受限在单壁碳纳米管中的Pd-Au-Pt三元金属纳米粒子相变机理的研究

利用分子动力学模拟(MD)方法对受限于扶手椅型单壁碳纳米管中的(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)三元金属纳米粒子在加热和冷却过程的相变机理进行了研究.总能量、结构和径向密度分布用于分析(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)纳米粒子在加热和冷却过程中的结构特征.结果表明,受限在碳纳米管中的(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)具有多层圆筒状结构,不同于游离的纳米粒子的结构.受限的(Pd_(0.33)Au_(0.33)Pt_(0.33))_(1522)三元金属纳米粒子的密度分布揭示了熔化起始于内层,结晶起始于金属与碳管的界面.本文揭示了受限Pd-Au-Pt纳米粒子熔化转变的结构特征.     

受限在单壁碳纳米管中金纳米粒子相变的分子动力学模拟研究

近年来,负载型金属纳米催化剂的制备及其性能研究一直是催化领域重要的研究课题.通过分子动力学(MD)模拟研究了受限在单壁碳纳米管(SWNT)内金纳米粒子在升温和降温过程中的相变.结果表明,受限金纳米粒子在室温下表现出两种不同类型的圆筒状多层结构.基于MD模拟,我们观察到了一个有趣的现象,即受限金纳米粒子的熔点随粒子增大而降低.对于受限的金纳米粒子来说,每一层的有序-无序的结构转变是受限金纳米粒子熔化的本质结构特征.     

Pt-Pd合金纳米粒子在不同势能下的稳定结构分析

为研究Pt-Pd合金纳米粒子的稳定结构,进一步了解其催化性能,采用改进粒子群(PSO)算法并分别结合量子修正的Sutton-Chen(QSC)多体势和紧束缚二阶矩阵近似势(TBM),对具有不同尺寸和不同原子比例的高晶指数二十四面体Pt-Pd合金纳米粒子的结构稳定性进行对比研究.结果表明:QSC和TBM势函数下得到的原子分布趋势一致.当Pt原子比例较小时,两种势函数下的稳定结构都偏向于壳层结构的分布;随着Pt原子比例的增加,TBM势函数下的稳定结构呈类壳层结构分布,而QSC势函数的稳定结构呈核壳分布,其偏聚程度更高.     

金属纳米催化剂的高温烧结及其抑制机理

金属催化剂(纳米原子簇及纳米粒子)高温烧结是导致催化剂失活的主要原因,抑制催化剂烧结是多相催化领域的重大挑战.金属纳米粒子的高温烧结主要以两种形式进行:纳米粒子迁移和原子迁移(奥斯瓦尔德熟化,Ostwald ripening).通过合理的设计金属纳米粒子组分及调节其与载体的相互作用,可以有效地减缓甚至抑制烧结的发生.本文简要阐述了金属催化剂烧结的机理,讨论了近年来在提高金属催化剂热稳定性,进而提高催化剂抗烧结能力方面取得的进展.     

TiO_2纳米片/石墨烯复合电极材料的制备及其超级电容器性能

以无定形TiO_2粉体为前驱体,利用水热反应制得TiO_2纳米片,后与氧化石墨复合并还原得到TiO_2纳米片/石墨烯(rGO)复合电极材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行表征。结果表明,TiO_2纳米片是由粒子聚集而成,在复合材料中,TiO_2纳米片进入到了石墨烯片层之间,增加了复合材料的比表面积。循环伏安(CV)、恒电流放电(CP)和循环寿命测试表明,TiO_2/rGO纳米复合电极材料在三电极体系中,电流密度为1A·g~(-1)时,比电容高达240.9 F·g~(-1)。2 000次循环后仍保持初始电容68%,表现出优秀的超级电容器电极材料性能。     

扶手椅型石墨烯纳米带吸附钛原子链的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带(10G、11G、12G和13G)吸附zigzag型Ti原子链的几何结构、电子性质和磁性。结果表明,zigzag型Ti原子链可以稳定吸附在石墨烯纳米带表面。Ti原子链吸附在纳米带的边缘洞位(10G-1、11G-1、12G-1和13G-1)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加。Ti原子链吸附在不同宽度石墨烯纳米带的不同位置,呈现不同的电子结构特性。其中,10G-1、10G-2和11G-2的吸附体系表现出半金属特性,其余吸附体系都为金属性质。同时,石墨烯纳米带吸附Ti原子链的体系具有磁性,其磁性主要来源于Ti原子。当Ti原子链吸附在纳米带边缘洞位时,zigzag原子链上A类Ti原子的磁矩总是小于B类Ti原子的磁矩;随着Ti原子链移向纳米带中心,两类Ti原子的磁矩趋于相等。研究结果揭示,通过吸附zigzag型Ti原子链,可以有效调控石墨烯纳米带的电子结构与磁性质。     

电场作用下边缘修饰石墨烯纳米带的电磁性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了非金属原子(B,N)和金属原子(Na,Mn)边缘修饰不同宽度zigzag型石墨烯纳米带(ZGNR)的结构稳定性和电磁性质。并进一步研究了外加不同强度垂直电场对原子边缘修饰ZGNR电磁性质的调控规律,所有原子边缘修饰ZGNR体系均能形成稳定结构。在施加垂直于纳米带平面的电场强度后,随着电场强度的增大,[N-ZG]_4体系稳定性最好且基本不变,[Mn-ZG]_4体系稳定性增加,而[B-ZG]_4和[Na-ZG]_4体系稳定性降低;电场促进了边缘修饰原子(B,Na,Mn)的电荷进一步向石墨烯C原子转移,阻碍了电荷从石墨烯C原子向边缘N原子转移;N和Na修饰体系的磁性逐渐减小,而B和Mn修饰体系磁性逐渐增大。研究结果表明,外加不同强度电场可以有效调控原子边缘修饰ZGNR体系的结构稳定性、电子性质和磁性,能够为石墨烯纳米带在纳米电子领域的应用提供理论基础。     

石墨烯/无机纳米粒子复合材料的制备及其在生物医学领域的应用

石墨烯以独特的结构和优异的性能一经问世就引起了大范围的研究热潮,随着研究的深入,石墨烯/无机纳米粒子复合材料也成为了材料研究领域的新热点.生物医学领域是石墨烯/无机纳米粒子复合材料的重要研究方向.简述了当下石墨烯/无机纳米粒子复合材料的几种制备方法,重点介绍了其在生物医学领域的应用进展.     

金属纳米结构材料

<正>金属纳米结构材料是指基本结构特征尺度在纳米量级(小于100纳米)的单相或多相金属材料,如纳米晶体材料(晶粒尺寸三维均在纳米尺度)、纳米孪晶材料(孪晶-基体层片厚度在纳米尺度)、纳米层状结构(二维层片结构厚度在纳米尺度)、梯度纳米结构(晶粒尺寸从纳米尺度梯度变化到宏观尺度)及混合纳米结构     

氮掺杂石墨烯负载钴基多组分纳米粒子作为锌空气电池的先进阴极催化剂

为了提高锌空气电池 (ZABs) 中阴极氧气还原反应 (ORR) 的效率,本文提出了一种吸附–络合–煅烧方法,在石墨烯纳米片上形成包含 Co、Co₃O₄ 和 CoN 的多组分钴基纳米粒子及大量N掺杂原子,获得 Co/Co₃O₄/CoN/NG复合材料。尺寸小于50 nm的Co/Co₃O₄/CoN 纳米粒子均匀分散在 N 掺杂石墨烯 (NG) 基底上,极大地改善了ORR的电催化行为。测试结果表明,所制备材料催化ORR的半波电位高达0.80 V vs. RHE,极限电流密度为4.60 mA?cm?2,与市售的铂/碳 (Pt/C) 催化剂接近。作为ZABs的阴极催化剂,该电池的比容量和开路电压分别为 843.0 mAh?g?1和1.41 V。优异的性能归因于高度分散的Co/Co₃O₄/CoN纳米颗粒和掺杂氮原子提供了大量的催化活性位点,以及石墨烯二维结构提供了高表面积及快速的电子传输通道。     

氧化石墨烯纳米流体过冷度及非均匀成核条件研究

为研发过冷度低的相变蓄冷材料,降低冰蓄冷系统的能耗,实验测试了5种不同浓度的水基氧化石墨烯纳米流体的过冷度,并采用非均匀成核理论计算了在氧化石墨烯纳米薄片上的成核条件。实验结果表明,跟去离子水相比,各种浓度纳米流体的过冷度均受到了极大抑制,最大可降低69.1%,而且成核时间也大大缩短。理论计算表明:在单层氧化石墨烯纳米薄片的侧面(厚度)上成核需要很大的过冷度,只有当纳米薄片的重叠层数达到6层以上或重叠后的厚度超过6nm时,有效成核对应的过冷度才接近本实验条件下氧化石墨烯纳米流体的最大过冷度;要在纳米薄片的上下表面成核,过冷度与纳米薄片边长的乘积必须大于或等于2.446×10-8 m·K,借助纳米薄片的粒径分布和过冷度实验结果,验证了氧化石墨烯纳米流体满足这一成核条件。研究结果表明,氧化石墨烯纳米薄片可以作为降低相变材料过冷度的成核剂,对冰蓄冷和快速制冰行业具有重要的指导意义和实用价值。     

纳米Fe_2O_3/石墨烯复合材料的制备及其对NaNO_2的电化学传感研究

本文利用水热合成法制备了Fe2O3纳米粒子(Fe2O3NPs)和纳米Fe2O3/石墨烯(rGO-Fe2O3NPs)复合材料,分别用于修饰电极,制备了检测亚硝酸钠(NaNO2)的电化学传感器,并详细考察了其性能指标.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)实验结果表明制备的rGO-Fe2O3NPs分布均匀,Fe2O3NPs与rGO直接混合可以实现Fe2O3纳米粒子在rGO表面的负载,混合后其形貌发生了较大的改变.通过实验检测,结果表明氧化铁纳米粒子的修饰电极表现出较好的传感器效果,掺杂石墨烯材料的传感性能略提高一些.     

过渡金属原子链对双层石墨烯纳米带的电磁性质的调控

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)原子链对AB型双层石墨烯纳米带(BGR)结构和电磁性质的调控规律。所有吸附体系都能够形成稳定结构[GTMG]。对于不同TM,V吸附BGR体系最为稳定。对于原子链吸附在BGR不同位置,边缘吸附时稳定性最高。电荷从TM原子链转移到近邻碳原子,形成的离子键有助于增强复合体系的稳定性。TM原子链吸附在BGR不同位置上,导致了不同的电子结构和磁性。形成的复合体系中[GCrG]2、[GCrG]4、[GMnG]2、[GMnG]4、[GFeG]1和[GCoG]2体系具有半金属特性,其他体系具有半导体或金属性质。Ni原子吸附体系的磁矩为零。V原子链吸附在纳米带最边缘位置时磁矩较小,其他位置的磁矩均为零。复合体系[GTMG](Mn、Fe、Cr、Co)的磁性较强且其磁矩大小按照Mn、Fe、Cr、Co的顺序降低,原子链中两个不同位置(A类和B类)原子的磁矩呈现明显的边缘效应。研究结果表明,结构稳定性、电子性质和磁性均与双层石墨烯纳米带的边缘效应有关,这种边缘效应带来了丰富的电磁性质,能够扩展石墨烯的应用范围。     

纳米镓粒子的超声制备与表征

文章主要研究了纳米金属镓粒子的制备技术与稳定分散技术,以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为稳定剂,采用超声将碎法制备出均匀分散的纳米镓粒子,并借助于TEM、FT-IR、XPS分析手段对纳米粒子的微观结构进行表征。TEM表明超芦20min即可制得粒径约为40～50nm的纳米镓粒子;FT-IR、XPS表明在超声辐射下,PVP中的N原子和O原子实现了与纳米钧粒子表面原子的配位作用,使纳米稼粒子得到稳定。     

钛硅纳米复合氧化物结构特征及形成机理

在HRTEM、XPS、XRD和EDS表征溶胶凝胶法制备不同钛硅纳米复合氧化物粉体微结构基础上,对其整体结构和形成机理进行了深入研究和归纳.研究发现,钛硅纳米复合氧化物具有以下结构特征:随SiO2含量增大,纳米晶TiO2晶格缺陷增多,晶粒增长和相变被抑制,SiO2在较高温度仍以无定形存在; 复合物表面为双层结构,第一层为富氧层,第二层为富硅缺氧层(TiOx,SiOy和Ti-O-Si).热处理过程中,Si原子和Ti原子的反向扩散和再分配导致钛硅纳米复合氧化物粉体结构呈非平衡紊乱状态并向平衡状态过渡,最终导致其具有以上结构特征.SiO2抑制纳米晶TiO2晶粒增长和相变机理为连锁抑制机理:Si原子进入TiO2晶格导致锐钛相TiO2晶胞体积缩小, 这抑制了TiO2晶粒增长;TiO2晶粒增长被抑制又导致向金红石的相变温度提高.     

纳米石墨烯的减摩抗磨研究进展

近年来,纳米石墨烯在摩擦学领域引起了一番新的热潮,纳米石墨烯因具有独特的物化性能、超薄层间结构和优良的自润滑性能,将其作为润滑添加剂能够显著提高机体的摩擦学性能。文中综述了纳米石墨烯作为固体润滑剂、水基润滑添加剂和油基润滑添加剂以及与其他纳米粒子的复合材料作为润滑添加剂的研究进展,归纳总结了石墨烯的保护层薄膜、低表面能、自润滑性能、复合材料共同作用等减摩抗磨机理;指出了纳米石墨烯存在的问题,如不同添加量的石墨烯对溶液的抗磨减摩影响较大,石墨烯的层数和结构都是影响机体抗磨减摩的重要因素,并对今后石墨烯的研究方向进行了展望。     

基于金纳米粒子/石墨烯修饰电极的电化学DNA阻抗传感器的制备

报道了一种基于金纳米粒子/石墨烯修饰玻碳电极的电化学DNA阻抗传感器.首先在玻碳电极表面修饰一层石墨烯,然后通过电化学方法在石墨烯表面沉积一层金纳米粒子,探针DNA(含巯基)通过金硫键连接在金纳米粒子表面.电化学阻抗技术用于DNA传感器的组装表征及其特殊序列DNA的检测.在最佳的实验条件下,传感器响应信号与互补靶DNA浓度的对数在1.0×10-12-1.0×10-7M呈良好线性关系,其线性回归方程:ΔRct(Ω)=1526.6+109.9lgC,相关系数R为0.9970,检出限为3.5×10-13M(S/N=3).此外,该传感器具有良好的选择性,它能识别单碱基错配序列的靶DNA.     

CL-20/GO纳米复合含能材料的制备与性能研究

以多层氧化石墨烯为原料,高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为填料,采用超声吸入法制备了CL-20/GO的纳米复合含能材料。利用TEM、DSC-TG、XRD对制备的样品进行了表征;并对制备的样品进行了光点火实验。结果表明:采用实验方法制备出了CL-20/GO纳米复合含能材料,证实了GO片层内部和片层上的负载物质为CL-20晶粒,负载部位在GO的片层内和片层上,呈晶粒状,清晰可见,分布较分散,无团聚,粒子大小主要集中在10~20 nm范围内,个别粒子尺寸较大,约40 nm;CL-20/GO纳米复合含能材料的起始分解温度、分解峰值温度较纯CL-20均有所提前;CL-20/SMWNTs光敏感性强,50 W的激光能量就可以将其点燃。     

多酸基纳米复合材料的制备及性能研究进展

杂多酸基纳米复合材料在光电催化、生物传感器件等方面有较好的应用前景,其合成方法简单、环保,催化性能良好。利用杂多酸同时作为包覆剂、还原剂和链接剂制备银纳米粒子@多酸-碳纳米管三元纳米复合材料,该材料可以提高修饰电极的抗甲醇干扰性,且具有很高的电催化氧气还原反应(ORR)活性。利用原位还原方法同时还原金属离子与氧化石墨,制备出包括金、铂、钯纳米粒子等贵金属纳米粒子@多酸-石墨烯以及银纳米网@多酸-石墨烯三元纳米复合材料,可作为良好的生物传感材料和燃料电池电极材料。利用高温NH3处理制备银纳米粒子@多酸-氮掺杂石墨炔三元纳米复合材料,可实现无金属高活性ORR电催化。     

石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

 石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构,是一种新型碳类纳米材料,具有优异的力学、电学和热学等性能,被认为是一种非常有前景的材料,近年来广泛用于改性各种聚合物。本文回顾了石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法、性能和应用现状;综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的强度、刚度、韧性、电学和热学等性能的研究进展。主要内容包括石墨烯改性聚合物常见的3种制备方法(溶液共混、熔融共混和原位聚合)及其对石墨烯在聚合物基体中分散性的影响,石墨烯/聚合物纳米复合材料力学性能变化规律与作用机理,石墨烯微观结构等因素对材料热学性能以及导电阈值的影响等;讨论了石墨烯/聚合物纳米复合材料的潜在应用和面临的挑战和机遇,并展望了其低成本产业化的发展前景。