1 1.贵州梅岭电源有限公司 特种化学电源全国重点实验室, 遵义563003
2 2.南昌工学院 机械与车辆工程学院, 南昌 330108
氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程, 其自发反应进程缓慢, 对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题, 因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MCM), 再把获得的MCM与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MCMT)。该方法热解条件简单, 无需模板剂和NH3、HF等有毒物质。由于MCM含有较高的氮和氧元素, 有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力, 通过MCM和铁盐制备出的Fe-N/MCMT含有丰富的、催化ORR的Fe-Nx活性位点, 其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V (vs RHE), 比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16 mV。氧还原反应按照反应过程分为二电子过程和四电子过程, Fe-N/MCMT和Pt/C的转移电子数分别为3.77和3.91, 表明具有四电子反应过程。
铁氮共掺杂介孔碳 氧还原反应 半封闭体系 催化剂 iron-nitrogen co-doped mesoporous carbon oxygen reduction reaction semi-containment system catalyst
1 青海民族大学化学化工学院，青藏高原资源化学与生态环境保护国家民委重点实验室，青海省应用物理化学重点实验室，西宁 810007
2 青海民族大学物理与电子信息工程学院，西宁 810007
以酚醛树脂为碳前驱体，磷酸为磷源，三嵌段共聚物F127为软模板，通过溶剂挥发诱导自组装(EISA)法制备了具有介孔结构的磷掺杂介孔碳(PMCs)。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法研究所制备的PMCs的形貌与结构并利用电化学工作站测试其电化学性能。实验结果表明，磷元素在介孔碳中主要以C-P键和P-O键两种形式存在。电化学测试表明，通过调整磷掺杂量可获得最大比电容。当电流密度为0.5 A/g时，介孔碳比电容为140 F/g，而优化后的磷掺杂介孔碳比电容可达176 F/g。
磷掺杂介孔碳 溶剂挥发诱导自组装法 酚醛树脂 介孔结构 电化学性能 比电容 phosphorus-doped mesoporous carbon solvent evaporation-induced self-assembly method phenolic resin mesoporous structure electrochemical property specific capacitance
1 贵州大学化学与化工学院, 贵阳 550025
2 重庆理工大学化学化工学院, 重庆 400054
以壳寡糖(COS)为碳前驱体, 三嵌段共聚物(F127)和正硅酸乙酯(TEOs)为模板剂, 通过溶胶-凝胶法制备了一种用于超级电容器的原位氮掺杂介孔碳材料(COS-NMC-x)。借助质谱仪、TG-DTG、XRD、Raman光谱、N2吸附/脱附、XPS、FT-IR、亲水性以及电化学评价等手段对材料进行了表征, 以研究材料的物化性质和电化学性能。结果表明, COS-NMC-x材料的比表面积、孔容、氮原子数分数随超声时间的增加呈先增后减的趋势, 当超声时间为15 min时, 样品的比表面积、孔容、氮原子数分数到最大, 接触角最小, 分别为144.94 m2·g-1、0.19 cm3·g-1、7.59%和23.16°。同时对COS-NMC-x进行了电化学性能评价, 在电流密度为0.5 A·g-1时, 样品的比电容为189 F·g-1, 远高于同组其他材料, 说明较大的孔隙结构和氮原子数分数等有利于材料的电化学性能提升。在10 A·g-1下经过5 000次循环之后, 该材料的电容保持率达到114%, 表现出良好的电化学性能, 在超级电容器应用方面展现出巨大的应用潜力。
COS-NMC材料 刚性骨架 壳寡糖 介孔碳 电化学 亲水性 COS-NMC material rigid skeleton chitosan oligosaccharide mesoporous carbon electrochemistry hydrophilicity
1 1.华东理工大学 化学工程联合国家重点实验室, 上海 200237
2 2.中国石化炼油销售公司, 上海 200050
以1-甲基萘热溴化/脱溴聚合沥青为前驱体, 中孔二氧化硅SBA-15为模板, 采用液相浸渍法合成有序中孔炭。通过不同测试手段对中孔炭的微观结构和电化学性能进行了研究。当模板剂和沥青质量比为1:1, 升温速率为 1 ℃·min-1, 碳化温度为900 ℃时, 所制备的中孔炭性能最优, 具有高度有序的二维六方孔道结构, 比表面积为675 m2·g-1, 孔容为1 cm3·g-1, 孔径集中在3.84 nm左右。该中孔炭用于Li-S电池的正极载体材料表现出良好的电化学性能, 在0.2C(1C=1675 mA·g-1)电流密度下经300次循环后放电比容量和容量保持率分别为688 mAh·g-1和67.1%, 在3C电流密度下比容量可达556 mAh·g-1。
甲基萘沥青 硬模板法 有序中孔炭 锂硫电池 methylnaphthalene pitch hard template method ordered mesoporous carbon Li-S battery
1 湖南省人民医院老年医学研究所，长沙 410016
2 中南大学肿瘤研究所，长沙 410078
为解决白藜芦醇(Res)因水溶性小、稳定性差、生物利用度低而在临床的应用受到限制的问题，将叶酸 -聚乙二醇 -脂质体(FA-PEG-Lip)、介孔碳纳米管(MCN)和 Res混合并超声处理，制备得到装载 Res的 FA-PEG-Lip包裹的 MCN(FA-PEG-Lip@MCN/Res)纳米体系。所获得的 FA-PEG-Lip@MCN/Res具有纳米级尺寸[宽：(80±10)nm；长：(600±100)nm]、负的表面电荷(-10.2 mV)、出色的载药量(131.59 mg/g MCN)、良好的溶液分散性和近红外(NIR)激光刺激 -响应释放能力等特点。由于叶酸受体介导的靶向运输， FA-PEG-Lip@MCN/Res纳米体系可以高特异性地将所运载的 Res转运到人乳腺癌细胞(MCF-7)。细胞增殖毒性试验表明，未装载药物的 FA-PEG-Lip@MCN其本身生物相容性良好，适于作为药物载体。一系列细胞水平及活体水平的肿瘤治疗试验证明，在 NIR激光照射下，该 FA-PEG-Lip@MCN/Res纳米体系表现出良好的化疗 /光热协同治疗作用，能够对肿瘤进行高效地杀伤。总而言之，该 FA-PEG-Lip@MCN/Res纳米体系能够同时实现提高 Res的水溶性、增强 Res的稳定性、延长 Res在小鼠体内的半衰期、叶酸受体靶向、 NIR激光刺激 -响应释放以及肿瘤协同治疗等诸多功能，有望进一步推动 Res在临床的应用。
白藜芦醇 介孔碳纳米管 纳米脂质体 化疗 /光热协同治疗 叶酸靶向 resveratrol mesoporous carbon nanotube nanoliposomes chemo/photothermal synergistic therapy folate tar-geting
1 华北电力大学环境科学与工程学院，河北省燃煤电站烟气多污染物协同控制重点实验室，保定 071003
2 新布朗斯维克大学化工系，弗雷德里克顿 E3B 5A3，加拿大
以Pluronic F127为软模板，三聚氰胺和尿素为氮源，通过无需预聚合的一步水热协同自组装法制备了有序氮掺杂介孔碳CO2吸附剂。采用N2吸附/脱附、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等多种表征手段考察了吸附剂的结构及表面特性。测定了不同温度下CO2和N2在有序氮掺杂介孔碳上的吸附等温线，应用多种吸附等温模型(Langmuir、Freundlich、Temkin、Dual-site Langmuir(DSL)模型)进行了拟合分析，并结合IAST模型预测了吸附剂在模拟烟气中的CO2/N2吸附选择性。结果表明，有序氮掺杂介孔碳具有较大的比表面积(可达498.6 m2/g)、高度有序的介观结构(P6mm空间群)以及较高的氮含量，其中氮元素以多种形式均匀掺杂在碳骨架中。研究发现，有序氮掺杂介孔碳对CO2和N2的吸附高度符合DSL吸附等温模型。此外，氮含量更高的NOMC-M具有更大的CO2吸附量(0 ℃，3.55 mmol/g；25 ℃，2.67 mmol/g)和CO2/N2吸附选择性(＞40)，且在连续CO2吸附/脱附循环测试后仍可保持良好的再生稳定性。
介孔碳 氮掺杂 一步水热法 自组装 吸附性能 mesoporous carbon nitrogen doping one-step hydrothermal method self-assembly CO2 CO2 adsorption property
华南师范大学, 生物光子学研究院, 激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
新型功能性纳米材料在设计和制备技术方面的进步为纳米医学的发展提供了很大的机遇。在过去十年中, 介孔碳纳米材料在制备和应用方面获得了巨大的进步。作为一种新型无机材料体系, 介孔碳纳米材料结合了介孔的结构以及碳质组成的特点, 显示出不同于传统介孔二氧化硅以及其它一些碳基材料体系(碳纳米管、石墨烯、富勒烯等)的优越特性。介孔碳纳米材料在药物的吸附与控释、光热治疗、协同治疗、肿瘤细胞的荧光标记、催化、生物传感、生物大分子的分离等诸多领域表现出其他多孔材料难以达到的优越性和应用潜力。本文对介孔碳纳米材料的制备和修饰技术进行介绍, 重点关注介孔碳纳米颗粒在药物负载和光热控释方面的应用, 最后对介孔碳纳米材料在生物医学领域的应用前景和所面临的关键问题进行讨论。
介孔碳纳米颗粒 药物传递 光热转换 肿瘤治疗 mesoporous carbon nanoparticles drug delivery photothermal conversion tumor therapy
