱和骨架金属Co(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)与染料分子中-SO3-之间的静电引力所造成。     

一种菜花状Co3.2Fe0.8N/Ir双功能电催化剂用于酸性介质水分解

在酸性介质中,寻找具有优良析氧(OER)和析氢反应(HER)双功能活性且稳定的电催化剂面临着巨大的挑战.本文中通过NaBH4共还原结合氮化法制备一系列Co3.2 Fe0.8 N/Ir材料,其结构为Co3.2 Fe0.8 N纳米薄片负载Ir微粒而成的菜花状多孔复合体.其中,Co3.2Fe0.8N/Ir-42(Ir％=41...     

用于高性能超级电容器的电纺碳纤维材料（英文）

金属有机骨架(MOFs)被认为是制备纳米多孔碳材料并用于超级电容器电极的理想前体,因为它们能够从分子尺度调节材料的结构.但是,一方面MOFs衍生的碳通常表现出较低的石墨化水平,另一方面纳米多孔碳颗粒之间具有较大的界面电阻,这些影响因素会导致电极的导电性差,进而极大地限制它们的电化学性能.本研究成功将ZIF-67嵌入聚丙烯腈(PAN)的纳米线纤维中,并在碳化处理后可以独立地用于超级电容器电极.PAN纳米纤维在热解过程中能够产生高石墨化水平的碳纤维,一方面用于连接ZIF衍生的碳纳米颗粒,另一方面有利于电荷转移;ZIF-67可以提供氮掺杂的多孔碳结构用于电荷存储.这种电极在1A·g~(-1)的电流密度下可以达到124F·g~(-1)的质量比容量,并在10A·g~(-1)的10 000次循环中电容保持率大于92%.     

镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能

采用溶剂热法将镍、铁和钴的硝酸盐溶液在180 ℃条件下反应24 h，经过后续磷化反应，在泡沫镍基底上生长镍铁钴磷化物纳米片阵列(NiFeCoP@NF).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等测试手段对材料进行了表征，并用电化学工作站研究了镍铁钴磷化物纳米片阵列的析氧性能.结果表明:当电流密度达到10 mA/cm2时，需要的过电势仅为160 mV，并且在恒定电流密度下，过电势可保持24 h.研究结果对于研究纳米结构的过渡金属磷化物电催化剂具有借鉴意义.     

电沉积铁钴镍基催化剂及其氧析出性能的研究

能源需求的不断增加以及有害气体的排放带来了一系列能源和环境问题,寻求一种高效可持续的清洁能源来代替传统的石油迫在眉睫。作为最有前途的清洁能源,氢气可以通过电解水的技术制得,但是电解水的反应效率受到了氧气析出反应(OER)缓慢动力学的限制,因此发展具有高性能OER的电催化剂对电解水制取氢气的广泛应用具有积极的推动作用。Fe、Co、Ni等过渡金属氧化物或氢氧化物具有多种氧化态,可以促进反应中间体的结合,是优异的OER催化剂。采用电沉积的方法在碳布(CC)衬底上制备了Fe、Co、Ni的氢氧化物纳米片,对金属之间的比例进行了优化,最终得到的Fe₂Co₁Ni₂/CC催化剂具有良好的OER性能,当电流密度为10 mA·cm^-2时所需要的过电势较小,仅为285 mV。所得Fe₂Co₁Ni₂/CC还具有良好的稳定性,有望用于商业化电解水制氢气。     

中空银纳米球的制备及其性能研究

新型的金属纳米粒子因为独特的由表面等离子体共振诱导(SPR)的光学性质和很多的潜在应用而受到社会广泛的关注。在具有SPR效应的贵金属纳米粒子中,中空纳米结构有一个很高的散射系数,其共振频率通过改变中空核的尺寸和壳的厚度可以很容易地被控制。本论文中拟采用电化学方法结合电偶置换法在高定向热解石墨(HOPG)及金膜表面制备不同尺寸具有中空结构的银纳米阵列,研究了中空银纳米阵列的局域表面等离子效应(L-SPR),为其在SPR定性和定量研究中的应用提供理论指导。     

金纳米颗粒修饰酶生物电极检测亚硝酸盐

制备了一种新型的金纳米颗粒修饰的酶生物电极,用于电化学定量分析检测亚硝酸盐。将碳纸(CP)作为基底,以金纳米颗粒(Au NPs)作为基底修饰材料,通过聚多巴胺(PDA)的媒介作用将细胞色素C还原酶(CcR)固定在Au NPs修饰的CP电极表面来制备酶生物电极。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、电化学阻抗谱(EIS)对电极的表面形貌、元素组成和电化学性能进行了表征分析。通过CcR对亚硝酸盐的特异性识别及催化作用实现了亚硝酸盐的电化学检测。实验结果表明:CcR/PDA/Au NPs/CP酶生物电极被成功制备,Au NPs的修饰和PDA的媒介作用可以保持CcR的高反应活性并提高电极的稳定性。制备的酶生物电极具有良好的催化活性,电极的还原峰电流密度与较宽浓度范围内的亚硝酸盐(10 mM～100 mM)有着良好的线性关系,线性相关系数为0.998,检测限为2.006 mM(S/N=3),成功实现对亚硝酸盐的检测。     

锂离子电池负极硅碳纳米复合纤维的储锂性能

为了实现硅纳米颗粒与一维碳纳米纤维的高效复合,提高硅材料作为锂离子电池负极的电化学性能,通过同轴静电纺丝法构造了硅碳复合结构(Si/C-C)的一维纳米纤维作为锂离子电池的负极材料.通过SEM、TEM、XRD和电化学性能测试对其结构、形貌、成分和电化学性能等进行分析.结果表明:Si/C-C纳米复合纤维的平均直径为500~700 nm,硅含量为22%~33%;在100 m A/g的电流密度下,经100圈循环后其可逆容量维持在1 000 m Ah/g,表现出较佳的循环稳定性和较高的可逆比容量.研究表明,一维复合纳米纤维电化学性能的提升主要归因于硅碳复合结构中一维纳米纤维为硅提供了保护层,一方面有效抑制了硅的体积膨胀,另一方面提升了硅的电子导电性并有效缩短了离子迁移路径.     

MnO@CoMn_2O_4/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量,但因其电导率低,以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减.碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法,二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能.以MnO_2纳米线为模板制备出MnO_2@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构,再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn_2O_4纳米线复合材料(MnO@CoMn_2O_4@N-C).ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应,产生了氮掺杂碳,提升了导电性.当作为锂离子电池阳极材料时,MnO@CoMn_2O_4/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA·h/g,并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在925.8 mA.h/g,在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA·h/g,同时具有优异的倍率循环性能.这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构,以及氮掺杂碳的包覆.     

基于碳纳米笼和金纳米粒子复合物的阿魏酸电化学传感器

采用恒电位沉积法将金纳米粒子(AuNPs)固定到碳纳米笼修饰的玻碳电极(CNCs/GCE)表面,构建了阿魏酸电化学传感器(AuNPs/CNCs/GCE).扫描电镜表征表明制备的AuNPs粒子粒径一致,且均匀地分散于CNCs表面.实验结果表明,AuNPs/CNCs/GCE对阿魏酸的电化学还原具有良好的催化性.最优实验条件下,AuNPs/CNCs/GCE对阿魏酸检测的线性范围是6×10~(-8)～4. 5×10~(-5)mol/L,检出限为4×10~(-9)mol/L(S/N=3).结果表明,Au NPs/CNCs/GCE电化学传感器具有良好的稳定性、重现性和选择性,对实际样品中阿魏酸的测定结果令人满意.