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Generally speaking, pure carbon materials are diamagnetic, the diamagnetic susceptibility at about 10 between 5 to 10 7emu/gOe. However, in recent years a lot of research teams have proved that the magnetic or paramagnetic properties caused by the local spin in the pure carbon materials have been proved by the actual and experimental data. This explains that people have no hope to obtain the quality of light, non - metallic, Curie temperature is higher than the carbon based magnets at room temperature. Because of its excellent physical and chemical properties, carbon based magnets have been widely used in the field of spin electronics devices. At present, the researchers reported that the magnetic or paramagnetic carbon materials have a large number of Shi Moji's micro structure, that is, the SP2 carbon six yuan ring to collect basic. For example, C60 polymers, high - oriented, graphite, carbon nanotubes, graphene, etc.. The origin of the graphite based ferromagnetic or paramagnetic materials, researchers are normally attributed to the carbon six membered ring collection of defects, such as vacancies (or linear), kink, edge, topological defects and seven membered ring, and non light metal elements (N, H, B, and O F) doping. Although there are some practical studies, the seven element ring can lead to the space structure of the negative Gauss curvature, which causes the local pairing spin, but there is no relevant report on the test. The spiral carbon nanotube is a six - and seven - Ring - ring collection, which is composed of five - ring and ring - ring. In addition, as the transformation of nitrogen doping carbon materials of electronic structure, a useful wrist electrical mechanical and chemical and optical properties of modified carbon materials, magnetic properties in the transformation of carbon materials have attracted much attention. In this paper, we take the chemical gas Shi Moji carbon materials prepared sediments (including helical carbon nanotubes, carbon microspheres and large pieces of graphite), and application in ammonia annealing method, the success of the nitrogen doping of the sample. We discuss these important magnetic graphite based carbon and nitrogen doping system. The other, we also studied the helical carbon nanotube and its nitrogen doping system photoluminescence performance. The paper contains the following four sections: 1, the preparation of carbon nanotubes and the magnetic properties of the 1, the Ni nanoparticles as the catalyst, at 425, the high temperature of C2H2, the preparation of the high purity of carbon nanotubes. The study notes that these helical carbon nanotubes have a lot of defects in the structure of graphite. Ni nanoparticles have been formed by carbonization of Ni3C, but there are few sectors of the metal Ni. 2, the residual metal Ni and the spiral carbon nanotubes are all the samples of the magnetization. The magnetic properties of the helical carbon nanotubes have been studied by the process of deduction of metal Ni. In the course of the Ar, the magnetic properties of the carbon nanotubes are studied, and the magnetic properties of the carbon nanotubes are discussed. 3, study notes, helical carbon nanotubes have a Curie type strong paramagnetism and high concentration of unpaired spin localization. These non paired spins can be affected by many factors, such as the defect of the vacancy, the adsorption of H and the negative Gauss curvature caused by the seven ring ring, but the negative Gauss curvature caused by the seven element ring is the dominant position. Magnetic 2, nitrogen doping of helical carbon nanotubes and Photoluminescence Properties Studies, through the process of the 1 helical carbon nanotube pure differences in ammonia atmosphere around the annealing temperature solution, nitrogen doping of helical carbon nanotubes were prepared successfully a series of system. 2, research notes, as an important form of pyridine type nitrogen doping, pyrrole type. When the annealing temperature is low (450 and 500), the nitrogen atom is only in the HCNTs atom bonding with the vacancy defect and the edge of the C, and the N atom will enter the HCNTs graphite layer, instead of the external C which is collected by the six ring ring. 3. The results of the magnetic study, the annealing in ammonia to strengthen the magnetic properties of the spiral carbon nanotubes. Nitrogen doping of helical carbon nanotubes also has Curie type strong paramagnetism and high concentration of localized spins. 4, the invention of the spiral carbon nanotubes in the 368nm with a UV light. In addition, through the process of pyridine and graphitic nitrogen doping, can enhance the photoluminescence of helical carbon nanotubes. 3. The magnetic properties of the carbon micro spheres that are connected to each other are 1. The application of chemical vapor deposition method, which is not used for any metal catalyst, directly on the Si02 substrate is successfully fabricated. The diameter of these carbon micro spheres is about 5 a 3 m, with a layered structure, and contains a large number of shortcomings. 2. The magnetic properties of the magnetic research note that the magnetic properties of carbon micro spheres originated from the intrinsic defects. The defect can be supplied to the local spin magnetic moment of 1 B, and the average size of 1 carbon atoms per 1000 carbon atoms. 1 B spin magnetic moments, these are not matched to the spin of the non interaction, thus indicating the type of Curie type paramagnetic. 4, graphite sheet and N doping systems, the research of the 1 Magnetic through chemical vapor deposition method on Si02 substrates were prepared without any magnetic gold目录:摘要4-7Abstract7-10目录11-14第一章 绪论14-26&&&&第一节 引言14-15&&&&第二节 碳材料的性能研究15-21&&&&&&&&1 磁性研究15-20&&&&&&&&2 光致发光性能研究20-21&&&&参考文献21-26第二章 样品的制备与表征26-35&&&&第一节 化学气相沉积法26-29&&&&&&&&1 CVD的分类26-27&&&&&&&&2 CVD装置的基本构成27-28&&&&&&&&3 CVD的应用28-29&&&&&&&&4 CVD法制备HCNTs29&&&&第二节 结构表征与性能测试29-34&&&&&&&&1 场发射扫描电子显微镜29-31&&&&&&&&2 激光拉曼光谱分析31-32&&&&&&&&3 X射线光电子能谱分析32-33&&&&&&&&4 电子顺磁共振33&&&&&&&&5 超导量子干涉仪磁强计33-34&&&&参考文献34-35第三章 HCNTs的制备及其磁性研究35-54&&&&第一节 引言35-37&&&&第二节 实验部分37-38&&&&&&&&1 样品的制备37-38&&&&&&&&&&&&1.1 Ni纳米颗粒催化剂前驱物的制备37&&&&&&&&&&&&1.2 HCNTs的制备37-38&&&&&&&&2 样品的后处理38&&&&&&&&&&&&2.1 退火处理38&&&&&&&&&&&&2.2 样品的纯化38&&&&&&&&3 样品的表征38&&&&第三节 结果与讨论38-51&&&&&&&&1 样品的形貌及微结构38-42&&&&&&&&2 样品的磁性42-51&&&&&&&&&&&&2.1 制备态样品的磁性42-44&&&&&&&&&&&&2.2 氩气中500℃退火样品的磁性44-46&&&&&&&&&&&&2.3 HCNTs的顺磁性分析46-49&&&&&&&&&&&&2.4 氩气中600℃和700℃退火样品的磁性49-51&&&&第四节 本章小结51-52&&&&参考文献52-54第四章 氮掺杂HCNTs的磁性及PL性能研究54-73&&&&第一节 引言54-55&&&&第二节 实验部分55-56&&&&&&&&1 N掺杂HCNTs的制备55-56&&&&&&&&2 样品的表征56&&&&第三节 结果与讨论56-70&&&&&&&&1 N掺杂HCNTs的微结构56-60&&&&&&&&2 N掺杂HCNTs的磁性60-65&&&&&&&&3 HCNTs的PL性能65-68&&&&&&&&4 N掺杂HCNTs的PL性能68-70&&&&第四节 本章小结70&&&&参考文献70-73第五章 相互连接的碳微米球的磁性研究73-84&&&&第一节 引言73-74&&&&第二节 实验部分74&&&&&&&&1 样品的制备74&&&&&&&&2 样品的表征74&&&&第三节 结果与讨论74-82&&&&&&&&1 样品的形貌及微结构74-77&&&&&&&&2 样品的磁性及其分析77-82&&&&第四节 本章小结82&&&&参考文献82-84第六章 石墨片及其N掺杂体系的磁性研究84-100&&&&第一节 引言84&&&&第二节 实验部分84-85&&&&&&&&1 样品的制备84-85&&&&&&&&&&&&1.1 石墨片的制备84&&&&&&&&&&&&1.2 N掺杂石墨片的制备84-85&&&&&&&&2 样品的表征85&&&&第三节 结果与讨论85-98&&&&&&&&1 石墨片的微结构及磁性85-91&&&&&&&&&&&&1.1 石墨片的形貌与微结构85-87&&&&&&&&&&&&1.2 石墨片的磁性87-91&&&&&&&&2 N掺杂石墨片的微结构及磁性91-98&&&&&&&&&&&&2.1 N掺杂石墨片的微结构91-94&&&&&&&&&&&&2.2 N掺杂石墨片的磁性94-98&&&&第四节 本章小结98-99&&&&参考文献99-100第七章 全文工作总结100-102攻读博士期间发表或待发表的论文102-103致谢103-104分享到：相关文献|富吡啶型掺杂石墨烯及其铁基复合材料用于高效电催化
燃料电池是一种将储能物质中化学能直接转换为电能的电化学器件，具有能量转换效率高、清洁无污染等优点，近年来倍受关注。燃料电池阴极的氧气还原反应（Oxygen reduction reaction, ORR）因其动力学过程缓慢而成为影响燃料电池效率的主要因素。铂基催化剂是目前性能最好的阴极氧气还原反应（ORR）催化剂，然而由于铂资源稀缺、价格昂贵，严重限制了燃料电池的大规模商业化。因此，开发价格低廉且性能优异的非铂催化剂材料成为研究热点。
近年来，异质原子掺杂的碳材料表现出较高的ORR催化性能，其中氮掺杂碳材料因其掺杂手段丰富、催化性能突出而受到广泛关注。氮原子进入石墨烯的碳骨架与碳原子成键可形成不同的构型，其中最主要的三种构型分别为石墨型氮（graphitic N）、吡啶型氮（pyridinic N）和吡咯型氮（pyrrolic N）。学界关于不同氮掺杂构型对ORR催化活性的贡献存有争议。争议产生的原因主要有两点：一是含氮前驱体与氮掺杂制备工艺的复杂性导致材料的氮掺杂水平、形貌、结构与导电性等存在较大差异，使得不同的研究工作指向不同的结论；二是难以制备出单一构型或非常接近于单一构型的氮掺杂石墨烯，导致多种氮构型的作用相互叠加而难以区分单一构型的贡献。
近期，清华大学崔肖阳博士、张政军教授和北京航空航天大学杨树斌教授的研究团队利用低温溶液化学还原法和冷冻干燥工艺制备出具有疏松多孔三维结构的还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶，并对rGO气凝胶进行氨气高温低真空热处理。通过对热处理温度和保温时间的调控，制备出具有富吡啶型氮掺杂的石墨烯（吡啶型氮掺杂量最高可达12at%，占总氮含量的90.4%）。实验结果证实了吡啶型氮对氮掺杂石墨烯的ORR催化活性起主导作用。进一步，研究者们利用溶液共混法制备载有铁盐的rGO气凝胶，并通过氨气热处理制备了富吡啶型氮掺杂石墨烯气凝胶负载铁基纳米粒子的复合结构。通过在碳层表面引入最佳含量的铁，实现了ORR催化活性的协同增强。复合结构在碱性介质中的开启电位、半波电位及稳定性都与商用Pt/C20wt%催化剂（一定负载量下）十分接近，同时甲醇耐受性显著优于商用Pt/C20wt%催化剂。这一工作为开发有望替代商用铂基催化剂的高性能非铂催化剂提供了有益参考。相关论文发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.）上，第一作者为清华大学学生崔肖阳，合作者为美国莱斯大学（Rice University）的P. M. Ajayan教授。文章入选Advanced Functional Materials期刊2016年6月热点文章排行榜Top 10（）。
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