刘树和
,
英哲
,
王作明
,
李峰
,
白朔
,
闻雷
,
成会明
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
洪星星
,
康向东
,
刘岗
,
成会明
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
甄超
,
吴亭亭
,
Mohammad W. Kadi
,
Iqbal Ismail
,
刘岗
,
成会明
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成的薄膜光电极中,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
李峰
,
杜金红
,
白朔
,
成会明
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
王茂章
,
李峰
,
杨全红
,
成会明
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
周光敏
,
王大伟
,
李峰
,
张莉莉
,
翁哲
,
成会明
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(11)60075-9
通过原位化学聚合制备了不同形貌的纳米炭材料(炭黑,碳纳米管及石墨烯纳米片)/聚苯胺复合电极材料.分析表明:石墨烯/聚苯胺复合材料相比于炭黑/聚苯胺、碳纳米管/聚苯胺复合物及纯聚苯胺,具有产率和比容量高,内阻低及明显提高的循环稳定性和倍率性能.石墨烯/聚苯胺复合材料更好的电化学性能归因于:(a)二维平面结构石墨烯有利于大量聚苯胺在其表面均匀沉积及更多的活性位使聚苯胺和电解液离子接触,从而有利于聚苯胺得失电子促使氧化还原反应的顺利进行;(b)石墨烯间的面接触有利于构建电子的快速传输网络使电极材料具有更低的电阻;(c)石墨烯及聚苯胺层层堆叠结构具有柔性包覆限制作用,可有效防止聚苯胺在充放电过程中因膨胀和收缩而从石墨烯表面脱离.
关键词:
纳米炭
,
石墨烯
,
碳纳米管
,
聚苯胺
,
超级电容器
唐蓓
,
刘永利
,
郑宏
,
李峰
,
丛洪涛
,
成会明
金属学报
采用化学气相沉积法制备了多壁氮化硼纳米管BNNT)，高分辨电镜研究表明, BNNT一个重要的结构特征为层间有序堆垛，且大多以菱面体(r-BN)方式堆垛；多数BNNT具有择优生长取向，管轴沿BN六角网格平面的[10-10]方向，即多数BNNT为锯齿型. 基于其显微结构特征建立了多壁BNNT的结构模型，并通过计算机模拟其高分辨成像特点，发现r-BN堆垛的BNNT的HRTEM成像效果对其直径、层数以及观察视角等参数敏感，提出也可以通过管身高分辨像出现水纹状条纹直接判别r-BN堆垛.
关键词:
氮化硼纳米管
,
microstructure
,
simulation
李仲
,
英哲
,
刘敏
,
成会明
新型炭材料
doi:10.3969/j.issn.1007-8827.2005.02.003
采用传统的熔融纺丝技术大量制备了定向性良好的纳米碳管/聚丙烯复合纤维.扫描电镜观察证实了纳米碳管在纤维里的定向性以及分散性都得到了较大的改善.通过拉伸实验测试了纳米碳管/聚丙烯复合纤维的力学性能,采用Weibull统计分析发现纳米碳管的添加显著提高了复合纤维的拉伸强度,当添加纳米碳管的质量分数达到3 %时,纤维强度最高,达到61MPa,超过聚丙烯纤维强度120%.复合纤维拉伸断口的形貌特征也证实了纳米碳管添加对复合纤维拉伸性能影响存在临界现象.
关键词:
多壁纳米碳管
,
聚丙烯
,
复合纤维
,
熔融纺丝
,
拉伸强度
