富勒烯新结构的研究进展

富勒烯Cn是一类由12个五元环和若干六元环组成的笼状全碳分子.根据碳笼表面是否含相邻分布的五元环,富勒烯可分为IPR富勒烯和非IPR富勒烯.25年来,人们在发展富勒烯合成新方法和寻找富勒烯新结构方面做了大量的工作,富勒烯家族得到了很大的扩充,越来越多的富勒烯新结构被陆续发现和分离出来.迄今为止,已分离、表征了C20~C104的60余种富勒烯新结构,包括40余种IPR富勒烯结构,以及通过笼外化学修饰或内嵌原子(或原子簇)的稳定化策略合成的20余种违反IPR规则的富勒烯.详细总结了这些迄今为止已报道的各种富勒烯新结构,并对今后富勒烯研究的重点和内容进行了预测.     

碳原子团簇的形成研究

碳原子团簇的生长过程及其富勒烯的形成机理,是近十余年来科学界孜孜以求而又一直无法求解的难题。虽然有关研究人员先后提出了可能的机理,但是至今没有一种得到实验结果的证实。本研究组就此作了积极的探索和较深入的研究,创新和发展了多种形式和研究碳原子团簇的方法,精心设计了一系列实验,综合运用多种研究手段,明确了氯原子存在下碳簇的生长过程,发现了氯原子等自由基对富勒烯形成的催化作用,总结了碳等原子团簇形成的统计分布规律,表征了C60的聚合和南方坍塌过程,在碳原子团簇的形成研究中取得重要进展。     

氧化石墨烯的还原和烷基化及其储能性能研究

石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的二维周期蜂窝状点阵结构,其特殊的单原子层结构使其表现出许多奇特的物理化学性质,在电子学、生物医学、储能、传感器等领域显示出广阔的应用前景.然而,由于石墨烯易团聚成石墨,使其不能均匀分散在水或常用的有机溶剂中,在很大程度上限制了它的实际应用.本研究首先利用金属锂和萘的四氢呋喃溶液还原氧化石墨烯,然后对其进行循环烷基化反应,获得了烷基功能化程度不同的石墨烯.该方法通过还原除去了氧化石墨烯中大多数的含氧官能团,很大程度上恢复了石墨烯的导电性(1 361S/m),并且,由于在石墨烯表面引入烷基链,改善了石墨烯的分散性,为石墨烯的进一步加工和应用提供新的思路.通过电化学充放电测试等手段研究了制备的石墨烯材料用作锂离子电池负极活性物质的电化学性能.     

尿素还原法制备碳量子点

将富勒烯C_(60)和C_(70)分别在空气气氛中350℃下煅烧,然后采用尿素还原法在温和(90℃)条件下制备得到碳量子点;以透射电子显微镜、粉末X-射线衍射、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱等对碳量子点的组成和形貌进行表征,通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对其光学性能进行研究;并推测碳量子点的形成机制.结果表明,在激发光波长为320nm时,两种碳量子点的荧光最大发射峰波长位于450nm附近,相对荧光量子产率分别为23.24%和27.55%,推测其形成机制为尿素对空气气氛中煅烧过的富勒烯表面氧化位点的还原.该结果为温和条件下合成碳量子点提供了一种新的思路.     

单壁碳纳米管导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响

单壁碳纳米管具有极高的长径比和优异的电学与力学性能,在锂离子电池导电添加剂中有着良好的应用前景.针对单壁碳纳米管在电池浆料中分散性差的问题,利用Birch还原烷基化反应对单壁碳纳米管进行可控功能化修饰,制备兼具良好导电性与分散性的碳纳米管材料,并考察其作为导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响.结果表明,以经过3轮烷基功能化修饰的单壁碳纳米管为导电添加剂时,锂离子电池的循环性能与倍率性能均优于其他样品,在5 C的放电倍率下循环400圈后仍有110 mAh/g的比容量.