关键词： 氮气还原反应   密度泛函理论   石墨烯   热力学   电催化  

摘要： 工业界普遍采用Haber-Bosch方法在高温(400~600℃)和高压(150~300 atm,1 atm=0.101325 MPa)条件下催化氮气裂解和加氢而合成氨气(NH_(3)),这不仅消耗大量能源,也给环境造成很大污染。为改变这种状况,探索常温常压条件下合成NH_(3)的全新途径已成为研究热点。电催化还原N2合成NH_(3)是尚待探索的重点方向之一。本研究利用密度泛函理论计算,探讨了过渡金属元素(如Fe,Nb,Mo,W,Ru)和非金属元素(如B,P,S)共掺杂石墨烯作为该方向催化剂的可行性。结果表明,Mo和S(Mo/S)共掺杂石墨烯在NH_(3)合成中具有极低的电极电势(仅为0.47 V),其速率控制步骤涉及的中间产物为*NNH。NH_(3)合成电势比析氢反应的电势(0.51 V)低,说明N2还原制备NH_(3)具有选择性。经从头算的分子动力学计算验证,Mo/S共掺杂石墨烯体系在室温下具有良好的热力学稳定性。电子结构分析进一步揭示,过渡金属电子转移能力对高效N2电催化还原活性具有关键影响,可通过调控非金属元素对过渡金属周边配位环境的影响,优化过渡金属中心的电子结构,从而提高催化性能。

关键词： 实验教学设计   PBL   石墨烯   催化材料   铝-空气电池   第一性原理  

摘要： 高催化活性的催化材料是提升铝-空气电池阴极氧还原反应(ORR)的必要条件,设计并制备了石墨烯基钙钛矿型催化材料,测试了其电化学性能并组装了铝-空气电池,借助第一性原理研究了催化作用机理。通过科研问题设计和合作研究实践完成基于科研驱动的PBL教学模式实践。结果表明:溶胶-凝胶法制备的掺杂钙钛矿与石墨烯负载,可有效提高导电性和电催化活性,保持电池高稳定放电。该实验从材料制备、电池组装、电子结构分析等方面设计和调控催化性能,使学生掌握了材料制备基本实验技能和电池测试综合应用能力,并引入了材料设计创新性研究成果,实现从理论到实践再到理论的飞跃。PBL教学激发了学生创意意识和科研兴趣,提高了团队合作和综合能力。

关键词： 电化学   石墨烯   纳米氧化铈   金纳米粒子   As(Ⅲ)  

摘要： 先通过滴涂法制备纳米氧化铈-石墨烯(CeO_(2)-Gr)复合物修饰玻碳电极(GCE),再在含氯金酸(HAuCl_(4))的缓冲溶液中,采用循环伏安法将Au(Ⅲ)还原到CeO_(2)-Gr表面,从而制得AuNPs/CeO_(2)/Gr/GCE。采用电化学阻抗谱法(EIS)对修饰电极进行电化学特性表征。研究了AuNPs/CeO_(2)/Gr/GCE快速、准确测定水环境中As(Ⅲ),采用差分脉冲溶出伏安法,探讨了氧化铈与石墨烯质量比、金纳米粒子沉积圈数、沉积时间和沉积电位及干扰离子等对测定结果的影响,并确定检测As(Ⅲ)的优化实验条件。在最优条件下,该电化学传感器对As(Ⅲ)具有良好的电流响应,其溶出伏安峰电流与As(Ⅲ)浓度的线性范围为13.35~387.15μmol/L,检出限为4.74μmol/L。在不同干扰离子存在的情况下,传感器对As(Ⅲ)的选择性较好。为了评估传感器的实际应用能力,以实验室自来水为样本进行As(Ⅲ)加标检测,加标回收率为90.5%~99.2%,表明该电化学传感器具有监测As(Ⅲ)的应用潜力。

关键词： 抗菌   抗病毒   可降解   聚乳酸   石墨烯  

摘要： 本文分别对抗菌/抗病毒材料、生物可降解材料、抗菌抗病毒可生物降解纳米复合材料的研究现状、水平和发展趋势进行了综述,以开发具有抗菌、抗病毒、可降解新材料。并分析了抗菌抗病毒可降解新材料符合国家发展规划情况及其研发对国家经济社会发展的重大意义。目前,抗菌抗病毒可降解材料大多被用于果蔬、肉类等食品的储藏包装,若未来广泛应用于非食品领域,如消费领域、快递包材、汽车领域、医疗领域、卫生产品、电子产品、儿童玩具等,将有望取代传统石油基包装材料。

关键词： 柔性石墨烯   恶劣地质条件   光伏电站   接地  

摘要： 针对湖北省枣阳市某山地光伏电站地质条件恶劣,常规接地装置施工难度大、造价高、性能不满足要求等问题,本文提出将柔性石墨烯材料作为本光伏电站接地材料的典型解决方案,并进行工程实践验证分析,证明柔性石墨烯作为恶劣地质条件接地材料的应用效果优于传统的热镀锌钢材,具有一定的借鉴和推广价值。

关键词： 一步电沉积   氧化石墨烯   肉豆蔻酸镧   超疏水涂层   铜   耐腐蚀性能  

摘要： 海洋腐蚀的倾向性是制约铜基材料使用性能和安全性的一个重要因素。因此,提高铜表面耐腐蚀能力成为研究重点。采用一步快速电沉积工艺在铜基表面制备肉豆蔻酸镧/氧化石墨烯(LaM/GO)超疏水复合涂层,采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、水接触角测量和电化学测试等手段对复合涂层的结构及性能进行了表征。结果表明:电沉积阴极表面产生了低表面能材料和花瓣状微纳粗糙结构,涂层表面静态水接触角为154°±3°,滚动角为5°±3°;电位动态极化曲线测量表明,超疏水复合涂层表面的腐蚀电位增加、腐蚀电流密度降低了2个数量级,缓蚀效率达99.34%,耐腐蚀性能得到显著提升;此外,所获得超疏水复合涂层表面显示出优异的防污性能和机械稳定性。

关键词： 维C   石墨烯气凝胶   电化学传感器  

摘要： 采用Hummer法制备氧化石墨烯(GO),再通过水热法合成石墨烯气凝胶(GAs),采用滴涂法将GAs附着在铟锡氧化物(ITO)电极表面,基于GAs材料构建维C电化学传感器。通过SEM对GAs材料的形貌进行表征,并利用CV和EIS对GAs材料的电化学性能进行表征,并在最优条件下用DPV法对样品中的维C进行定量检测,获得检测线性范围为0.0005~15.0000 mmol/L,检测最低限为0.05μmol/L。

关键词： 石墨烯   异质结   吸附能   开路电压   能带   锂离子电池  

摘要： 通过范德华尔斯作用将单层石墨烯(Graphene)、单层二硫化钒(VS2)和单层氮化硼(BN)构建成Graphene/VS2/BN范德华三层异质结构,并将其与不同数量的锂结合,研究了其作为锂离子电池(Li-Ion Batterys,LIBs)中阳极电极材料的可行性.Graphene/VS_(2)/BN范德华三层异质结构具有-0.33 e V/A2的形成能,具有较强的稳定性,理论上可实现合成.同时,计算了Graphene/VS_(2)/BN范德华异质结构的平面内刚度,得出的杨氏模量(Y)为886.88 N/m,高于单层VS_(2)的Y(82.5 N/m),具有较好的力学性能.Graphene/VS_(2)/BN范德华三层异质结构表面和界面上吸附Li的吸附能(-5~-2 e V)远大于相应单层的吸附能,表明其对Li具有较好的吸附性能.Li在Graphene/VS_(2)/BN范德华三层异质结构的不同表面和界面处迁移时的扩散势垒非常小(0.3~0.6 e V),对电池速率性能极为有利.Graphene/VS_(2)/BN范德华三层异质结构在LIBs的阳极电极材料方面的应用具有广泛的前景.

关键词： SiC   多层石墨烯   力学强化   分子动力学   接触刚度  

摘要： 微机电系统半导体SiC器件覆多层石墨烯的力学强化性能与塑性变形微观研究,将对提升该器件耐久性服役寿命期和强韧化机制理解起到显著作用.因此,本文基于分子动力学法探讨了石墨烯堆垛类型(AA和AB堆垛)和极端使役温度对其接触力学性能(最大承载荷、硬度、杨氏模量、接触刚度)、微结构演化、接触质量、褶皱形貌、位错总长的影响,解释了SiC基底覆多层石墨烯力学强化的原子尺度机制.研究发现:相同使役温度下,随覆石墨烯层数增加,SiC基底微结构的棱柱形位错环演化中越早发生脆断;石墨烯AB堆垛在最大压深时的C-C键断裂会导致石墨烯优异面内弹性变形丧失,以致其最大承载性呈现断崖式下降.研究表明:SiC基底覆三层石墨烯的力学强化性能是纯SiC的2倍,该强化效应不受石墨烯堆垛类型影响,其力学强化机制主要源于多层石墨烯受载加大会引起石墨烯面内褶皱增大,从而增大界面接触刚度,触发界面接触质量减小所致.使役温度升高,会激发原子振动频率增大,诱导界面接触原子数增多,以致界面接触质量增大,而界面接触刚度随之减弱,最终引起SiC基底覆多层石墨烯力学性能随温度升高呈近似直线下降.此外,SiC基底的亚表层应力集中会诱导基底内的微结构产生滑移与演变;基底覆石墨烯层数增加可有效减小基底亚表层的应力集中分布程度,从而对基底起抗载保护作用.

关键词： 非线性光学性质   二硒化钼/石墨烯复合材料   薄膜   Z-扫描  

摘要： 采用溶剂热法合成了二硒化钼/石墨烯(MoSe_(2)/rGO)复合材料,进一步通过滴涂法制备了二硒化钼/石墨烯/聚乙烯醇(MoSe_(2)/rGO/PVA)薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)对MoSe_(2)/rGO复合材料和薄膜材料的结构、形貌、成分和吸收特性进行分析。采用Z-扫描技术,在激光光源为1064和532 nm,脉冲宽度为4 ns条件下,研究了MoSe_(2)/rGO溶液和薄膜的三阶非线性光学(NLO)性质。结果表明,MoSe_(2)/rGO/PVA薄膜的三阶NLO性质明显高于MoSe_(2)溶液、MoSe_(2)/rGO溶液和MoSe_(2)/PVA薄膜。在入射能量25μJ,激发波长532 nm条件下,MoSe_(2)/rGO/PVA薄膜材料显示了更大的非线性吸收系数。本工作为过渡金属硫族化合物/石墨烯复合材料在光限幅和激光锁模中的应用奠定基础。