硅纳米团簇与石墨烯复合结构储锂性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法,研究了不同晶向硅纳米团簇与石墨烯复合结构稳定性及其储锂性能.计算了不同高度、大小硅团簇与石墨烯复合结构的结合能,复合结构中嵌锂吸附能和PDOS.分析表明,硅团簇和石墨烯之间形成较强的Si—C键,其中[111]晶向硅团簇与石墨烯作用的形成能最高,结构最为稳定.进一步计算其嵌锂吸附能,发现硅团簇中靠近石墨烯界面处的储锂位置更加有利于锂的吸附,由于锂和碳、硅之间有较强电荷转移,其吸附能明显大于其他储锂位置.同时在锂嵌入过程中,由于石墨烯的引入,明显减小了界面处硅的形变,有望提高其作为锂电池负极材料的可逆容量.     

二氧化钛/石墨烯复合光催化剂的制备及其对水中双酚A的降解

双酚A污染问题日益严峻,已经威胁到人类的健康.半导体光催化技术可以有效去除水体中双酚A污染.近年来,二氧化钛/石墨烯复合材料,因其优越的光催化性能受到广泛关注.尤其石墨烯等新型纳米碳基材料,有较大的比表面积和丰富的官能团,为二氧化钛的负载创造了良好的条件,其表面可以形成化学键,为双酚A的吸附降解提供了更多的活性位点.本文重点介绍了国内外二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法及各种制备方法的优缺点;讨论了二氧化钛/石墨烯复合材料对双酚A的降解效果及其降解机理;分析了二氧化钛/石墨烯复合材料的再生性能.最后总结这种材料在实际应用中存在的问题及其前景展望.     

磁性Fe_3O_4/石墨烯异质结固定漆酶特性及其对水中双酚A的降解研究

以磁性石墨烯为载体制备了磁性石墨烯固定化漆酶,考察了固定化漆酶的酶学特性及其对双酚A(BPA)的降解效能。结果表明,氧化石墨烯的比表面积高达726.34 m2·g-1,与游离漆酶相比,经过石墨烯固定化后漆酶对酸的适应能力、耐热性和贮存稳定性均有所提高,p H值2.0~4.0范围内固定化漆酶活性较为稳定;加入变性剂尿素(1 mol·L-1)后,固定化漆酶的相对活性为87%,游离漆酶相对活性仅为63.02%,固定化导致抗变性剂能力增强。固定化漆酶和游离漆酶活性分别在45和40℃时达到最大值。与游离漆酶相比,固定化漆酶最佳反应温度升高了5℃,且在50℃时,固定化漆酶的相对活性依然保持在95.11%;25℃,p H值4.0条件下保存10 d,固定化漆酶活性为最初活性的82.57%;固定化漆酶具有良好的重复利用性,重复利用10次后,漆酶活性仍为最初活性的82.01%。固定化酶的米氏常数Km为5.38×10-4 mol·L-1,较游离酶的大,说明固定化酶与底物的亲和力比游离酶小。磁性石墨烯固定化漆酶具有良好的吸附能力,可吸附-催化氧化水中的BPA,且石墨烯良好的吸附作用促进了催化反应,水中BPA质量浓度为15 mg·L-1时,经过18 h反应,BPA的去除率能达到82.14%左右。本研究的结果为石墨烯新型材料固定化漆酶及其应用提供了参考。     

石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种新兴纳米材料,具有独特的电学和光学性质、超大的比表面积以及潜在的生物相容性,在材料和电子产业、能源、环境以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时,石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的生物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内,通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤;目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路,不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性,对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望,进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

氧化石墨烯电催化高效降解有机染料RBk5

电化学高级氧化技术是处理有机染料废水的有效技术方法之一，但其应用受传统贵金属电极成本高、易毒化失活等缺陷的限制.本研究采用廉价易得的石墨粉材料，制备氧化石墨烯（GO）催化剂，用于活性黑5（RBk5）染料废水的电催化氧化降解研究.利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、拉曼光谱、循环伏安法和电化学阻抗谱分析材料的结构特性及电化学性能.结果显示，氧化石墨烯具有较高的电子迁移速率，良好的亲水性和电催化活性.不同的RBk5浓度、外加电流、电解质、初始pH值等条件对RBk5的降解效率也有一定程度的影响.其中，电解质因素对材料性能影响最为显著.在RBk5浓度为10mg/L、外加电流为20mA、反应时间为35min、电解质为NaCl的条件下，电催化降解效率可以达到100%.     

石墨烯复合物在痕量气体分子检测中的应用

综述了石墨烯复合物的种类、性能与制备方法,以及在痕量气体分子检测中的应用。石墨烯具有大的比表面积和独特的电学性质,对一些气体分子有很强的吸附能力,制作的传感器用于气体分子检测时灵敏度较高,但选择性较差。氧化石墨烯巨大的比表面积和表面丰富的官能团赋予的优异的复合性能,可提高传感器的检测灵敏度和选择性。     

石墨烯类纳米材料作为药物载体的研究进展及其潜在风险

石墨烯作为一种新兴的二维碳纳米材料,近年来受到了医学领域科学家的高度关注。由于石墨烯类纳米材料具有较大的比表面积,易于表面修饰等优点,目前在药物载体方面的研究发展迅速。随着纳米技术的发展,除了氧化石墨烯外,进一步将还原氧化石墨烯、石墨烯量子点、石墨烯纳米带等石墨烯类纳米材料作为药物载体应用到医学领域。本文综述了石墨烯类纳米材料作为药物载体在医学领域的研究进展,并从石墨烯类纳米材料的相关毒性研究角度,提醒了人们负载药物前后石墨烯类纳米材料的迁移规律对其潜在风险研究的重要性。     

氧化石墨烯对嗜热四膜虫的毒性效应

以嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）作为受试生物,考察了纳米材料氧化石墨烯（GO）对其细胞生长率、乙酰胆碱酯酶（AchE）和氧化应激酶活性、生物膜损伤及细胞凋亡的影响,以探究GO的毒性效应.结果表明,GO浓度高于32mg/L时显著抑制嗜热四膜虫的细胞增殖（P<0.05）,细胞存活率低于50%;在0~64mg/L实验范围内,随GO暴露浓度增加,细胞内活性氧自由基（ROS）和超氧化物歧化酶（SOD）水平呈先升后降的趋势,AchE活性受抑;GO抑制位于线粒体内膜的琥珀酸脱氢酶（SDH）活性,促进细胞质中乳酸脱氢酶（LDH）的释放;64mg/L GO导致四膜虫细胞出现明显凋亡现象.以上结果显示,中低浓度GO（0~8mg/L）暴露下,氧化应激机制对细胞毒性起主要贡献作用;高浓度GO（32和64mg/L）作用下,四膜虫凋亡现象的产生可能是GO抑制其生长作用导致的.     

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.     

Ti-rGO/GAC粒子电极降解苯酚废水的影响因素试验研究

难降解苯酚废水的高效处理是污水处理领域中亟需解决的难题。以椰壳活性炭为基底材料,在其表面负载石墨烯和钛,制备出新型复合负载型催化粒子电极(Ti-rGO/GAC)填充于三维电极反应器中用于处理苯酚废水,采用单因素试验和正交试验考察了Ti-rGO/GAC三维电极降解体系处理苯酚废水的影响因素和最佳反应条件。试验结果表明:当反应液体积为200 mL、模拟废水中苯酚的初始浓度为310 mg/L、极板间距为4.5 cm、电解质(Na_2SO_4)投加量为10 g/L、溶液的pH值为3、粒子电极投加量为100 g/L、施加电压为13 V时,为Ti-rGO/GAC三维电极降解体系处理苯酚废水的最佳反应条件;在该最佳反应条件下,电解反应100 min后,模拟废水中苯酚和COD的平均去除率分别为93.51%、81.25%;pH值对废水中苯酚和COD去除率的影响最大,电压、极板间距和电解质浓度对其的影响效果依次减弱。Ti-rGO/GAC三维电极降解技术对处理苯酚这类生物难降解污染物具有一定的借鉴意义。