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尖锐端头碳纳米管的制备与场发射特性

张艳丽 , 张莉莉 , 侯鹏翔 , 蒋华 , 刘畅 ,

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(11)60065-6

采用氢电弧法制备了尖锐端头的碳纳米管,获得了具有三种特殊形貌的尖端,即锥形、颈缩形和铅笔状尖端.该特殊彤貌的彤可归因于在原料中加入硅粉进而形成的结构缺陷.研究了所得碳纳米管的场发射特性,发现其阈值电场较低,仅为3.75V/mm;场发射电流密度可高达~1.6×105A/cm2;且场发射稳定性好.以上优异的场发射性能归结于该碳纳米管具有良好的结构完整性和独特的尖端结构特征.

关键词: 碳纳米管 , 尖锐端头 , 场发射

光电化学水氧化用多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列光阳极的设计和构建

甄超 , 吴亭亭 , Mohammad W. Kadi , Iqbal Ismail , 刘岗 ,

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(15)60981-0

光电化学电池(如染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及光电化学水分解电池)是实现太阳能转化及存储的有效手段之一.其中,光电极是光电化学电池的核心组成部分,它集光吸收、光生电荷输运及转移等决定光转化效率的关键过程于一身,因此构筑高活性半导体光电极以实现高效太阳能转化利用引起研究者广泛关注.多孔TiO2纳米颗粒堆垛薄膜光阳极因具有大的比表面积,可提供更多的染料(量子点)担载和反应活性位点,在光电化学电池中表现出优异活性而被广泛研究.然而, TiO2纳米颗粒间大量存在的晶界对光生电荷有较强的散射作用,降低了光生电荷的收集效率.英国牛津大学Snaith研究小组利用模板辅助水热过程首次获得了(001)晶面占优的多孔单晶锐钛矿TiO2微米颗粒,这种多孔单晶TiO2微米颗粒在具有大比表面积的同时,其单晶结构还能有效去除晶界对电荷的散射作用,因而具有优异的电荷输运特性.利用这种多孔单晶TiO2微米颗粒组建的光阳极用于染料敏化太阳能电池中,展现出优异的太阳能光电转化性能.受该工作启发,各种形貌的多孔单晶TiO2微米颗粒作为光催化剂和光电化学分解水用光阳极材料被广泛研究,并表现出优异活性.在单晶微米颗粒堆垛的薄膜光电极中,虽然单个单晶微米颗粒中晶界对电荷的散射作用被有效抑制,但是单晶颗粒间的晶界仍然存在并影响光生电荷的收集效率.为了彻底抑制晶界对光生电荷的散射作用,每个单晶颗粒都应该贯穿整个薄膜,例如一维TiO2纳米棒单晶阵列薄膜.虽然一维单晶阵列薄膜能够有效提高光生电荷的收集效率,但相对于多孔薄膜具有较小的比表面积,限制了担载染料(量子点)和反应位点的数量.为了增大TiO2单晶纳米棒阵列薄膜的比表面积,目前主要的手段包括调控纳米棒长径比、表面修饰TiO2纳米颗粒以及二次生长构建TiO2枝晶阵列.本文首次提出通过制备多孔单晶TiO2纳米棒单晶阵列薄膜来获得高比表面积和高光生电荷收集效率的光阳极,提高光电化学电池的效率.在透明导电薄膜(FTO)表面利用水热生长TiO2纳米棒阵列薄膜之前,预先在FTO基体上沉积一层SiO2球密堆模板, TiO2纳米棒单晶阵列在从FTO表面向上生长过程中,会将SiO2球模板包裹进TiO2纳米棒中,再通过碱溶液将SiO2球模板溶解,首次在FTO基体上原位生长出多孔单晶TiO2纳米棒阵列薄膜.将所得多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列薄膜作为光电化学分解水电池光阳极,其光电化学分解水活性相对于实心单晶金红石TiO2纳米棒阵列提高了2.6倍.多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列光阳极性能的提升可归因于:(1)多孔结构赋予多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列薄膜更大的比表面积,可提供更多的反应活性位点;(2)多孔结构能够有效缩短单晶金红石TiO2纳米棒中光生电荷体相输运距离,提高光生电荷的收集效率;(3)多孔结构通过对光多次反射吸收可有效增强光吸收,产生更多光生电荷参与水分解反应;(4)在制备过程中引入Si掺杂,导致多孔单晶金红石TiO2纳米棒带隙扩大了0.1 eV,带隙增大归因于导带位置负移0.1 eV,光生电子具有更强的还原能力,光电流起始电位相应负移约0.1 V.

关键词: 氧化钛 , 光阳极 , 多孔 , 单晶 , 纳米棒阵列

添加纳米碳管对高密度聚乙烯力学行为和结晶过程的影响

童昕 , 赫秀娟 ,

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2004.04.004

利用熔融法制备了一系列具有不同纳米碳管含量的纳米碳管(CNT)/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料.对其拉伸性能的研究结果表明,添加质量分数分别为2 %,5 %和10 %的纳米碳管使HDPE的拉伸模量分别提高了7.4 %,27.0 %和28.6 %,屈服强度分别提高了3.3 %,14.4 %和18.5 %,但是降低HDPE的断裂强度和断裂伸长率.同时,对复合材料中HDPE结晶过程的研究表明,纳米碳管可以提高HDPE的开始结晶温度,降低结晶活化能,但是会使HDPE的结晶速率下降,结晶度降低.

关键词: 纳米碳管 , 复合材料 , 力学性能 , 结晶行为

氢等离子电弧法半连续制备单壁纳米碳管

刘畅 , 丛洪涛 ,

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2000.02.001

用氢气取代氦气作为缓冲气体,适当改进电弧反应装置并掺加一种生长促进剂可以有效地提高单壁纳米碳管的产量和质量.氢电弧法制备出的单壁纳米碳管堆积膜状或网状,电镜下可见产物主要由相互缠绕的单壁纳米碳管束构成,纯度较高;激光拉曼分析结果表明制得的单壁纳米碳管直径较大.单壁纳米碳管产物在形貌和结构上的上述特征与氢气和生长促进剂的作用密切相关.

关键词: 单壁纳米碳管 , 制备 , 氢电弧

天然石墨球-热解炭核壳结构的制备及电化学性能研究

刘树和 , 英哲 , 王作 , 李峰 , 白朔 , 闻雷 ,

新型炭材料

通过化学气相沉积的方法,以乙炔为碳源,天然石墨球为原料,采用不同流化床CVD工艺和不同的反应时间,制备出具有光滑表面或颗粒状热解炭包覆层的核-壳构型改性天然石墨球.改性天然石墨球的核体是具有高度有序石墨结构的天然石墨,而壳体是无序结构的热解炭.与天然石墨球相比,具有核-壳结构的改性天然石墨球的首次库仑效率和循环性能都得到显著改善.尤其是具有颗粒状热解炭包覆层的改性石墨具有优异的循环性能,在41次循环后其放电容量仍为首次容量的84%,这一改善归因于表面沉积的颗粒状热解炭有效地降低了改性天然石墨颗粒之间的接触电阻和增加了接触面积.

关键词: 流化床化学气相沉积 , 核-壳结构 , 热解炭 , 改性天然石墨 , 锂离子二次电池

纳米碳管电化学储氢的研究进展

戴贵平 , 刘敏 , 王茂章 ,

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2002.03.015

纳米碳管的储氢是近年来纳米碳管领域研究的一个热点.纳米碳管储氢研究有两种方法,一种是气相法,另一种是电化学法.本文对纳米碳管电化学储氢的基本原理、纳米碳管电化学储氢的理论计算以及氢与纳米碳管的相互作用机制,特别是目前单壁和多壁纳米碳管电化学储氢的实验研究进展进行了综述,展望了利用其电化学储氢特性作为高性能电池的可能性.

关键词: 纳米碳管 , 电化学性质 , 气体储存

气相生长纳米炭纤维的研究进展

范月英 , , 苏革 , 魏永良 , 沈祖洪

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.1999.02.002

综述了当前气相生长纳米炭纤维的研究现状,对纳米炭纤维的制备方法、结构特征、性能和应用前景进行了概述,并简述了本研究小组采用改进流动催化剂法制备的纳米炭纤维.

关键词: 气相生长纳米炭纤维 , 流动催化剂法

原位聚合碳掺杂改性石墨态氮化碳光催化活性研究

洪星星 , 康向东 , 刘岗 ,

影像科学与光化学 doi:10.7517/j.issn.1674-0475.2015.05.434

本文通过在双氰胺前驱体中添加聚乙二醇,在缩聚过程实现碳掺杂形成含氮空位的g-C3N4光催化剂.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光谱(FL)等表征手段,考察了原位聚合碳掺杂形成氮空位对g-C3N4物相结构、组分与化学态、光吸收性能及光催化活性的影响.研究结果表明,采用该方法可实现原位聚合碳掺杂,有效拓展g-C3N4的可见光吸收至850 nm,在紫外-可见光与可见光照射下光降解RhB及光催化产氢性能均显著提高,尤其可见光条件下的性能提升更为显著.

关键词: 光催化 , g-C3N4 , 掺杂 , 空位 , 聚乙二醇

螺旋炭纤维的结构分析

李峰 , 杜金红 , 白朔 ,

材料研究学报

分析了螺旋炭纤维的微观结构, 发现其主要由纳米级石墨片层(nano graphite structure cell, NGSC, 约为5 nm*5 nm)构成, 其间夹杂着无定形碳和多层富勒烯等无序结构. 由于螺旋炭纤维具有螺旋结构, 其中的NGSC发生了一定的弯曲. 在宏观尺度上, 螺旋炭纤维表现出无序碳结构的特征. 根据结构分析的结果提出了表征螺旋炭纤维的几何参数, 并对不同螺旋炭纤维的螺旋角进行了比较分析. 结果表明, 虽然螺旋炭纤维的直径和螺距各不相同, 但是其螺旋角具有一定的规律. 在微观结构观察和几何构形分析的基础上提出了螺旋炭纤维的生长机理.

关键词: 无机非金属材料 , carbon micro-coil , Raman spectroscopy , microstructure analysis

由不同碳源合成及制备纳米碳管的进展

王茂章 , 李峰 , 杨全红 ,

新型炭材料 doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2003.04.002

纳米碳管可通过石墨、煤炭及炭黑等高含碳固体物,甲烷、乙烯或苯之类的有机化合物,一氧化碳和碳化硅等含碳无机化合物的转化来制备,甚至还可由低分子芳烃化合物来逐级合成.根据各种不同碳源,按不同转化过程及制备方法进行了总结与归纳,期望能对纳米碳管的合成及制备有一总体理解;通过简要、系统地介绍各种转化过程及制备方法,并对其中一些有发展前途的方法特别是电弧法、激光烧蚀法及化学气相沉积法的最新改进和发展进行了考察,分析了这些方法的优缺点;最后概述了目前纳米碳管规模制备方法的进展情况.

关键词: 纳米碳管 , 合成 , 制备和过程 , 碳源

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