博文
碳纳米线圈及其巴基纸的吸附特性
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Growth of Carbon Nanocoils by Porous α‑Fe2O3/SnO2 Catalyst and Its Buckypaper for High Efficient Adsorption
1 利用多孔α-Fe2O3/SnO2催化剂合成无副产物碳层的高纯度(~ 99%) 碳纳米线圈。 3 利用碳纳米线圈构建的巴基纸可以实现对有机污染物亚甲基蓝高效吸附，其吸附效率可达90.9%。 图文导读 I 高纯度碳纳米线圈的制备 图2 旋涂不同Fe/Sn催化剂分散液制备得到产物的横截面SEM图像(a)1次，(b)3次，(c)5次，(d)10次 (e)15次，(f)30次。合成的CNC的密度以及短纤维层的厚度(g)。产物的拉曼光谱(h)。 从图3可知，反应6h后碳纳米线圈的产率高达9098%，CNC层厚度可达306 mm，是目前报道的最高值。这说明本研究在碳纳米线圈的低成本、大规模以及高纯度制备方面具有突出应用前景。 如图4（a，b）所示，碳纳米线圈顶部存在Fe/Sn催化剂粒子，这说明CNC生长符合顶端生长模式。进一步通过HRTEM分析可知，催化剂粒子由α-Fe2O3/SnO2合金组成。通过对不同Fe/Sn比例下CNC(CNF)顶部催化剂粒子的元素分布可知，当Fe与Sn的摩尔比为10:1时，Sn的分布面积明显小于Fe。而当摩尔比为3:1时（如图4d所示），Sn的分布面积与Fe的分布面积基本相等，此时生长出的纤维不再是螺旋状，而是一个弯曲的短CNF。因此SnO2的作用是总结如为： SnO2的非均匀分布导致Fe2O3催化剂的非均相失活，导致催化剂的各向异性，促进了螺旋状纳米碳化物的生长。 图5铁锡比为10:1的Fe/Sn催化剂在不同CVD时间下的SEM形貌：生长10s (b)、30s (c)、100s(d)、300s(d)。(e) CNC的生长示意图。 得益于通过高纯度的制备方法，本文成功地制备了CNC巴基纸。如图所示CNC 巴基纸的直径约为35mm，厚度约为80mm。由于合成的CNCs呈螺旋状结构，且长径比高，因此CNC巴基纸具有柔韧、密度低、孔隙率高(容重为0.075 g/cm3)等特点。如图6d, CNC巴基纸的电导率和电阻为5.7 S/cm以及47.1Ω/□。此外其最大应变范围为1.67%，极限抗拉强度接近1Mpa（图6e）。电化学测试表明，CNC巴基纸的面积比电容为30.2 mF/cm2，说明其具有良好的电化学特性。 图6 (a)CNC巴基纸；(b，c)CNC巴基纸的顶视以及横截面SEM图；CNC巴基纸的电学(d)、机械(e)以及电化学(f)特性。(g)将CNC巴基纸纸浸泡在10ppm亚甲基蓝溶液初始(左图)和120min后溶液(右图)的照片。(h)亚甲基蓝溶液的紫外-可见光谱原始曲线(10ppm，黑色)和巴基纸浸泡120min后的曲线 (红色)。(i)带有原始滤塞或滤塞/CNC膜混合滤塞对10ppm亚甲基蓝动态吸附照片和(j) UV-Vis光谱。 考虑到CNC巴基纸的低体密度以及多孔的特点，将其作为污染物吸附剂具有突出的应用前景。我们将CNC巴基纸直接浸泡在10ppm的亚甲基蓝溶液120分钟后，通过UV-Vis光谱测试表明吸附效率可达88.6%（图6g，h）。利用针管堵塞头/CNC组成连续过滤系统，当10ppm亚甲基蓝溶液从塞头/CNC经过后，对亚甲基蓝的吸附效率可达90.9%。 潘路军 本文通讯作者 大连理工大学物理学院 （一）碳纳米材料的光热力电相互作用及转化机制。（二）碳纳米材料的高催化活性及电化学性质和应用。（三）基于纳米材料的光电器件和传感器件的研发。（四）碳纳米材料的高效制备及其物理特性的研究。（五）碳纳米材料及其复合材料的光催化特性及应用。 ▍主要研究成果 截至目前，主持和参加了自然科学面上项目和重点项目、863项目以及国际合作重点项目，在碳纳米材料的高效制备及其光热力电特性的研究上取得了许多国际前沿的研究成果，至今已在Nano letters、ACS nano、Nano-Micro Letters、Chemical Engineering Journal、Carbon、ACS Applied Materials & Interfaces等重要国际SCI刊物发表论文100余篇，论文被引2000余次。申请和取得了纳米材料的制备及场发射方面的国家及国际专利20余项。 ▍Email: lpan@dlut.edu.cn ▍个人主页: http://faculty.dlut.edu.cn/2007011172/zh_CN/index.htm 赵永鹏 本文第一作者 大连理工大学物理学院2017级博士研究生 主要研究领域为碳纳米材料可控制备、碳基电磁波吸收材料。 ▍主要研究成果 至今已在Nano-Micro Letters、Carbon、ACS Applied Materials & Interfaces、Optics Express等重要国际SCI刊物发表论文数篇,申请和取得了碳纳米材料的制备以及相关应用方面的国家发明专利4项。 ▍Email: zhaoyp13@mail.dlut.edu.cn 撰稿：原文作者 编辑：《纳微快报》编辑部 E-mail：editorial_office@nmletters.org
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