《物理化学学报》2020年第7期-纳米复合材料特刊

Original 物理化学学报物理化学学报WHXB 2022-05-11

特刊介绍
在纳米尺度上复合物理化学性能差别迥异的成分，实现材料的多功能化是纳米合成的一个热点领域。纳米复合材料体系中各组分之间可以产生强相互耦合作用，不仅可以增强材料各自的本征特性，而且还可能表现出许多新奇的物化特性，从而突破单一组分材料性能的局限，在新型功能材料研发、能源转化和储存、环境保护与污染处理、生物医药等领域具有广泛应用。随着合成技术和表征手段的快速发展，人们已可以在原子和分子层次上控制纳米复合材料的合成，观察复合材料不同成分的界面结构，揭示复合材料不同组分间的耦合原理，并调控复合材料的物化性能。本特刊邀请了国内部分从事纳米复合材料及其应用研究的学者介绍他们近年来在这一领域的研究进展。

客座编辑

侯文华教授
南京大学化学化工学院，南京 210023
研究兴趣：纳米复合材料的制备及其物理化学性能，主要包括层状和多孔材料的合成与性能调控及其在电化学和催化领域中的应用

徐林副教授
南京师范大学化学与材料科学学院，南京 210046
研究兴趣：纳米功能材料及其在能源转化与储存的研究，如高效燃料电池电催化剂、碳基纳米材料、锂/钠离子电池电极材料等

前言

绚丽多彩的纳米复合材料

徐林, 侯文华

2020, 36 (7): 2001015.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB202001015

论文

基于NiCo₂O₄纳米片电极的非对称混合电容器

佟永丽, 戴美珍, 邢磊, 刘恒岐, 孙婉婷, 武祥

2020, 36 (7): 1903046.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201903046

简评：本文采用水热方法在泡沫镍基底上生长钴酸镍纳米片。合成的NiCo₂O₄纳米片用作超级电容器电极，呈现出优异的电化学性能。组装的超级电容器在功率密度为1.56 W∙cm⁻³时，其能量密度达到0.14 Wh∙cm⁻³。经过10000次循环后，器件仍能保持初始比电容的95%。

用于超级电容器的锰钴氧化物/碳纤维材料

王玖, 吴南石, 刘涛, 曹少文, 余家国

2020, 36 (7): 1907072.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201907072

简评：设计开发高性能超级电容器的电极材料是缓解当代能源危机的迫切需要。本研究工作采用简单的水热法并结合后续煅烧处理的方法制备了锰钴氧化物与碳纤维的复合材料。该方法制备的复合材料中的锰钴氧化物可以均匀地分散在碳纤维表面，从而增加了电极材料与电解质的界面接触，提高了电极材料的利用率。因此，锰钴氧化物材料上可发生完全的赝电容反应。而且，碳纤维的加入降低了材料的电阻，使得锰钴氧化物与碳纤维的复合材料具有良好的电容性能。在电流密度为2 A∙g⁻¹时，电容可达854 F∙g⁻¹。在此条件下，2000次循环后，电容仍可维持在72.3%。因此，碳纤维负载锰钴氧化物的复合材料可用于提高超级电容器的电化学性能,并为制备高性能超级电容器的电极材料提供了新的策略。

纳米颗粒结合ZIF-67衍生的PtCo-NC催化剂用于醇类燃料电氧化

方波, 冯立纲

2020, 36 (7): 1905023.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201905023

简评：在本工作中，通过在氮气保护下热解Pt纳米颗粒结合的ZIF-67制备了由ZIF-67原位产生的氮掺杂碳负载PtCo合金纳米颗粒组成的PtCo-NC复合催化剂。通过X射线衍射，扫描电子显微镜，透射电子显微镜等物理表征手段研究了催化剂的结构和形貌，并测试了该催化剂对醇类燃料甲醇和乙醇氧化的电化学性能。与参比样Pt/C相比，PtCo-NC催化剂的电催化活性与稳定性均得到了极大的提高，其优异的催化性能可以归因于抗一氧化碳中毒能力的提升和原位形成的PtCo纳米颗粒和氮掺杂载体间的协同作用。

基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能

安惠芳, 姜莉, 李峰, 吴平, 朱晓舒, 魏少华, 周益明

2020, 36 (7): 1905034.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201905034

简评：通过氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(Cs)之间的氢键以及静电作用形成GO水凝胶，从而将纳米硅颗粒和碳纳米管(CNT)原位包封于其中，再经冷冻干燥及随后的热处理制得三维硅/碳纳米管/石墨烯(Si-CNT@G)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等技术对制得样品的物相、结构和微观形貌等进行了表征。结果表明，所得复合材料在CNT纵横交织的石墨烯网络中，均匀地分布着纳米硅颗粒。当作为锂离子电池的负极材料时，在两种碳介质的协同作用下，有效缓冲硅材料在充放电过程中脱/嵌锂引起的体积变化，缩短了锂离子和电子传输的距离，Si-CNT@G复合材料表现出较好的循环稳定性以及倍率性能。在500 mA·g⁻¹的充放电电流密度下，经过200圈循环后，其放电比容量仍高达673.7 mAh·g⁻¹，容量保持率高达97%；即使将充放电电流密度升至2000 mA·g⁻¹时，该复合材料仍保持有566.9 mAh·g⁻¹的高可逆放电比容量。独特的制备方法和优越的储锂性能，使得Si-CNT@G纳米复合材料成为理想的高性能锂离子电池负极材料的候选.

贵金属在Ag₂S纳米颗粒中由内向外的迁移现象

刘丹叶, 陈东, 刘卉, 杨军

2020, 36 (7): 1906069.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201906069

简评：本文报道了贵金属在Ag₂S纳米颗粒中由内向外的迁移现象，这一独特现象可在室温下发生，贵金属迁移经空位互换扩散机制或半导体纳米颗粒自纯化机制在Ag₂S中以整体运动模式进行，导致核壳结构颗粒演变成由贵金属和Ag₂S构成的异质纳米二聚体结构。

上转换纳米粒子的Y(OH)CO₃壳层包覆及壳层转化

刘冬梅, 陈秀梅, 袁泽, 闾敏, 殷丽莎, 谢小吉, 黄岭

2020, 36 (7): 1907011.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201907011

简评：制备如异质核-壳结构等不同结构的镧系离子掺杂的上转换纳米材料对上转换纳米材料的基本性质研究及应用至关重要。在本工作中，我们采用简单的共沉淀方法在NaGdF₄:Yb/Tm上转换纳米粒子表面包覆了无定形的Y(OH)CO₃壳层。通过透射电子显微镜，X射线衍射，能量色散X射线荧光光谱等物理表征手段研究了所得纳米粒子的结构和形貌，结果表明Y(OH)CO₃壳层可以在300 ℃附近转化形成YOF，形成异质核-壳结构。同时，初步研究结果显示该方法也可拓展用于其他无定形壳层的包覆及蛋黄-蛋壳结构纳米粒子的制备。这些结果表明这种方法在制备不同结构的上转换纳米材料方面有良好的应用前景。

氨氛围热处理g-C₃N₄控制N空位浓度提高光催化制氢性能

黄娟娟, 杜建梅, 杜海威, 徐更生, 袁玉鹏

2020, 36 (7): 1905056.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201905056

简评：热处理氧化石墨相氮化碳(g-C₃N₄)材料产生氮缺陷、提升其光催化制氢性能的研究备受关注，但其N空位浓度高且不可控、一定程度破坏g-C₃N₄晶体结构，降低g-C₃N₄的结晶度，导致光生电子-空穴对复合率高，致使其光催化制氢效率较低。基于上述问题，本研究以二氰二胺为前驱体制备了g-C₃N₄，与不同含量的尿素混合，在空气中加热快速热处理，通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段，对其物相组成、微观形貌、光学吸收等进行了表征，在可见光条件下对样品进行了光催化制氢性能测试，研究了尿素的加入对热处理后g-C₃N₄材料的N空位浓度、结晶度及光催化制氢性能的影响。研究表明，尿素的加入降低了N空位的浓度，且提升了其结晶度。在优化的尿素添加量下，g-C₃N₄的可见光光催化制氢速率为6.5 μmol·h⁻¹，是没有添加尿素处理的样品的3倍。该研究结果表明，利用尿素原位分解产生的NH₃，可以抑制g-C₃N₄热处理过程中氮原子的氧化程度、实现调控N空位浓度，同时提高了结晶度，最终提升了其光催化制氢性能。

Pt-M (M = Co, Ni, Fe)/g-C₃N₄复合材料构建及其高效光解水制氢性能

王梁, 朱澄鹭, 殷丽莎, 黄维

2020, 36 (7): 1907001.

DOI: 10.3866/PKU.WHXB201907001

简评：本文利用Co、Ni、Fe等廉价过渡金属取代部分Pt原子，并通过原位还原负载制备了Pt-M/g-C₃N₄ (M = Co, Ni, Fe)复合材料。结果表明，Pt-Co双金属合金具有最高的助催化产氢活性，当Pt-Co负载量为1% (w)、Pt/Co摩尔比为2.5 : 1时，其活性是同等条件下Pt负载g-C₃N₄的1.6倍。这一工作为开发低成本、高效助催化剂提供了思路。