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Hollow co/coo/Carbon nanofibers promoted PMS decomposition for the degradation of Rhodamine B

Journal of Materials Science & Technology 2023年第26期157卷 120-129页

作者： Zhende Li Xiaoyan Zhang Guangzhen Li Fengjin Han Dongqi Hu Xiaoyu Huang Hua Yuan Yeqiang Tan State Key Laboratory of Bio-Fibers and Eco-Textiles&Institute of Marine Biobased Materials&collage of Materials Science and Engineering Qingdao UniversityQingdao 266071China

Carbon nanofibers with hollow structures have an excellent application prospect in various fields be-cause of their high specific surface area and abundant active sites.PAN-based hollow carbon nanofiber doped with co/coo(H-co/coo-CNF)was successfully prepared and used as a catalyst to activate perox-ymonosulfate(PMS)and degrade Rhodamine B(RhB).The catalyst showed a surprising degradation rate(98.89%)of RhB within 15 min and had good degradation performance in a wide pH range(pH 1.5-11.2).compared with solid fibers,H-co/coo-CNF shows better cyclic characteristics.The catalyst is also mag-netic and recoverable easily due to the addition of co/coo.Two pathways of both radical(SO_(4)·^(−))and non-radical(^(1)O_(2))exist during the RhB degradation process are confirmed through electron paramagnetic resonance(EPR)analysis and radical quenching experiments.This work provides a new idea for hollow fibers loaded with metals and their oxides and can guide the development of catalysts for advanced oxi-dation processes in the future.

关键词： Electrospinning Hollow fiber co/coo Radical and non-radical Rhodamine B

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co/coo基纳米复合材料的制备及其超级电容器性能研究

Co/CoO基纳米复合材料的制备及其超级电容器性能研究

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作者：周琴华中师范大学

学位级别：硕士

为了满足便携式电子设备和电动/混合动力汽车日益增长的需求,探索新的电极材料构建高性能赝电容器是一个重要的任务。通常,赝电容器电极材料主要包括氢氧化物((Ni(OH)2,co(OH)2等)或过渡金属氧化物(MnO2, RuO2, NiO, co3O4,coo,CuO等),... 详细信息

为了满足便携式电子设备和电动/混合动力汽车日益增长的需求,探索新的电极材料构建高性能赝电容器是一个重要的任务。通常,赝电容器电极材料主要包括氢氧化物((Ni(OH)2,co(OH)2等)或过渡金属氧化物(MnO2, RuO2, NiO, co3O4,coo,CuO等),以及导电聚合物(聚苯胺,聚噻吩,聚吡咯等),在电极表面的可逆氧化还原反应使其得到高比电容。赝电容器的性能取决于电极的电化学活性和动力学,因此,增强的离子和电子在电极和电极/电解质界面传输的动力学尤为重要。在过渡金属氧化物中,coo具有优异的化学和物理性质,是理想的电极材料,例如它具超高理论容量,环境友好性,易合成等特性。目前,在集流体上直接生长一维(1D)coo阵列结构已被广泛的研究。这种高孔隙率纳米结构以及垂直生长的阵列,为离子和电子在电极中和在电极/电解质界面中传输提供便利,并且潜在地提高了赝电容性能。然而在许多情况下,测试得到的电容值通常比理论值低得多,因此制备高比电容coo基超级电容器仍是一个挑战。研究表明,金属核-氧化物壳结构的电极材料具有高循环稳定性、高倍率性能、高能量密度和高功率密度等优点,但目前关于coo包覆金属核的复合材料却鲜有报道。另外,石墨烯(Graphene)是二维平面六角型蜂窝状薄膜,具有优越的稳定性和力学性能,高热导率和电导率。近年来,石墨烯以其优异的电学性能及其独特的结构在电容器的研究中备受关注。本论文研究围绕coo纳米材料,成功制备了内连接多孔co/coo核-壳复合材料和三维co/coo/Graphene复合材料,并探索了它们的电容性能,主要研究工作和创新点如下：(1)用水热法制备了co(OH)x(co3)0.5(2-x)纳米线阵列,在N中退火在镍网上合成了coo纳米线,在H2中退火获得内部连接的多孔的co/coo核-壳结构纳米阵列材料。使用XRD、SEM、TEM、HRTEM、HAADF-STEM-EDS、XPS及电化学测试等手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行研究。所设计的co/coo核-壳纳米材料具有以下优点：(ⅰ)与其它研究相比,co/coo核-壳结构纳米材料的金属芯取代金属氧化物芯,加强了电极材料与集流体之间的连接和电接触,促进了电子的传输。(ⅱ)用5 nm薄的coo为壳,较先前的研究中20 nm-30nm的壳更薄,从而使表面活性物质在较大电流密度下反应更完全。(ⅲ)与先前复杂的水热法和电化学生长法相比,本文所使用的方法更容易得到核-壳结构,该方法仅需要通过氢气还原制备co金属纳米阵列,并在空气中放置一段时间,获得所需的co/coo核-壳结构。在三电极体系中,co/coo表现出低阻抗,5.632 F/cm2的高比电容,较好的循环稳定性(6000次循环后仍有～81.5%的保留)。将优化的co/coo核-壳纳米结构为正极,活性炭(AC)为负极,组装成非对称的电容器,在功率密度为0.00823 W/cm3时的能量密度为0.00452Wh/cm3,经过10000次循环测试后仍有～73.94%的容量保持。co/coo核-壳纳米结构突出的电化学性能远高于单纯的coo纳米线材料。(2)石墨烯具有比表面积高和导电性好等优异性质,在(1)的研究基础上,在co/coo核-壳纳米结构外用循环伏安法包覆一层石墨烯(co/coo/Graphene) 。采用Hummer法合成氧化石墨烯,再用电化学方法在co/coo上原位沉积石墨烯纳米片,获得的co/coo/Graphene纳米花通过Raman、SEM和TEM对其组成及形貌进行表征,并研究了电沉积次数对co/coo/Graphene的电容性能的影响。所设计的co/coo/Graphene纳米材料具有以下优点：(ⅰ)在co/coo电极上原位电沉积石墨烯的方法加强了石墨烯与co/coo之间的连接和电接触。(ⅱ)与先前制备石墨烯的方法相比较,采用Hummer法和电化学原位沉积制备石墨烯纳米片的方法操作简单,成本低且可控性强。(ⅲ)石墨烯的包覆使电极材料的导电性能更优越。结果表明石墨烯的包覆进一步增强了材料的导电性,在1 mA/cm2电流密度下测得比电容为6.439 F/cm2。将co/coo/Graphene与AC组装成非对称电容器,经过10000充电/放电循环后,总电容仍有～79.94%的保持率。石墨烯的包覆不仅增强了材料的导电性,还使材料结构更具稳定性,co/coo/Graphene复合材料具备优越的电化学性能,是超级电容器的理想材料。

关键词： coo co/coo co/coo/Graphene 核-壳纳米材料非对称超级电容器

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激光蒸凝法工艺参数对co/coo纳米粒子性能的影响

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应用激光 2001年第6期21卷 361-364,368页

作者：郭广生李强王志华王颖郭洪猷北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室北京100029

采用激光蒸凝法制备出 co/ co O纳米粒子。用 X射线衍射、透射电镜、振动样品磁强计等技术对纳米粒子的性能进行了表征。实验结果表明 ,激光功率密度决定反应区温度 ,激光功率密度越高 ,反应区温度越高 ;反应压力、载气流量主要影响形... 详细信息

采用激光蒸凝法制备出 co/ co O纳米粒子。用 X射线衍射、透射电镜、振动样品磁强计等技术对纳米粒子的性能进行了表征。实验结果表明 ,激光功率密度决定反应区温度 ,激光功率密度越高 ,反应区温度越高 ;反应压力、载气流量主要影响形成的粒子的形貌 ;反应气体的种类改变粒子的组成 ,在惰性气氛、氧气气氛和还原气氛下 ,产物均为 co/ co O,但钴的相对含量不同。最后确定了 co/ co

关键词： co/coo 纳米粒子激光化学激光蒸凝法工艺参数性能影响钴/氧化钴

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激光蒸凝法制备过渡金属氧化物纳米粒子的研究

激光蒸凝法制备过渡金属氧化物纳米粒子的研究

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作者：李强北京化工大学

学位级别：硕士

本文采用激光蒸凝法，以co(AC)·4HO、Cu(AC)·HO、金属Zn为靶材，150W CW co激光器为光源，成功地制备出了co／coo、Cu／CuO、Zn／ZnO纳米粒子;采用EDTA滴定分析、透射电镜(TEM)、电子衍射(ED)、X—射线衍射(XRD)、振动磁强计(VSM)、... 详细信息

本文采用激光蒸凝法，以co(AC)·4HO、Cu(AC)·HO、金属Zn为靶材，150W CW co激光器为光源，成功地制备出了co／coo、Cu／CuO、Zn／ZnO纳米粒子;采用EDTA滴定分析、透射电镜(TEM)、电子衍射(ED)、X—射线衍射(XRD)、振动磁强计(VSM)、等技术对纳米粒子的化学组成和性能进行了表征;探讨了实验参数对纳米粒子性能和产率的影响。在制备co／coo纳米粒子的实验中，结果表明：激光功率密度、反应压力、载气种类及流量等工艺参数对产品的粒度、晶型等性能均有影响。激光功率密度越高，反应区温度越高;反应压力越低、载气流量越大，获得粒子的粒径越小;在惰性气氛、氧气气氛和氢气还原气氛下，产物均为co和coo的混合物，但其钴含量不同，平均粒径约为15nm，磁饱和强度为51.96emu／g，矫顽力为614 Oe。在制备Cu／CuO纳米粒子的实验中，结果表明：激光功率密度、反应压力、载气种类及流量等工艺参数对产品的粒度、晶型等性能同样有影响。在惰性气氛下，产物主要是Cu和CuO，粒径为10～30nm;在氧气气氛下，产物主要是Cu、CuO和CuO的混合物，粒径为10～50nm。在制备Zn／ZnO纳米粒子的实验中，结果表明：制备工艺条件对形成的纳米粒子有一定的影响，反应压力和载气流量影响纳米粒子的形貌。不同的反应气氛制备的产物不同，在惰性气氛下产品纳米粒子是Zn和ZnO的混合物;而在氧气气氛下，所得的纳米粒子是纯ZnO;在氢气气氛中得到较纯的Zn纳米粒子。总之，采用激光蒸凝法制备过渡金属氧化物纳米粒子具有反应可控，产物纳米粒子具有粒径小、分散性好的优点，并且该法工艺简单、相对其它物理方法产量大、成本低，具有较好的工业应用前景。此外，在粒子的经典成核理论的基础上，针对纳米粒子的形成过程的三个阶段，应用热力学和动力学有关理论探讨了制备工艺参数对形成的粒子粒径的影响，获得了一些初步的结论。

关键词：激光化学纳米粒子 co/coo Cu/CuO Zn/ZnO

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