分级纳米结构
分级纳米结构制备研究取得进展
设 备 领 域仍 具 有很 多 潜 能 。硅 纳 构 成 一 些 特 殊 的 阵 列 或 有 序 结
得 克 萨斯 大学 研 究人 员 沃 尔 米线 晶体 管 的 性 能随 着 直径 减 小 构 ，那 么被 雕镂 之 后 ，这些 阵 列
特 ・ 介 绍 说 。他 们 已 经 证 明 ． 而增 强 ，将 细 微 纳米 线 品体 管 排 能转化 为更 复杂 的分 级结构 。 胡
的硅 纳 米 线 。 由于 直 径 非 常 小 ． 单 分子 的灵 敏 感 测 仪器 ．而且 信 构 ．例 如 ，螺 位 错驱 动 的 Ｐ Ｓ纳 ｄ 表 现 出 明显 的量 子 限制 效应 ．纳 噪 比 更 好 米 线 的 块 值 （ ｕｋｖｌｅ ）性 质 Ｂ ｌ ａｕ ｓ 米 松树 ；而基 于 二 维纳 米 结构 单 除 了生 物 感 测器 ，新 型 高性 元 的分 级 纳米 结 构 的研 究 尚不 多
ＢＯ Ｉ ｉ Ｃ 的 ｆ０１和 【１１方 向 ） １０ ００
显示 出隧道 的量子 限制程 度提 高 ，
能产生更 高 的载荷 子迁移 率 。
纳米 线 晶 体管 技 术 主要 用 于
制 造 廉 价 且 超 灵 敏 的 生 物 传 感
器 ，其灵 敏 度将 随 纳 米线 直 径 的 减 小 而增 加 。 “ 们计 划 』 这种 我 １ 日 型 号 的微 细纳 米 线 晶体 管 来 开发
这 好像 是 违 反 直觉 的 ．一 根 不 需要 用 高 掺杂 的补充 质 结 作为 兼 容 性 好 等 优 点 。 ＢＯ ｉｘ薄 膜 在 更 细 的 纳米线 能 产 生 比更 粗 的线 源 漏 更 高 的流 动性 。但 研究 人 员 解 释 说 ，在块 状硅 中 ，形 成 电流 的空 穴 能 量分 布很 宽 ，量子 限制 效应 限制 了空 穴 ，形 成 了更 加 一致 的 能 量排 列 ．从 而 提 高 了导 线 中 的
分级银簇的构筑与演变机制_概述及解释说明
分级银簇的构筑与演变机制概述及解释说明1. 引言1.1 概述在纳米科学与技术领域中，银簇作为一类重要的纳米结构材料，具有广泛的应用前景。
分级银簇是指具有多层次结构的银纳米簇群体，其特殊的结构和性能赋予了其在光电器件、催化剂、生物医学等领域中的巨大潜力。
本文旨在全面梳理分级银簇的构筑与演变机制，并对相关关键问题进行解释说明。
首先介绍了银簇的基本概念，包括其基本结构、特征和性质。
随后探讨了构筑分级银簇的方法，包括顶-底固定法、溶解-再沉淀法等，并对各种方法进行比较分析。
接着深入研究了银簇演变机制，包括表面扩散与择优生长机制、迁移-聚合机制以及聚集态转变与晶核生成机理。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、分级银簇的构筑与演变机制、构筑分级银簇的要点、银簇演变机制解析以及结论与展望。
引言部分主要介绍了文章的背景和目的，以及后续各节内容的概述。
第二部分详细讨论了分级银簇的构筑与演变机制，包括基本概念、构筑方法和演变机制探究。
第三部分重点探讨了构筑分级银簇的要点，包括选择合适的前体材料、控制反应条件和操作参数以及结构调控和性能改善技术等方面。
第四部分对银簇演变机制进行了解析，包括表面扩散与择优生长机制、迁移-聚合机制的影响因素及规律性分析，以及聚集态转变与晶核生成机理的研究进展。
最后一部分总结文章内容并展望未来发展方向。
1.3 目的本文旨在系统梳理和详细介绍分级银簇的构筑与演变机制，并提供关键问题的解释说明。
通过本文的阅读，读者可以深入了解分级银簇这一纳米结构材料的基本特征和性质，了解不同方法构筑分级银簇的原理和应用，以及探究银簇演变机制的规律性和影响因素。
希望本文能为相关领域的科学家和工程师提供参考和指导，推动分级银簇的研究与应用进一步发展。
2. 分级银簇的构筑与演变机制2.1 银簇的基本概念银簇是由数十个到几百个原子组成的纳米颗粒，具有特殊的物理和化学性质。
与大块材料相比，银簇表面原子数目较多，因此其表面活性更高。
超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展
第52卷第11期2023年11月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.11November,2023超级电容器用MOFs 衍生纳米电极材料的研究进展郭容男1,李太文1,王㊀栋1,王天汉1,裴㊀琪1,王媛媛2(1.河南农业大学机电工程学院,郑州㊀450002;2.河南农业大学园艺学院,郑州㊀450002)摘要:超级电容器因具有功率密度高㊁充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注,但是较低的能量密度限制了其广泛应用㊂开发新型高效电极材料对改善超级电容器电化学性能至关重要㊂金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大㊁结构孔径可控和活性位点丰富等特点,故在能量转化和储存领域受到了广泛关注㊂但是由于MOFs 的结构稳定性和导电性较差,其作为超级电容器的电极材料时,无法获得满意的电化学性能㊂以MOFs 为前驱体制得的MOFs 衍生物的稳定性和导电性优于原生MOFs,显著提高了超级电容器的电化学性能㊂本文综述了超级电容器用纳米MOFs 衍生碳化物㊁氧化物㊁氢氧化物㊁磷化物㊁硫化物电极材料的研究现状,总结了MOFs 衍生超级电容器电极材料的合成策略,为超级电容器用MOFs 衍生纳米材料的研究提供指导意义㊂关键词:超级电容器;电极材料;MOF;衍生材料;碳材料;策略选择;结构调制中图分类号:TM53;TB332㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)11-1922-09Research Progress of MOFs-Derived Nano-Electrode Materials for SupercapacitorsGUO Rongnan 1,LI Taiwen 1,WANG Dong 1,WANG Tianhan 1,PEI Qi 1,WANG Yuanyuan 2(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;2.College of Horticulture,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)Abstract :Supercapacitors have attracted much attention because of their high power density,fast charging /discharging speed,and long cycle life.However,the low energy density restricted their wide application.Developing novel and efficient electrode materials is imperative to improve the electrochemical performance of supercapacitors.Metal-organic frameworks (MOFs)have attracted extensive attention in the field of energy conversion and storage,owing to their large specific surface area,controllable pore size,rich active sites and easy synthesis.Nevertheless,due to the inferior structural stability and low conductivity of MOFs,the electrochemical performance of supercapacitors with MOFs electrode materials is unsatisfactory.MOFs derivatives,prepared from the MOFs precursor,possess excellent structural stability and conductivity,thus prominently improve the electrochemical performance of supercapacitors.This work mainly focuses on the MOFs-derived electrode materials for supercapacitors,including MOFs-derived carbides,oxides,hydroxides,phosphides and sulfides.The synthesis strategies of electrode materials for supercapacitors are discussed,providing guidance for the research of nano-MOFs-derived materials for supercapacitors.Key words :supercapacitor;electrode material;MOF;derivative material;carbon material;strategy selection;structural modulation㊀㊀㊀收稿日期:2023-04-28㊀㊀基金项目:河南省高等学校重点科研项目计划(23A430016);河南省自然科学基金(232300421332);中国科学院战略性先导科技专项(B 类,XDB44000000-6)㊀㊀作者简介:郭容男(1987 ),女,陕西省人,博士,讲师㊂E-mail:guorn@0㊀引㊀㊀言超级电容器因具有功率密度高㊁充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注㊂超级电容器根据储能原理分为电化学双层电容器(electrical double-layer capacitor,EDLC)㊁法拉第赝电容器和混合型超级电容器㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1923㊀三类,其充放电机理如图1所示㊂其中,EDLC充电时,通过极化电极吸引电解质中的阴阳离子在电极/电解质界面聚集并形成电势差,使其达到储能要求;法拉第赝电容器则是通过电极在外加电场中极化后,电解质中的阴阳离子被吸引到电极附近,在电极表面发生界面反应,在电极内部和电解质中发生体相反应,界面反应和体相反应使大量的电荷储存在电极上,从而实现储能目的;混合型超级电容器的负极通常以EDLC储能原理储能,正极为法拉第赝电容器,通过氧化还原反应进行储能,从而获得更宽的电势窗口,电化学性能得到提升㊂优异的电极材料可使超级电容器具有出色的功率密度㊁循环性能和能量密度㊂电极材料的优劣主要通过其比表面积㊁孔结构㊁活性位点和导电性进行评判[1]㊂金属有机骨架(metal-organic framworks,MOFs)是一种是由金属离子或金属簇和有机配体通过二价或多价配位键构建的三维结构,由于其具有比表面积高(1000~10000m2/g)和孔分布均匀(5~10nm)等优点[2],被广泛应用于吸附[3]㊁催化[4]与传感[5]等领域㊂但是较差的导电性和结构稳定性,限制了其在超级电容器中的应用㊂为此,研究人员以MOFs作为牺牲模板制得MOFs衍生物,MOFs衍生物作为超级电容器的电极材料时,比原生MOFs具有更优异的电化学性能,这主要得益于MOFs衍生物保留了原生MOFs丰富的孔结构和大的比表面积,同时拥有更稳定的结构和更快的载流子传输速度㊂相比普通的MOFs衍生物,纳米MOFs衍生物具有更为特殊的结构和各组分间的协同作用,其构建的超级电容器可以实现快速㊁稳定和高效的电荷储存[6]㊂本文总结了近年来MOFs衍生的纳米材料在超级电容器电极中的应用,详细阐述了策略选择和结构调制对其孔结构㊁载流子传输动力学㊁电化学性能㊁结构稳定性及机械性能的影响,为超级电容器用MOFs衍生纳米材料的研究提供指导㊂图1㊀超级电容器的分类及其充放电机理示意图[7]Fig.1㊀Classification of supercapacitors and their schematic illustration of charge-discharge mechanism[7]1㊀MOFs衍生纳米碳材料纳米多孔碳材料因其高比表面积㊁良好的导电性被广泛应用到EDLC[7]中(见图1)㊂以MOFs作为牺牲模板制备的纳米多孔碳(nano porous carbons,NPCs)保留了原生MOFs的多孔结构,故NPCs具有有序多孔网络结构,广泛作为超级电容器电极[8]㊂NPCs通常通过高温热解直接碳化获得㊂Zhuang等[9]在氩气气氛下高温碳化MIL-100(Fe)纳米颗粒,获得了具有高度石墨化的中空碳多面体(HCPs)㊂HCPs继承了原生铁基MOF的分级孔隙结构,故离子迁移速率快㊂当电流密度为50A/g时,HCPs超级电容器经过5000次充放电循环后,电容仍保持在较高水平㊂虽然NPCs可以继承原生MOFs的孔结构,但是碳化过程可能导致金属纳米颗粒在微孔为主的多孔结构中扩散和不可逆聚集,影响载流子在电极内部的吸附㊁反应㊁缓冲及通过[10]㊂Shang等[11]通过介孔二氧化硅保护煅烧,获得分散良好的ZIF衍生Co和N掺杂碳纳米框架Co,N-CNF㊂如图2(a)所示,以正硅酸四乙酯和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为孔导向剂,将mSiO2壳均匀涂覆在ZIF表面,进行高温热解,最后通过蚀刻去除mSiO2壳㊂mSiO2壳能有效防止Co,N-CNF纳米颗粒聚集和融合,故所得Co,N-CNF纳米结构具有清晰的分级孔结构㊁高比表面积(1170m2/g)和高累积孔体积(1.52m3/g)㊂结构调制赋予Co,N-CNF优越的孔结构和比表面积,保障了载流子在电极内部的活动和快速迁移,使超级电容器表现出优异的电化学1924㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷性能㊂MOFs碳化时的反应温度也至关重要㊂Yao等[12]将Zn基MOF在不同碳化温度(即850㊁950和1050ħ)下进行处理,得到MOF衍生的纳米多孔碳(MOF-NPC,分别表示为MNC850㊁MNC950和MNP1050)㊂研究表明,高温有利于增加纳米多孔碳的石墨化程度和导电性,但过高的温度会导致结构破坏,影响其稳定性和电化学性能(见图2(b)~(d))㊂NPCs材料通常亲水性较差,而N元素的引入有效改善了其在水性电解质中的润湿性㊂同时,N掺杂的NPCs具有更优秀的电催化活性㊂Zhu等[13]以ZIF-67为前驱体,在800ħ下碳化2h获得具有丰富孔结构的Co修饰氮掺杂多孔碳(Co-NPC),再进行磷化得到CoP修饰氮掺杂多孔碳(CoP-NPC)㊂最后将CoP-NPC锚定在还原氧化石墨烯片上获得超级电容器用复合材料(CoP-NPC/RGO)㊂由于CoP-NPC/RGO的3D互连多孔结构,CoP与氮掺杂碳基体之间的协同效应,故制备的超级电容器在1和20A/g的电流密度下,比电容高达466.6和252.0F/g㊂Fang等[14]以尿素为外加氮源,在氮气气氛下热解Zn-bioMOFs,获得了具有手风琴状分层结构的N掺杂类石墨烯碳纳米片(H-NCNs)㊂通过改变尿素用量,调节H-NCNs的氮掺杂程度和孔隙率,提升H-NCNs组装成超级电容器的比电容㊁倍率性能和能量密度㊂图2㊀mSiO2保护煅烧法合成Co,N-CNF过程[11](a)及Zn基MOF不同碳化温度产物MNC850(b)㊁MNC950(c)和MNC1050(d)的SEM照片[12]Fig.2㊀Synthetic procedure of the Co,N-CNF by the mSiO2protected calcination strategy[11]㊀(a)and SEM images ofMNC850(b),MNC950(c)and MNC1050(d)[12]聚合物和表面活性剂等也可调控MOFs衍生NPCs的结构㊂聚合物可作为MOFs衍生纳米多孔碳的结构导向剂和碳源㊂Wang等[15]以聚多巴胺(PDA)为ZIF-8NP的涂层材料,制备中空结构的氮掺杂碳(NC)㊂热解过程中,PDA层为ZIF-8 向外 拉动提供了驱动力,同时ZIF-8体积减小,形成中空结构㊂阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)㊁阳离子表面活性剂(如CTAB)和非离子表面活性剂等也被广泛用于控制MOFs 衍生物的形态和大小[16]㊂SiO2㊁聚合物或表面活性剂在MOFs表面形成壳,诱导MOFs生长为中孔㊁中空㊁蛋黄壳㊁多维中空或多孔结构的MOF衍生纳米多孔碳㊂尽管聚合物和表面活性剂优化了NPCs的结构,提高了NPCs的电化学性能,但这些策略也存在一些问题,例如SiO2辅助策略需要清除模板,步骤繁多㊁条件苛刻;聚合物辅助仅限于一些特定环境中;表面活性剂易引入杂原子等㊂故研究人员通过声化学[17]㊁盐模板[18]和有机化学蚀刻[19]等方法调制MOFs衍生的纳米多孔碳的结构,但是这些策略目前只用于特殊种类的MOFs㊂此外,研究人员还提出了利用零维材料和MOFs复合制备衍生纳米多孔碳,以期进一步提高超级电容器的电化学性能㊂Tang等[20]使用内部支持策略将零维石墨烯量子点(GQD)作为MOFs刚性支架,获得了高效的MOFs衍生纳米碳材料(GMPC)㊂高度结晶的GQD降低了衍生NPCs的缺陷密度,并构建了内部导电网络㊂当GQD和对苯二甲酸的质量比为0.35时,GMPC获得了优异的比表面积和导电率㊂这种多维耦合内㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1925㊀部支持策略显著提高了超级电容器的电化学性能㊂表1总结了其他高效MOFs衍生纳米碳材料及其复合材料的结构调制策略,以及调制后的表面形貌和电化学性能,为后续通过结构调制提升电极电化学性能和开发新策略提供帮助㊂表1㊀超级电容器电极材料用部分高效MOFs衍生纳米碳材料Table1㊀Some highly efficient MOF-derived nano-carbon materials for supercapacitor electrodes电极材料形貌制备策略或方法比表面积/(m2㊃g-1)电解液电流密度/(A㊃g-1)比电容/(F㊃g-1) HC-40-4[21]分级纳米结构碳化2837EMIMBF40.5206 Mn@ZnO/CNF[22]多孔十二面体碳化 6mol/L KOH1501Ni/Co-MOF-NPC-2ʒ1[23]空心微球纳米棒碳化1135ʃ272mol/L KOH11214N-NPC-850[24]互联微孔碳化12446mol/L KOH1479UT-CNS[25]超薄纳米片自底向上合成1535.246mol/L KOH0.5347 MOF525-NC1.35[26]立方体碳化和酸化7861mol/L H2SO42425HZC-2M-2h[27]中空十二面体葡萄糖辅助水热7456mol/L KOH0.5220NiO x@NPC[28]立方结构溶剂热15236mol/L KOH1534NGCA[29]蜂窝状干法冷冻和连续高温10856mol/L KOH1244DUT-5-CN[30]二维纳米结构煅烧415.26mol/L KOH0.5100 Zn/Co-MOF-NPC[31]分级多孔结构煅烧和酸洗11376mol/L KOH0.5270Ni-Fe-O/NPC@PCNFs-400[32]四面体纳米棒自模板MOF合成52.953mol/L KOH11419 ZIF-8-NC/rGO[33]碳纳米纸煅烧和酸浸489.36mol/L KOH1280C-S-900[34]三维分层海绵一步热解法1356.36mol/L KOH20226HZ-NPC[35]多面体结构高温碳化约2026mol/L KOH2545 CTAs@NCBs-700(T)[36]纳米棒阵列乙醇原位催化蒸发9051mol/L H2SO41mA/cm2244㊀㊀注:参考文献22㊁24㊁33㊁34的材料采用双电极体系进行电化学性能测试,其余材料测试均采用三电极体系㊂2㊀其他MOFs衍生的纳米材料基于金属氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物及磷化物构建的赝电容超级电容器(见图1(b))在充放电过程中主要通过氧化还原反应进行能量储存,故这些材料比NPCs构筑的超级电容器具有更高的能量密度㊂因此研究人员以MOFs为牺牲模板,合成了MOFs衍生的氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物和磷化物㊂这些MOFs衍生的纳米材料继承了原生MOFs的有序孔道结构,作为超级电容器的电极材料时,具有更优异的电化学性能㊂其与NPCs组成的非对称超级电容器以及使用单一材料的对称超级电容器相比,拥有更宽的工作电压窗口㊁更高的能量密度以及更优越的循环稳定性[37]㊂Li等[38]向ZIF-67中添加适当比例的钴和镍离子,制备了衍生自双金属咪唑骨架的化合物空心NiCo2O4和片状Co3O4/NiCo2O4,得益于其独特的片状结构以及镍钴两种金属元素的协同作用,Co3O4/NiCo2O4电极在0.5A/g的电流密度下显示出846F/g的高比电容㊂具有丰富活性位点和独特结构的层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)展现出超高理论电容,故LDHs成为混合超级电容器(hybrid supercapacitor,HSC)的理想电极材料之一㊂然而,当一些环境条件发生变化时,离子之间的相互作用增强,导致LDHs团聚,影响了载流子的储存㊁交换和释放[39],影响了LDHs超级电容器的电化学性能㊂为了缓解LDHs的团聚,研究人员利用MOFs和LDHs制得了MOFs衍生的纳米层状氢氧化物(MOFs-LDHs)㊂Zhang等[40]在MOF的分级结构中原位蚀刻/电沉积,构建了界面扩散电极HKUST-1@CoNiLDH(见图3(a))㊂在1A/g的电流密度下,其比电容为297.23mA㊃h/g㊂HKUST-1@CoNiLDH 与活性炭阳极制成的HSC具有相当可观的能量密度和功率密度(39.8W㊃h/kg和799.9W/kg)㊂Hu等[41]使用电化学阴离子交换方法控制MOFs的水解,合成了多孔Ni/Co氢氧化物纳米片㊂电化学阴离子交换后, MOFs纳米片的有机配体可以循环再利用㊂当NiʒCo的摩尔比为7ʒ3时,多孔Ni/Co氢氧化物电极的能量密度和功率密度高达74.7W㊃h/kg和5990.6W/kg,经过8000次充放电循环后仍具有较高电容保持率㊂在电化学阴离子交换方法控制MOFs水解策略中,可循环利用的有机配体降低了电极的制备成本,这种结构调制方法为后续制备成本更低和更环保的电极材料提供了参考㊂除了MOFs衍生的氧化物和LDHs被广泛作为超级电容器电极,MOFs衍生的硫化物也受到了较多的关注㊂MOFs衍生的硫化物比MOFs衍生的氧化物和LDHs的结构更灵活,与过渡金属之间的配位能力更好㊂1926㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷Acharya等[42]采用MOFs介导硫化合成了瘤状Ni-Co-S纳米材料,并将中空和多孔NiMoO4纳米管集成到rGO 涂覆的泡沫镍上,制备了NiMoO4@Ni-Co-S超级电容器电极材料㊂经过硫化和刻蚀后,NiMoO4@Ni-Co-S电极独特的开放框架和管状结构极大缩短了载流子迁移路径,促进了复合电极的法拉第反应速率㊂在2mol/L 的KOH电解质中,1A/g的电流密度下,获得了318mA㊃h/g的高比容量;经过10000次充放电循环后,初始电容保持率仍高达88.87%,展现了其优异的循环性能㊂磷化物自然丰度高㊁环境友好㊁价格低廉㊂MOFs衍生的金属磷化物纳米材料用作超级电容器电极时,由于多组分的协同作用,增强了电极材料的电导率㊁氧化还原反应动力学和循环性能[43]㊂He等[44]通过水热法实现了层状砖堆叠NiCo-MOF组件的局部磷化,制备了由镍/钴MOF(NiCo-MOF)和磷化物(NiCoP)组成的功能异质结构(NiCoP-MOF)㊂NiCoP-MOF中P-O可以有效防止NiCoP晶体在离子储存和交换时被破坏,赋予了NiCoP-MOF极佳的结构稳定性㊂以其制备的超级电容器的比电容㊁能量密度和功率密度远优于NiCo-MOF㊂Chhetri等[45]通过核-壳静电纺丝技术制备了中空碳纳米纤维(HCNF),然后进行连续稳定和碳化㊂在HCNF内外合成了双金属MOF(Ni和Fe基),并通过磷化转化为双金属磷化物(Ni-Fe-P)㊂HCNF独特的高孔隙率和中空通道,极大提升了电解质离子/电子的传输速率㊂故(Ni-Fe)-P-C@HCNFs电极展现出优异的电化学性能㊂图3㊀HKUST-1@CoNiLDH[40](a)和MOF/MXene/NF[46](b)基电极的合成示意图Fig.3㊀Schematic illustration of synthesis process of HKUST-1@CoNiLDH(a)[40]and MOF/MXene/NF(b)based electrodes[46]尽管MOFs衍生的金属氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物和磷化物等纳米材料展现出了优异的电化学性能,但是这些衍生物仍存在金属离子与有机配体之间的弱配位键和不稳定性㊁活性位点利用率低以及晶格失配等诸多问题,导致在储能领域的应用受到了诸多限制㊂针对这些问题,研究人员使用不同的合成策略和结构调制方法开发了MOFs衍生的多元材料和复合材料㊂通过不同元素之间的协同作用和更高效的纳米结构来改善电极材料的电化学性能[47]㊂Li等[48]使用电沉积和CVD制备了阵列结构材料㊂在MOF-CVD过程中,树状阵列之间的自由空间有效缓解了体积膨胀,保证了阵列结构的结构完整性和稳定性㊂在20A/g的高电流密度下,比电容高达368F/g;在经过10000次循环后,电容保持率高达95.9%㊂此外,可利用界面工程构建异质纳米结构,调整混合MOFs衍生纳米材料和其他材料形态,提高超级电容器的电化学性能[49]㊂Yang等[46]通过温度控制退火工艺在泡沫镍(NF)(即MOF/MXene/NF)上制备Ni-MOF/V2CTx-MXene-300复合材料㊂随后在不改变晶体结构的情况下,构建了分级多孔纳米棒复合材料㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1927㊀的异质结构(见图3(b))㊂其构建的异质结结构与活性炭/NF作为阳极组成的超级电容器的能量密度和功率密度分别为46.3W㊃h/kg和746.8W/kg,循环15000次后,初始容量保持率高达118.1%,这得益于Ni O V键的界面相互作用可以有效地调节组件的电子结构,增强电子传导性和反应性㊂MOFs衍生超级电容器电极材料的合成策略主要包括模板碳化策略㊁表面修饰策略㊁衍生金属化合物策略等㊂在模板碳化策略中,将MOFs直接高温热解或水热处理生成碳骨架,这种方法可以获得具有高比表面积的和多孔结构的碳材料[50]㊂在表面修饰策略中,通过一些化学修饰将纳米颗粒引入到MOFs的表面或内部,改善MOFs的电化学性能和储能性能[51-52]㊂在衍生金属化合物策略中,将MOFs衍生成金属氧化物㊁双层氢氧化物㊁金属磷化物以及金属硫化物,这些金属化合物具有优异的电化学活性,是超级电容器电极极具潜力的材料[53-54]㊂值得注意的是,具体的合成策略可能会根据具体的MOFs材料和应用需求而有所差异,在设计和合成过程中,需要综合考虑材料的电化学性能㊁稳定性和成本等因素㊂结构调制在MOFs衍生超级电容器电极材料的合成过程中也十分重要,其中经结构调制后的MOFs衍生的多元材料和复合材料所展现的电化学性能尤为突出㊂Pathak等[55]通过同轴静电纺丝合成了具有足够柔韧性㊁导电性和高度功能化的含有中空碳纳米纤维(MXHCNF)的MXenes,并在MXHCNF内外装饰聚吡咯层得到PPy@MXHCNF㊂PPy@MXHCNF作为独立电极的高效基底,均匀生长了ZnCoMOF㊂该材料作为超级电容器电极(ZCO@PPy@MXHCNF)时,在1A/g的电流密度下具有1567.5F/g的超高比电容㊂ZCO@PPy@MXHCNF 电极的高比电容主要源于其独特的三层结构形态学㊁自行设计的高效基底以及双金属MOFs提供的协同作用㊂当前不同种类材料的耦合受到了研究人员的广泛关注,在超级电容器的电极设计方面,电极材料之间的协同作用可提升离子载流子传输动力学㊁结构稳定性以及电容性能等[56-57]㊂Jayakumar等[58]将MOF衍生的双金属氧化物与石墨烯3D水凝胶耦合,通过连续且多孔的石墨烯导电网络实现了2870.8F/g的高比电容㊂Shao等[59]在UiO-66的孔中生长聚苯胺分子链(PANI/UiO-66),形成固定的互穿网络结构㊂PANI/UiO-66通过多种协同作用增强了其电导率和电化学性能,以其为电极材料制备的柔性超级电容器在800个180ʎ的弯曲周期后,其性能仅下降10%,这种柔性超级电容器在储能装置中显示出了巨大的潜力㊂3㊀结语与展望本文综述了目前MOFs衍生碳材料㊁氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物以及磷化物作为高效超级电容器电极材料的研究进展,概括和总结了目前超级电容器电极用MOFs衍生材料的合成策略和结构调制方法㊂在孔结构的设计中,微孔用于EDLC载流子的吸附和赝电容的体相反应,介孔用于载流子的交换,大孔主要用于载流子的储存扩散㊂通过结构调制调整MOFs衍生材料的结构尺寸㊁孔隙率和载流子通道对提高超级电容器的电化学性能至关重要㊂尽管目前MOFs衍生物具有高比电容㊁高功率密度㊁快充放电及长循环寿命等优异的超级电容行为,但后续电极材料的开发仍存在合成策略选择的多样性㊁结构调制不确定性和不稳定性㊁合成过程消耗能量大,以及环境问题等,限制了其在超级电容器中的商业化应用㊂为了进一步提高超级电容器用MOFs衍生材料的电化学性能,促进超级电容器的商业化,需从以下几个方面进行进一步的探究㊂对于MOFs衍生碳材料,可将其与杂原子进行掺杂,在原子水平上调节材料的原子/分子结构,通过改变材料的电子结构来提高超级电容器的性能㊂此外,进一步深入研究MOFs衍生碳材料的储能机理㊂通过先进的表征方法获得其在循环过程中的形貌㊁价态㊁结构和组分变化,建立研究模型,通过计算机模拟手段对其建立材料模型以及材料数据库,并结合机器学习和大数据模型对材料进行更直观的表达和预测㊂对于MOFs衍生氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物以及磷化物纳米材料,首先可通过不同过渡金属离子与配体结合,构建新型拓扑结构的原生MOFs,再通过硫化或磷化调节组分活性,提升MOFs衍生纳米电极材料电容特性和结构稳定性㊂其次,尝试MOFs衍生的多元材料与不同维度㊁不同种类以及不同特性的材料耦合,提升电化学性能和机械性能㊂最后MOFs衍生的多元材料在复合时存在缺陷和引入杂原子等问题,故需系统研究异质原子掺杂量和位错缺陷浓度之间的关系,并深入探究位错缺陷浓度对电极材料的导电性㊁电化学活性以及结构稳定性的影响㊂此外,MOFs衍生氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物㊁磷化物和其复合所得的材料在不同电解质中电容表现不同,故需通过合理匹配电极和电解质,降低电极在循环过程中的衰变㊂1928㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷参考文献[1]㊀XU 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纳米材料复习内容答案
纳米材料复习题1、简单论述纳米材料的定义与分类。
2、什么是原子团簇? 谈谈它的分类。
3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径?4、论述碳纳米管的生长机理（图）。
答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。
（1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。
根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。
①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移；②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端；（2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。
①表面扩散机理：用苯环坐原料来生长碳纳米管，如果苯环进入催化剂内部，会被分解而产生碳氢化合物和氢气同时副产物的检测结果为只有氢气而没有碳氢化化物。
说明苯环没有进入催化剂液滴内部，而只是在催化剂表面脱氢生长，也符合“帽式”生长机理。
5、论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。
（1）气相法反应机理包括：V-L-S机理、V-S机理、碳纳米管模板法、金属原位生长。
①V-L-S机理：反应物在高温下蒸发，在温度降低时与催化剂形成低共熔液滴，小液滴相互聚合形成大液滴，并且共熔体液滴在端部不断吸收粒子和小的液滴，最后由于微粒的过饱和而凝固形成纳米线。
②V-S机理：首先沉底经过处理，在其表面形成许多纳米尺度的凹坑蚀丘，这些凹坑蚀丘为纳米丝提供了成核位置，并且它的尺寸限定了纳米丝的临界成核直径，从而使生长的丝为纳米级。
不同分级结构ZnO的制备及催化分解AP性能研究
ＮＯ ａ Ｈ的物 质的量 ， 片状分级结构 Ｚ Ｏ用 量为 ４ｍｍ ｌ而棒 状分 ｎ ｏ，
级结构 的 Ｚ Ｏ用量为 １ ｍ ｌ说 明碱 的用量对 Ｚ Ｏ的形貌有很 ｎ ６ｍ ｏ， ｎ 大 的影 响。可 能 的原 因可 以 分析 为 ， 碱 大大 过 量 的情 况 下 ， 在
２ 结 果 与 讨 论
第４ Ｏ卷第 ５期
２１ ０ ２年 ３月
广
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化
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｖｏ ． ． １４０ Ｎｏ ５
Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔ ａ ｇ ｈ ｕ Ｃ ｅ ｃｌＩｄ ｓ ｙ ｒ
Ｍａｃ ． ０１ ｒｈ ２ ２
不 同分 级 结构 Ｚ Ｏ的 制 备 及 催 化 分 解 Ａ ｎ Ｐ性 能研 究
关 键 词 ：ｎ ； ＺＯ 分级结构 ；ｔ 性能 ； 氯酸铵 ／化 ｔ ￣ 高
中图分 类号 ：Ｑ ３ ，６３ Ｔ ０６ ０４
文献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ １ ９７ （０２０ — １６ ０ １ — ６７ ２ １）５ ０ １ — ３ ０
Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｏ ｉｒ ｒ ｈｉａ ｔ ｕｃｕｒ ｓｏ ｅ ａ ａ ｉｎ ｆＨ ｅ ａ ｃ ｃ ｌＳ ｒ ｔ ｅ ｆＺｎＯ
毛广秀 ，郭 晓丹
（ 苏省低 维材 料化 学重点 建设 实验 室 ，淮 阴师 范学院化 学化 工 学 院 ，江 苏 淮安 江 ２ ３０ ） ２ ３０
摘 要 ： 采用水热法 ， 在乙酸锌 、 氢氧 化钠体 系 中 ， 过调 节氢 氧化 钠 的用量 成功合 成 了片状 和棒 状为组 装单 元 的分 级结 构 通
第 ４ 第 ５期 ０卷
毛广 秀等 ： 同分级结构 Ｚ Ｏ的制备及催化分解 Ａ 不 ｎ Ｐ性能研究
水热法合成分层的羟基氧铝纳米结构
第 ７期
２１ ０ ２年 ７月
吉 林 化 工 学 院 学 报 Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ ＩＩ Ｓ ＩＵ Ｅ Ｏ Ｈ ＭＩＡＬＴ Ｃ Ｏ Ｏ Ｙ Ｏ Ｒ Ａ ＦＪＬＮ Ｉ ＴＴ Ｔ ＦＣ Ｅ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ Ｇ Ｎ
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分辨 透射 电子 显 微 镜 （ Ｔ Ｍ） 进 行 （ 作 电 ＨＲ Ｅ 上 工
难去除的模板剂 ， 经过 ５０ｏ焙烧处理， ０ Ｃ 结构仍为 无 定形 ， 纳 米 管 形 貌 遭 破 坏 ． ｈ 且 Ｚ ｕＨ Ｙ等 用 Ｐ Ｏ为表 面活性 剂 ， ３３Ｋ时合 成 小 于 １０ａ Ｅ 在 ７ ０ ｍ
吉
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２１ ０ ２年
通过上述实验分析认为 “ 稻草束” 香瓜” 和“
的形 成机 理如下 ： 首先 ， 在水 热 以及 表 面活性 剂存 在 的条 件 下 ， 酸 铝 的 水 溶 液 缓 慢 的水 解 生 成 硝 ＡＯ Ｈ 的细小 纳米线 或 纳米 带 ， 着 反应 时 间 的 １Ｏ 随 延长 ， 这些 纳米 线 或 纳米 带 沿着 某 一 个 方 向 自组 装成二 维 的分级结 构 ， 最终 得到 了稻 草束状／ 香瓜
锈钢反应釜 中，８ ＝ １０ｃ 恒温 ２ ． 【 ４ 冷却后 ， ｈ 沉淀经 离心 分离 ， 分别用 无水 乙醇 和水洗 涤几 次 ， 温干 室 燥 ． 到乳 白色 粉末状 固体 ． 得 １ ３ 羟基 氧铝 的表征 ． 用 日本 ＲｇｋＤ ａ２０ Ｘ射 线 粉 末 衍 射 ｉ ｕ ｍ ｘ００ 一 ａ （ ｕ ａＡ＝ ．４ Ａ） ＣＫ １５ １ 对所得 Ａ Ｏ Ｈ进行 了组成 测 ８ ＩＯ 定． 其形貌 和微观形态表征 在 ＪＯ ， Ｍ ２１ 黾 Ｅ ＬＪ ． ０ Ｅ ０ 透射 电子显微 镜 （ Ｅ ，Ｅ Ｌ Ｊ Ｍ ２ １Ｆ Ｆ高 Ｔ Ｍ） ＪＯ ，Ｅ ． ０ Ｅ ０
微纳米分级结构
微纳米分级结构
微纳米分级结构是一种在微观尺度上展示出复杂结构特征的物质形态。
其尺寸通常在微米到纳米之间，这一尺寸范围使得它们既具有微观物质的结构特性，又能够与宏观物质的大尺度行为相联系。
微纳米分级结构的形成通常涉及到多种物理、化学和生物学的过程，这些过程可以在不同的时间尺度和空间尺度上发生和演化。
微纳米分级结构的显著特点包括：
高比表面积：由于其分级结构的特点，微纳米材料具有非常大的比表面积，这使得它们在催化、能源、环境等领域具有广泛的应用前景。
优异的物理性能：由于其独特的结构，微纳米分级结构往往具有优异的物理性能，例如高强度、高韧性、高导电性等。
可调的孔径和孔隙率：通过改变制备条件，可以控制微纳米分级结构的孔径和孔隙率，使其在过滤、吸附、催化等方面具有更好的应用效果。
良好的生物相容性：由于其尺寸与生物细胞相当，微纳米分级结构具有良好的生物相容性，可以用于药物输送、组织工程等领域。
微纳米分级结构的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法等。
这些方法可以根据不同的应用需求和材料特性进行选择和优化。
总之，微纳米分级结构作为一种新型的物质形态，在许多领域都具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，人们对于微纳米分级结构的研究和应用将会更加深入和广泛。
纳米片组装的Zn2SnO4空心八面体分级结构的制备与发光性能(英文)
潘 军 奚 宝娟 周 红 洋 闫 岩 钱 逸 泰
（ 中国科 学技 术 大 学化 学与 材料 科 学 学院 ， 合肥 ２ ３ ０ ０ ２ ６ ）
摘 要 ：以 乙酸 锌 、 四氯 化 锡 、 氢氧化钠 为原料 ， 在２ ０ ０ 用Ｌ － 赖 氨 酸 辅 助 合 成 纳 米 片 组 装 的锡 酸 锌 （ Ｚ ｎ ２ Ｓ ｎ ０ ４ ） 空 心 八 面 体 分 级 结
Ｐ Ａ Ｎ Ｊ ｕ ｎ Ｘ Ｉ Ｂ ａ ｏ — Ｊ ｕ ａ ｎ Ｚ ＨＯ Ｕ Ｈｏ ｎ ｇ — Ｙ ａ ｎ ｇ Ｙ ＡＮ Ｙ ａ ｎ Ｑ Ｉ Ａ Ｎ Ｙ ｉ — Ｔ ａ ｉ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＣ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｔ ｉ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆＳ ｃ ｅ ｉ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆＣ ｈ ｉ ｎ ￣ Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ２ ６ ）
关键 词 ：锡 酸 锌 ； Ｌ 一 赖氨酸 ； 水 热 合 成 ；光 致 发 光
中 图分 类 号 ： ０ ６ １ ４ ． ２ ４ ＋ １ ； ０ ６ １ ４ ． ４ ３ ＋ ２
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ８ ６ １ （ ２ ０ １ ０ ） ０ ６ — ０ ９ ３ ９ — ０ ７
稀土元素掺杂氮化铝纳米材料的研究进展
稀土元素掺杂氮化铝纳米材料的研究进展基金项目：2021年北华大学大学生创新创业训练计划项目“自组装AlN稀磁半导体纳米结构构建”（202110201068）摘要:氮化铝(AlN)是一种宽禁带III族氮化物，具有导热系数高、机械强度强、热稳定性好、介电常数低等优点。
稀土元素(RE)掺杂被认为是进一步提高AlN性能及其应用的有效方法。
本文对几种RE元素掺杂AlN后所形成的稀磁半导体(DMS)纳米结构进行介绍，阐明微纳结构与光电性能间的构效关系与物理本质，为稀土元素掺杂氮化铝纳米材料的潜在应用提供理论依据。
关键词:氮化物；稀土元素；掺杂；纳米结构中图分类号:O469文献标识码: A材料的性能与结构密切相关，实现材料形貌、取向、维度的可控合成是材料科学研究的热点和难点。
纳米材料由于尺寸效应往往具有与其体材料完全不同的物理特性，而由多个纳米单元组合而成的纳米系统常可以表现出比单个纳米单元更优异的特性，这种自发组装的行为吸引了研究者的广泛关注。
对纳米材料自发组装行为的系统研究，不仅有助于加深对纳米科学的理解，还能获得具有协同增强效应的新型材料，在光电技术、气敏光敏、能源储存、催化传感等领域具有重要用途。
氮化铝(AlN)作为一种重要的功能材料，在电子、光电和发光器件等领域受到广泛关注。
稀土元素(RE)掺杂被认为是进一步提高AlN性能及其应用的有效方法。
掺杂可以通过增加载流子数量来改善AlN的电子性能。
AlN作为带隙最大的半导体材料(6.2 eV)，可通过掺杂剂实现从紫外到红外范围的带隙调控。
引入适当的掺杂剂，可以制备出性能优异的稀磁半导体(DMS)。
因此，RE掺杂AlN具有新颖的电子、光学和磁性能，在光电子和自旋电子学器件领域具有重要意义。
目前，有关RE掺杂AlN纳米结构合成和掺杂行为对AlN晶体生长及物性影响的研究相对较少。
本文基于等离子体辅助直流电弧放电装置，对多种稀土元素掺杂氮化铝纳米结构的合成工作进行介绍，通过对多种物性表征的结果进行分析，建立纳米结构与各项物性之间的构效关系，为可控制备稀土掺杂AlN纳米结构提供新思路。
仿生分级结构NiO纳米线／纳米纤维的可控制备及光催化性能
米线／ 纳米纤维．采用 扫描 电子显微镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 Ｘ射线衍射仪 （ ＸＲ Ｄ） 和比表 面积分 析仪分别对其形貌 、晶型
和孔 结构进行 了表征．以水体 中的有 色染料 亚 甲基蓝为模型污染物 ， 研究 了分级结构 Ｎ ｉ Ｏ纳米线／ 纳米纤 维 的光催化性能．结果表 明 ， 在１ ８ ０ ｍｉ ｎ内，以分级结构 Ｎ ｉ Ｏ为催化剂 时 ， 亚 甲基 蓝的降解率 达到 了 ９ ７ ％ ，分 别是以纳米纤维和纳米粒子为催化剂时 的 １ ． ２ ４倍 和 ２ ． １ ６倍．
（ Ｎ ｉ Ｏ Ｎ ＷＮ Ｆ ｓ ） 膜， 并对其分级结构微观形貌 、 晶型和孔结构进行了表征 ， 研究了其光催化降解水体 中
亚 甲基 蓝 （ ＭＢ） 有 色染料 的性 能 ．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ — １ ８ ．
基金项 目：国家 自然科学基金 （ 批准号 ： ２ １ １ ０ ２ ０ ３ ３ ） 、辽宁省教育厅基金 （ 批准号 ：Ｌ ２ ０ １ １ １ ２ ２ ） 和 国家海洋局海 洋溢油鉴别与损 害评 估技术重点实验室开放基金 （ 批准号 ： ２ ０ １ ２ ０ ５） 资助．
Ｖｏ １ ． ３ ４ ２ ０ １ ３年 １ １月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｉ Ｅ Ｓ
Ｎｏ ． １ １
２ ６ ２ ３ ～２ ６ ２ ８
仿生分级结构 Ｎ ｉ Ｏ 纳 米 线／ 纳 米 纤 维 的 可 控 制 备 及 光 催 化 性 能
潘 超 ， 董 丽 ，马 玲 ， 杨桂娟
（１ ．大 连 海 洋 大 学 理 学 院 ， 大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ；
分级结构氮掺杂碳纳米笼担载的铂基高效甲醇氧化电催化剂
分级结构氮掺杂碳纳米笼担载的铂基高效甲醇氧化电催化剂蒋湘芬;王学斌;沈丽明;吴强;王秧年;马延文;王喜章;胡征【期刊名称】《催化学报》【年(卷),期】2016(37)7【摘要】高性能低成本的担载型铂基催化剂是直接甲醇燃料电池(DMFC)实用化过程中的一大挑战.利用高比表面积、高稳定性、容易负载金属的载体实现 Pt颗粒的高度分散,既可提高催化剂的催化性能,又可提高 Pt的利用率以降低成本,是担载型Pt基催化剂实用化的有效途径.碳材料是一种常用的催化剂载体,近年来我们课题组发展了一种高性能的碳纳米笼材料,并可通过异原子掺杂调变其表面性能,提高其活性和负载能力.我们采用原位氧化镁模板法制备氮掺杂碳纳米笼：以具有多级结构的碱式碳酸镁作为氧化镁模板的前体,吡啶为碳源和氮源,经高温热解沉积,在原位形成的氧化镁模板表面形成氮掺杂的石墨化碳纳米薄层；经稀盐酸浸泡并洗涤,获得高纯度的氮掺杂碳纳米笼.氮掺杂碳纳米笼具有分等级的微纳米结构、高导电性、高比表面积和可调变的孔结构,结合表面氮原子的锚钉作用,氮掺杂碳纳米笼有望成为电化学催化剂 Pt的优良载体.<br> 在前期研究基础上,本文探索多级结构氮掺杂碳纳米笼(hNCNC)作为新型载体负载 Pt的能力,并评价所构建的负载型催化剂 Pt/hNCNC的电催化性能.通过简便的微波辅助多元醇还原法,将氯铂酸还原成Pt纳米粒子负载于 hNCNC的表面.为了揭示氮掺杂的效应,我们对比研究了具有相似分级结构但无掺杂的碳纳米笼(hCNC)以及商业化活性炭(Val-can XC-72)作为载体的情况.经热重(TG)和 X射线光电子能谱(XPS)分析,三种催化剂 Pt/hNCNC、Pt/hCNC和 Pt/XC-72的负载量均接近理论负载量(23.1 wt%),都主要以金属态存在.然而,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果表明, Pt/hNCNC的Pt分散状态优于 Pt/hCNC,更远优于 Pt/XC-72. Pt/hNCNC的平均 Pt粒径最小,仅约3.3 nm.这种良好的分散状态主要得益于氮原子掺杂,高负电性的氮原子改变了局域的表面极性,有利于 Pt颗粒的成核,也有利于固定 Pt颗粒.<br> 由于hNCNC对 Pt的优异分散能力, Pt/hNCNC表现出高的电化学活性面积.氢吸附和一氧化碳溶出伏安曲线表明, Pt/hNCNC的电化学活性面积高于 Pt/hCNC和Pt/XC-72,这与显微观察和 X射线衍射(XRD)结果相吻合. Pt/hNCNC展现出优异的甲醇电催化氧化活性和高稳定性,其催化电流明显高于 Pt/hCNC和 Pt/XC-72,电流衰减亦慢于 Pt/hCNC和 Pt/XC-72. hNCNC的分级微纳米结构有利于孔内传质和电子输运,从而提高反应速度. hNCNC的氮掺杂有利于 Pt在载体表面的分散,增强了载体-金属相互作用,提高了电化学活性面积和催化活性.为了进一步考察hNCNC对 Pt的负载能力,本文还考察了高负载量 Pt/hNCNC的性能.在负载量高达60 wt%时, Pt/hNCNC中的 Pt颗粒仍无明显聚集,其甲醇氧化电流增加了30%,可以有效提高 DMFC的输出电流密度.<br> 综上可见, hNCNC可以有效分散并稳定 Pt颗粒,从而提高电化学活性面积和甲醇电催化氧化活性,优于未掺杂的碳纳米笼和传统碳材料,展示了 hNCNC高分散 Pt颗粒用作 DMFC的高效阳极催化剂的重要前景,也表明 hNCNC有望成为应用广泛的新型载体.%Hierarchical nitrogen‐doped carbon nanocages (hNCNC) with large specific surface areas were used as a catalyst support to immobilize Pt nanoparticles by a microwave‐assisted polyol method. The Pt/hNCNC catalyst with 20wt%loading has a homogeneous dispersion of Pt nanoparticles with the average size of 3.3 nm, which is smaller than 4.3 and 4.9 nm for the control catalysts with the same loading supported on hierarchical carbon nanocages (hCNC) and commercial Vulcan XC‐72, respec‐tively. Accordingly, Pt/hNCNC has a larger electrochemical surface area thanPt/hCNC and Pt/XC‐72. The Pt/hNCNC catalyst exhibited excellent electrocatalytic activity and stability for methanol oxidation, which was better than the control catalysts. This was attributed to the en‐hanced interaction between Pt and hNCNC due to nitrogen participation in the anchoring function. By making use of the unique advantages of the hNCNC support, a heavy Pt loading up to 60 wt%was prepared without serious agglomeration, which gave a high peak‐current density per unit mass of catalyst of 95.6 mA/mg for achieving a high power density. These results showed the potential of the Pt/hNCNC catalyst for methanol oxidation and of the new hNCNC support for wide applications.【总页数】7页(P1149-1155)【作者】蒋湘芬;王学斌;沈丽明;吴强;王秧年;马延文;王喜章;胡征【作者单位】南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国; 日本国立材料研究所，国际纳米结构材料研究中心，筑波3050044，日本;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国;南京大学化学化工学院，介观化学教育部重点实验室，江苏南京210023，中国【正文语种】中文【相关文献】1.用于PEMFC的介孔碳担载铂氧化钨电催化剂的制备与表征 [J], 张华;储凌;陈雨;陈航榕2.掺氮纳米炭球担载高分散钯纳米催化剂的制备及其苯甲醇氧化性能 [J], 郝燕;王帅;孙蔷;石磊;陆安慧3.基于纳米碳化钼/硼氮共掺杂二维碳复合结构催化剂制备及电化学析氢反应性能研究 [J], 高占明;吴籼虹4.石墨烯纳米片担载 Pt-Pd双金属纳米球作为甲醇氧化的电催化剂 [J], 杨子娟;赵梦溪;陈森;樊阳5.N,O共修饰的Ni纳米颗粒/氮掺杂介孔碳CO2高效电还原催化剂 [J], 王敏;解琦;陈会敏;刘光波;崔学晶;姜鲁华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分级纳米硫化亚锡的合成及形貌控制
分级纳米硫化亚锡的合成及形貌控制硫化亚锡由于其理想的禁带宽度、丰富的蕴藏量及无毒无害的特点，使其在太阳能转换方面的研究倍受关注。
文章首先采用溶剂热的方法合成分级纳米硫化亚锡，然后通过改变硫源、反应温度、配位剂及含量、表面活性剂等实验条件合成了不同形貌的SnS。
最后以硫脲为硫源，以5mL三乙醇胺为配合剂，反应温度为200℃合成的SnS进行了光催化性能研究，结果表明，由于其具有较大的比表面积和较小的表面缺陷，表现出较好的吸附性能和光催化性能。
标签：硫化亚锡；分级纳米结构；光催化性能SnS是一种重要的半导体材料，其直接带隙和间接带隙分别为1.2～1.5eV和1.0～1.1eV，与太阳辐射有很好的光谱匹配，因而在太阳能电池中作为光吸收层[1，2]，场效应晶体管、红外探测器、锂离子电池的阳极材料都有很好的应用前景。
近来，将其用于可见光催化[3-6]也有些报道。
Biacchi等[7-10]以硫代乙酰胺为硫源，以油酸、十八烯为溶剂，以1-正辛基膦、六甲基二硅氮烷为络合剂采用溶胶法合成10nm左右立方体和多面体，以及200nm左右的纳米片，并检测了它们对甲基蓝的光催化分解作用，探讨了光催化性能与SnS暴露面的关系。
Patra[7]以硫脲为硫源，同样以油酸为溶剂，以1-正辛基膦、十六烷基胺、十八胺、三丁基膦多种物质为添加剂采取溶胶法得到10nm左右的立方体和三角体，对其光催化性能进行了评估并探讨了同样的问题。
Hu等[8]以二乙基二硫代氨基甲酸脂为硫源，以油胺、二硫化碳为溶剂用溶胶法合成片状SnS，具有一定的光催化性能。
Chao[9]简单地以硫脲为硫源，以乙二醇为溶剂用溶胶法合成了SnS纳米花状结构，也具有较好的光催化性能。
Zhang等[10]也以乙二醇为溶剂用溶胶法分别合成了纳米花及20nm左右的纳米粒子，结果证明比表面积高的纳米花比纳米粒子具有更好的催化性能[11]。
虽然上述patra和Hu在合成方法中所用的长链烷基酸、脂或膦类对SnS 形貌控制起到很好的效果，但它们多数价格昂贵，在空气中易氧化或挥发，且复杂的体系不易后期的废物处理。
分级纳米结构阵列
分级纳米结构阵列
分级纳米结构阵列是指由一维或准一维的纳米棒、纳米锥以及纳米线等按特定方向在同种或异种材料表面上有序排列而成的分级纳米结构。
这种结构排列致密规整，晶体取向一致，与相应的光、染料、有机物等反应媒介具有更大的接触面积。
此外，分级纳米结构阵列含有大量的定向传输通道，因此其材料往往具有优异的传导性能，在电子器件方面具有广泛的应用前景。
分级纳米结构阵列的优点包括：
1. 防止低维纳米结构的团聚，同时保证纳米材料自身的结构和形貌不被破坏。
2. 构建后得到的三维纳米结构具有较大的比表面积。
3. 构建单元的排列组装可以产生协同效应和耦合效应。
分级纳米结构阵列的制备方法主要有催化剂辅助生长法、模板辅助生长法、化学/物理自组装法和二次形核法等。
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分级纳米结构
分级纳米结构是一种材料的结构设计方法，它通过将多个不同尺寸的纳米结构组装在一起，形成一种新的复合材料。
这种设计方法的优点在于可以同时利用不同尺寸的纳米结构的优良性能，例如高强度、高导电性、高吸附能力等，从而得到更加优异的性能表现。
分级纳米结构设计中的关键是如何控制不同尺寸的纳米结构的组装方式，以及如何控制它们之间的相互作用。
其中一种常见的方法是采用自组装技术，在一个大的表面上控制纳米结构的自组装行为，从而获得所需的分级纳米结构。
这种方法的优点在于可以轻松地制备大面积的分级纳米结构，而且制备过程简单、成本低廉。
分级纳米结构应用广泛，其中一些应用包括：
1. 电子器件：分级纳米结构可以被用于制备高性能电子器件，例如高精度传感器、高效能太阳能电池等。
2. 能源存储：分级纳米结构可以用来制备高性能的储能材料，例如超级电容器、锂离子电池等。
3. 传统材料的改良：分级纳米结构可以被用来改良传统的材料，例如增强金属的塑性变形、提高聚合物的强度和硬度等。
总的来说，分级纳米结构作为一种新型的材料结构设计方法，具有广
泛的应用前景。
我们可以预见，在未来的科技发展中，分级纳米结构将会得到更加深入和广泛的应用。