近年来,钙钛矿太阳能电池因性能独特而备受关注。随着钙钛矿太阳能电池技术的飞速发展,钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率不断刷新最高纪录,其能量转换效率从2009年的3.8%增加到目前的23.7%,可与商业化应用的多晶硅太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池效率媲美。尽管在电池稳定性方面已进行了大量研究工作,但稳定性较差仍是钙钛矿太阳能电池商业化道路上的关隘。总结了钙钛矿太阳能电池的研究进展以及面临的挑战,讨论了内在因素和外在环境对钙钛矿太阳能电池稳定性的影响以及铅毒性、标准化测试协议等问题,指出开发在严苛条件下具有高稳定性的新材料和新型结构设计,将是钙钛矿太阳能电池未来发展的重点。

从多元化合物薄膜太阳能电池材料、纳米晶太阳能电池材料、有机太阳能电池材料3个方面,综述了太阳能电池材料环境毒性研究发展,分析了存在的问题,指出深入研究毒性机理、进行环境风险评估、设计环境友好型太阳能电池材料,将从源头上降低环境风险。

过渡金属氧化物具有优异的物理和化学特性,但受自身缺陷的影响其在很多领域的应用受到限制。多壳层结构空心球具有大小、组成和壳层数可控的优势。结合两者优点的多壳层过渡金属氧化物空心球在储能方面表现出巨大的应用潜力。介绍了采用硬模板、软模板和无模板等方法制备的一元、二元及三元多壳层过渡金属氧化物空心球的性能及在储能领域的应用进展。

海上溢油问题及含油废水的排放对经济与环境带来了巨大的破坏。在处理这些问题的方法中,吸附法被认为是一种最为经济、高效和环保的方法。改性吸油海绵由于成本低、孔隙率高、设计灵活及三维骨架结构使其在油水混合物处理领域备受关注。然而,普通海绵由于其亲水-亲油性限制了油水处理中的应用。总结了为解决海绵此类问题而赋予海绵选择吸附性能及提高其吸附性的改性方法。

聚芳醚腈是高性能高分子材料,具有优异的耐高温、抗辐射、机械及成型加工性能,可以作为制备先进功能复合材料的优良基体,在航空航天、国防军工及电子通讯等特殊领域有着广阔的应用前景。综述了聚芳醚腈荧光、介电和磁性功能复合材料的研究进展,对聚芳醚腈功能复合材料的发展趋势及应用前景进行了展望。

目前适用于选择性激光烧结技术(SLS)的聚合物粉体种类较少,关于粉体特别是功能导电复合粉体烧结制件性能的影响因素研究还不够清晰。为了建立系统的SLS粉体性能评估流程,为开发SLS新型粉体材料提供理论参考,综述了SLS 3D粉体的性能对打印的影响及其表征方法,并总结了SLS制备导电复合材料的影响因素。

纳米纤维是制备空气过滤材料的重要纤维元素,引入纳米纤维可极大地提高滤料的过滤性能。针对纳米纤维复合滤料的研究现状,介绍了制备纳米纤维常用的聚合物、基材的原料和分类,着重阐述了纳米纤维和微米级基布的复合方式和加固方式,指出了这种方式制备的叠层复合过滤材料的优缺点;综述了纳米纤维与微米纤维混合过滤材料的3种制备方法及其优缺点,为开发新型高效低阻的复合空气过滤材料提供了研究思路。

壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、无毒性和抗菌性,壳聚糖的羟丙基化是解决壳聚糖溶解性的有效途径。综述了羟丙基壳聚糖的制备方法、结构表征与反应机理及其在抗菌、创口敷料、药用载体、组织工程、造纸等领域的应用,指出在羟丙基壳聚糖制备中所面临的—NH₂保护方法、羟丙基化取代度的准确测定方法是生产羟丙基壳聚糖产品的关键。

药品和个人护理品(PPCPs)是一类对人类健康和生态安全构成潜在危害的新型微量有机污染物,尽管在水体中的浓度很低,但由于其结构复杂、难生物降解、在环境中呈伪持续存在状态等特点而对水环境产生深远影响。简要说明了PPCPs对生物和环境的危害、我国PPCPs污染现状,以及处理PPCPs的各种方法,重点介绍了生物处理法、物理化学方法和高级氧化技术等的研究进展,分析了各种方法在废水处理中的优势和缺点,并展望了未来降解处理PPCPs的研究方向。

综述了三维石墨烯3种不同结构的制备方法及其吸附性能,并从污水处理角度总结了三维石墨烯对水中几种典型污染物的吸附能力和效果。目前三维石墨烯在环境保护领域中的发展方向主要为:开发可以重复利用,且低成本的环境友好型三维石墨烯吸附材料;制备可同时去除水中多种污染物的广谱性吸附剂;探究三维石墨烯对水中纳米级污染物的去除性能。

纳米燃烧催化剂由于具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子效应等特性,具备较高的化学活性,在固体推进剂中表现出高效燃烧催化作用。综述了固体推进剂用纳米燃烧催化剂的研究进展,讨论了固相反应法、溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法和水热法制备纳米粒子的优缺点,以及纳米金属粉、纳米金属氧化物、纳米有机金属盐和纳米碳材料负载催化剂的研究现状。总结了纳米燃烧催化剂在制备和应用方面需要解决的问题,如寻求高效、绿色制备纳米催化剂的工业方法,研究纳米催化剂的作用机理及尺寸、形貌等对推进剂燃烧性能的影响规律等。

放射性洗消一直是洗消技术研究的难点,传统的高压水冲洗、化学试剂浸泡、喷砂等洗消方法具有破坏性,同时产生大量的二次污染物。综述了近20年来可剥离膜在放射性洗消中的研究进展,重点聚焦改进可剥离膜性能、改进去污效果和新型膜材料这3方面的研究热点。分析已有的研究数据,发现虽然可剥离膜去除松散的放射性表面污染是一种很有效的方法,然而大多数相关研究缺乏标准详细的操作规程和定量的数据来评估或比较实验的有效性。

以硅烷偶联剂改性纳米SiO₂(纳米SiO₂-NH₂)为无机纳米填料,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为有机填料,对聚乳酸(PLA)进行协同强韧化改性,经熔融共混法制备了不同PMMA含量的PLA/PMMA二元复合材料和不同纳米SiO₂-NH₂含量的PLA/PMMA/纳米SiO₂-NH₂三元复合材料。采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试等手段表征了所得复合材料的微观结构和性能。FT-IR结果表明,PLA与PMMA形成的氢键作用改善了二者的相容性;PLA/PMMA二元复合材料的综合性能在PMMA含量为30%时达到最佳。基于此,固定PLA/PMMA的配比为70/30,进一步添加纳米SiO₂-NH₂制备了不同纳米SiO₂-NH₂含量的PLA/PMMA/纳米SiO₂-NH₂三元复合材料。SEM分析表明纳米SiO₂-NH₂均匀分散于复合材料中;力学性能测试表明随着纳米SiO₂-NH₂含量的增加,复合材料的拉伸强度和硬度分别达到54.09MPa和81.1HA,断裂伸长率最大可达到67.75%。当纳米SiO₂-NH₂质量分数为5%时,PLA/PMMA/纳米SiO₂-NH₂复合材料的综合力学性能最佳。结果表明同时采用改性纳米SiO₂和PMMA对PLA进行改性具有明显的协同强韧化效果。

通过机械共混和高温模压法制备了含不同质量分数的六方氮化硼(h-BN)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料。采用激光闪射法测试了复合材料的导热率;采用万能试验机和洛氏硬度计测试了复合材料的力学性能;采用摩擦磨损试验机测试了复合材料在不同摩擦润滑条件下的摩擦学性能;采用扫描电子显微镜对磨损表面进行了观察。结果表明:导热填料h-BN提高了复合材料导热率与摩擦学性能。与纯PEEK相比,复合材料导热系数提高了156%,达1.522W/(m·K);复合材料在干摩擦条件下摩擦系数下降约50%,最低达0.22;在水润滑条件下磨损体积下降近80%。

以羽毛纤维为填料,环氧树脂为基体,采用热固化成型方法制备了羽毛纤维/环氧树脂复合材料,研究了复合材料的力学性能、动态力学性能和热性能。结果表明:羽毛纤维与环氧树脂之间的化学反应使界面作用增强。复合材料的冲击强度随着羽毛纤维含量的增大先增大后减小,当羽毛纤维含量为2%(质量分数)时,复合材料韧性达到最大值。随着羽毛纤维含量的增加,复合材料的弯曲强度、弯曲模量和储能模量先增加再降低。羽毛纤维的填充使复合材料的玻璃化转变温度提高,复合材料的热稳定性增强。羽毛纤维对环氧树脂的增强增韧作用,为废弃羽毛的有效使用提供了新的思路。

以聚乙二醇(PEG)为相变材料、亲水性气相SiO₂(HFS)为定形载体、多壁碳纳米管(MWCNTs)为导热填料,通过溶胶-凝胶法制备出新型MWCNTs-PEG/HFS复合相变储热材料,并采用比表面积及孔径分析仪、导热系数测试仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪对其微观结构、导热特性、储热特性进行测试与表征。将MWCNTs-PEG/HFS复合相变材料掺入水泥基材料中制备出复合储热水泥板,考察了MWCNTs-PEG/HFS复合相变材料掺杂量对水泥板导热系数及储热调温性能的影响。结果表明:MWCNTs-PEG/HFS复合相变材料具有较高的导热系数及较优的相变储热能力;复合相变材料增大了水泥板内部结构的孔隙率,因而对复合储热水泥板的导热特性造成不利影响。此外,ANSYS有限元分析软件的模拟分析结果表明,MWCNTs-PEG/HFS复合相变材料掺入水泥板后,能够发挥储热调温的作用,进而改善水泥板的热性能。

在以氢氧化钠为催化剂的条件下,改性剂对苯二甲醇先与苯酚高温条件下反应,后与多聚甲醛进行加成缩聚,再经过发泡固化后得到改性酚醛泡沫。通过傅里叶变换红外光谱、核磁共振波谱的氢谱对改性酚醛树脂表征,并对改性酚醛泡沫进行了表观密度、吸水率、粉化度、热重和氧指数等测试,结果表明:成功合成了改性酚醛树脂,且改性酚醛泡沫较普通酚醛泡沫相比吸水率及粉化度下降,迅速失重温度、残炭率及泡沫的极限氧指数提高,耐热性能得到了改善。

水滑石类层状化合物因具有易于聚集特点,使其在医药等方面的应用受到限制。利用水热合成法,将层状氢氧化苯甲酸铜(Cu-LBMS)不加任何交联剂直接沉积到SiO₂微球上,制备了一种新型核壳结构的纳米复合材料Cu-LBMS@SiO₂,并将其用于缓释给药系统。制备的纳米复合微球通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)等方法进行表征和分析,SEM结果表明该复合微球的形貌为疏松多孔的球形,XRD和FT-IR进一步证明了该纳米复合材料的形成。最后以槲皮素为模型药物,探讨了该纳米复合微球对槲皮素的载药性能及体外的释药性。结果表明:Cu-LBMS@SiO₂纳米复合微球对槲皮素的载药量比Cu-LBMS高31.49mg/g,其体外释药主要集中在5～7h,在7h的累积释药量达到91.56%,其缓释效果明显优于Cu-LBMS和其物理混合物。

以草酸为活化剂及沉淀剂,在泡沫镍基底上原位生长钴酸镍(NiCo₂O₄),再以NiCo₂O₄/泡沫镍复合材料为正极活性物质,活性炭为负极活性物质,组装不对称超级电容器(ASC)。采用XRD和SEM测试对NiCo₂O₄进行结构和形貌分析。得益于泡沫镍的三维网状结构、高导电性,以及NiCo₂O₄的纳米片状结构,NiCo₂O₄/泡沫镍复合材料呈现良好的电子和离子传输特性,具有优良的倍率性能和循环稳定性。在0～0.5V的电压范围和1A/g的电流下,NiCo₂O₄/泡沫镍复合材料的比电容达到514.22F/g,在10A/g时比电容仍有432.4F/g。该电容器在1mol/L KOH溶液中的工作电位窗口达到1.6V,当功率密度为4000W/kg时,能量密度达23.33Wh/kg;电容器在0～1.6V以2A/g恒流充放电(电压范围),第2000次循环的电容保持率为92%。

锂硫电池的正极材料研究是实际应用的关键,其中硫化碳正极材料由于其高容量保持率、超低自放电率和高安全性受到广泛关注。但该材料的突出问题是硫含量过低。利用硫化促进剂四甲基二硫代秋兰姆(TMTD)提升硫化聚丙烯腈(PAN-S)正极材料中硫含量至34.09%。所构成的锂硫电池不仅保持本身库仑效率高的特点,且放电比容量高出对照组硫化碳电极280mAh/g左右,循环稳定性增加,为硫化促进剂提高硫化聚丙烯腈材料硫含量的方法提供了有力的佐证。

以聚乙二醇(PEG)为基膜材料,将石墨烯纳米片(GNS)填充至PEG中制备了GNS/PEG杂化膜。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、溶胀度测试(Sw)和热重分析(TG)等手段对膜材料及杂化膜的形貌、表面化学性质、耐溶胀性以及热性能进行了表征。将其应用于渗透汽化噻吩/正庚烷混合物体系的分离,结果表明:当GNS填充量由0.2%上升至1%,富硫因子呈增大趋势,渗透通量呈先下降后增加趋势,这可能是随着GNS填充量的变化,GNS提供的层间小分子传质通道、界面结构、PEG自由体积及分子间作用力均有不同程度的变化。随着操作温度的升高,渗透通量升高,富硫因子先降低后升高。当GNS填充量为1%时,渗透通量为166.34g/(m²·h),富硫因子为19.77,比纯PEG膜分别提高了61.29%和26.35%。

首先以双环戊二烯和呋喃甲胺为原料,通过Diels-Alder反应合成了中间单体双环戊烯-呋喃甲胺(DCPD-F),然后用DCPD-F与双酚A、甲醛为原料进行曼尼希反应合成了带有桥环结构的苯并噁嗪(DCPD-F-BOZ),经过高温固化形成热固性树脂poly(DCPD-F-BOZ)。采用红外光谱、核磁共振仪等手段表征DCPD-F和DCPD-F-BOZ的化学结构;采用差示量热分析DCPD-F-BOZ的固化特性;采用热重分析了poly(DCPD-F-BOZ)的热稳定性后测试其介电常数。结果表明:DCPD-F-BOZ在223℃和258℃出现了两个固化峰;在N₂条件下,poly(DCPD-F-BOZ)的热分解温度为360℃,失重5%的温度为382℃,在800℃的残炭率为53%。室温下介电常数为2.76(1GHz)。

在低密度聚乙烯(LDPE)上引入马来酸酐(MAH),作增溶剂增加聚碳酸酯(PC)与聚乙烯(PE)的相容性。通过红外光谱分析可知LDPE上成功接枝了MAH基团;对LDPE-MAH增容的PC/PE合金进行扫描电镜、熔体流动速率(MFR)、力学性能、热变形温度和吸水率测试。结果表明:PC/PE合金相容性明显提高,开始时随着LDPE-MAH添加量的增大,PC/PE合金的MFR下降,力学性能提高,热变形温度上升,吸水率减小;当LDPE-MAH添加质量高于5%后,继续增加其用量,PC/PE合金的MFR反而上升,力学性能和热变形温度有所下降,吸水率保持稳定。

以丁腈橡胶为基体,通过添加芳纶纤维制备了芳纶纤维增强橡胶复合材料(AFRC),研究了纤维长度、纤维质量分数对AFRC横向和纵向拉伸性能的影响。结果表明:随着纤维质量分数的增加,AFRC的横向和纵向抗拉强度呈上升趋势,且纵向抗拉强度普遍高于横向抗拉强度;纤维质量分数为4%、长度为3mm时,AFRC综合性能较优。

以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸为丙烯酸类单体与环氧树脂E-44接枝共聚,然后以硅烷偶联剂KH-570为有机硅单体,进一步进行扩链,合成KH-570/E-44性能良好的改性水性羟基丙烯酸树脂(WKEA)。采用红外光谱对接枝产物做了结构分析,并用扫描电镜和热重分析了涂膜表面结构和热稳定性。结果表明:根据配方,当引发剂偶氮二异丁腈用量为单体总质量的2.5%、KH-570为3.5%、E-44为12%的WKEA性能最好,其固化涂膜吸水率为9.6%、铅笔硬度为5H、附着力为1级,涂膜冲击强度50kg·cm,涂膜均一致密,耐热性强。

以3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、聚十二烷基/甲基倍半硅氧烷(PDMSQ)纳米球乳液和交联型氨基硅乳(JASO)为构筑基元,选用棉织物作为基质,通过层层自组装技术制备了一种耐久性超疏水涂层。通过单因素实验对工艺条件进行了优化,通过X射线光电子能谱仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对织物表面超疏水涂层的化学组成和微观形貌进行了分析。结果表明,制备的超疏水涂层符合预期设想;当KH560质量分数为1%、PDMSQ纳米球乳液固含量为2%、JASO乳液固含量为1%时,超疏水涂层水静态接触角(WCA)达160.8°。超疏水涂层经皂洗25次后,WCA仍为144.6°。FESEM分析表明,PDMSQ纳米球均匀地附着在棉织物纤维表面,与棉织物纤维本身的微米级结构协同形成了微/纳米级粗糙结构,为构筑超疏水织物提供了有利条件,成功制备了耐久性超疏水涂层。

通过纳层共挤出技术分别制备了低密度聚乙烯/多壁碳纳米管(LDPE/MWCNTs)复合微/纳米纤维。微/纳米纤维的直径和形貌可以通过扫描电子显微镜观察得到。通过透射电子显微镜和偏振拉曼光谱可以表征MWCNTs在LDPE微/纳米纤维中的不同取向结构。TGA测试表明,MWCNTs的取向结构会一定程度地提高复合纤维的热稳定性。DSC测试表明,MWCNTs的含量以及纤维的直径会不同程度地影响LDPE基体的结晶性能。XRD测试表明,LDPE晶体的晶面间距会随着MWCNTs含量的增加与纤维直径的减小而减小。

通过原位合成方法,在芳纶Ⅲ纤维(F3)表面分别负载了以磷酸(PHA)和草酸(OA)掺杂的聚吡咯(PPy)颗粒,从而得到了两类PPy/F3复合产物(PHA-PPy/F3和OA-PPy/F3)。SEM、FT-IR等综合表征结果表明,在PPy/F3复合产物中,PPy颗粒与F3纤维之间除了物理吸附作用以外,还存在较大密度的氢键结合。对F3纤维及两类PPy/F3复合产物的电磁学及吸波性能研究结果表明,相对于原料F3纤维,两类PPy/F3产物的电导率均提高了15个数量级,且介电损耗能力和阻抗匹配效果也得到了显著的提升;两类PPy/F3产物均表现出明显优于F3纤维的吸波性能;在两类PPy/F3产物中,OA-PPy/F3的吸波性能优于PHA-PPy/F3。

采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈(PAN)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纳米纤维,将其包覆在水刺粘胶非织造布表面,制备了PAN-PVP纳米纤维/水刺粘胶非织造复合材料,考察了PAN与PVP质量比对PAN/PVP纳米纤维形貌的影响,并对复合材料的过滤性能、比表面积、透气性等进行了研究。结果表明:纺丝液中PAN和PVP最佳质量比为7:3,静电纺丝时间为2h制备的复合材料对空气中粒径大于2μm颗粒物的过滤效率达99.93%;压差为200Pa时,复合材料的透气率为210.83mm/s,与普通口罩透气率相当;与水刺粘胶非织造布相比,复合材料的比表面积增大,过滤性能明显提高。

采用共沉淀法制备碳纳米管催化剂,考察了制备方法对催化剂微结构以及碳纳米管形貌的影响。结合微反应器混合均匀、反应快速等优势,在实验中将其代替传统的滴定设备作为反应设备,将制备出的催化剂放置于流化床中进行碳纳米管的生长制备。借助于BET测试、扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱等方法对催化剂和碳纳米管进行表征。结果表明:传统滴定反应制备的催化剂团聚现象明显、颗粒大小不一;生长的碳管有序度相对较低,管径跨度大,主要集中在10～18nm之间。微反应器制备的催化剂的比表面积大,表面形貌呈褶皱型且铁铝组分之间的相互作用力强;生长的碳管石墨化程度高,管径分布跨度小,主要集中在11～15nm之间。

以氯铂酸为催化剂,聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、N,N-二甲氨基丙烯酰胺(DMAA)单体为反应原料制备了氨基改性聚硅氧烷柔软剂,并且通过正交试验测得最佳方案为反应时间15h,反应温度110℃,催化剂用量50×10^-6(相对于反应物的质量),物料比[n(含氢硅油):n(单体)]为1:1.2。且通过红外光谱对合成产物的结构进行了表征,同时,对氨基硅油整理前后的亚麻织物表面形态通过扫描电子显微镜表征。结果表明:氨基基团成功接枝到PMHS侧链上,被氨基硅油整理过的亚麻织物比亚麻原布表面更加光滑。

以元明粉(Na₂SO₄,简称S)作为改性剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)为基体,通过密炼机进行熔融共混制得元明粉-MMA/PPC复合材料。采用拉伸、热失重及扫描电镜对S-MMA/PPC复合材料进行拉伸性能、热力学性能以及微观形貌的分析。结果表明:随着S-MMA接枝聚合物含量的增加,S-MMA/PPC复合材料的拉伸强度逐渐增加,断裂伸长率逐渐下降;S-MMA提高了PPC的结晶性和热稳定性,同时S-MMA/PPC复合材料的相容性较好。

为了研究氧化锆对镁基复相材料热膨胀行为的影响,通过实验考察了氧化锆掺量对镁基复相材料热膨胀率、膨胀系数和受热后物理力学性能指标和热稳定性的影响,提出最佳的氧化锆掺量。结果表明:当温度超过1100℃时,镁基复相材料会发生明显的热膨胀,直至温度为1300℃时,膨胀率保持稳定;随着氧化锆掺量的增多,膨胀率和膨胀系数逐渐减小,当氧化锆掺量超过6%时,膨胀率和膨胀系数的变化幅度较小。氧化锆的加入会降低试样受热后的体积密度,同时提高试样受热后的抗折强度和显气孔率。随着氧化锆掺量的增多,镁基材料受热后的耐压强度和耐压强度保留率都呈现先增大后减小的变化规律,当氧化锆掺量为6%时,两者出现最大值,此时镁基材料具有最佳的热稳定性。综合考虑,镁基复相材料中氧化锆的最佳掺量应为6%。

以邻位酰胺双酚、甲醛溶液及间氨基苯乙炔为原料,通过曼尼希反应成功地合成了一种新型乙炔基邻位酰胺双官能化苯并噁嗪单体(AI-ac),并经升温处理得到聚苯并噁嗪[poly(AI-ac)]及聚苯并噁唑(PBO-AI-ac)。采用核磁共振氢谱/碳谱和傅里叶变换红外光谱对该苯并噁嗪的化学结构进行了表征。采用差示扫描量热法和原位红外光谱对单体聚合进行了研究。采用热重分析和动态/静态机械分析分别研究了聚苯并噁嗪的热稳定性及相关力学特征。结果表明:AI-ac噁嗪单体具有较低的固化温度,且聚苯并噁嗪及聚苯并噁唑有着良好的热稳定性和优异的介电性能。两者在800℃氮气氛围中的残炭率分别高达65%和70%。

采用简单的水热法在泡沫镍上成功制备出Ni₃S₂/Ni(OH)₂三维纳米片,该自支撑电极在碱性介质中(1mol/L KOH)表现出优异的氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)的催化活性,在电流密度10mA/cm²时的过电位分别为330mV和290mV。将该电极同时作为电解水的阴极和阳极催化剂时,其在碱性全解水过程中也表现出优异的催化性能,在10mA/cm²时的过电位为420mV,并且表现出优异的催化稳定性。

采用溶剂热法成功地制备出了YVO₄:Eu³⁺和YVO₄:Tb³⁺纳米粒子,并通过X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和荧光分光光度计分别对上述纳米粒子的晶体结构、粒子大小和光致发光谱进行表征和测试。结果表明,制备出的纳米粒子均为四方锆英石结构,其平均粒子尺寸为 6～8nm,其中YVO₄:Eu³⁺纳米粒子具有良好的红光发射,而YVO₄:Tb³⁺纳米粒子并不发光。实验还对YVO₄:Eu³⁺纳米粒子的发光机理和YVO₄:Tb³⁺纳米粒子不发光原因进行了分析。

以氯化大豆油和大豆油丙烯酸酯为多元醇,与异氟尔酮二异氰酸酯、2,2-二羟甲基丙酸反应合成大豆油基水性聚氨酯(SWPU)。以SWPU的双键为反应位点,以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为单体,采用无皂乳液聚合接枝共聚合成了一系列聚丙烯酸酯接枝大豆油基水性聚氨酯(SPUA)。红外光谱、激光粒度仪等测试结果表明,成功制备了接枝共聚物SPUA。与SWPU胶膜相比,SPUA胶膜的吸水率显著降低,硬度明显提高,机械性能和热稳定性也得到提升。

以呋喃和顺丁烯二酸酐为原料,经过D-A加成、亲核取代、脱环等一系列反应,得到新型聚酰亚胺二酐单体目标产物。通过核磁共振氢谱仪对中间体和二酐单体进行了结构表征,表征结果证实成功合成了中间体及目标产物。溶解性测试表明,二酐单体在常用溶剂中的溶解性能良好,有利于后续聚酰亚胺的合成。

利用化学沉淀法制备CaCO₃/TiO₂复合粒子,直接将CaCO₃加入水中配制CaCO₃浆料,再将事先配制好的钛酸四丁酯前驱体溶液滴加到CaCO₃浆料中,水解成核生长,得到CaCO₃/TiO₂复合粒子。结果表明:CaCO₃/TiO₂复合粒子表面粗糙,存在大量、排列致密的,粒径约为5～8nm的TiO₂微粒;当CaCO₃浆液浓度为10g/L,配制的钛酸四丁酯溶胶发生部分水解反应[n(H₂O):n(Ti(OC₄H₉)₄)=2:1],CaCO₃与TiO₂质量比为1g:0.75g时,反应2h条件下得到的复合粒子在邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液中溶出的Ca²⁺浓度最小,耐酸性能最好。

针对战时偶发因素导致装备器材保障中无备件或备件供应不足的问题,选用激光立体成形技术进行备件的快速制造,结合战场抢修的及时性需求,选取316L不锈钢作为打印材料,基于正交试验法,对加工艺参数进行优化,进而分析了微观组织对力学性能的影响机理。结果表明:最佳工艺参数为A1B4C3,即激光功率为400W,扫描速度为700mm/min,送粉速率为1.6r/min。细长的枝晶组织和较窄的晶间宽度强化了拉伸性能,而且定向生长的较长枝晶可以进一步增加沿枝晶生长方向上的强度。316L不锈钢是典型的塑性断裂,但韧窝比常规件更小。

以可膨胀石墨(EG)为阻燃剂,液体硅胶为基体,通过硅氢加成反应制备EG阻燃多孔硅胶,研究了EG对材料氧指数、烟密度、点火时间、熄灭时间、热释放量、热性能的影响。结果表明:EG添加量为5%(wt,质量分数,下同)时,阻燃多孔硅胶氧指数可达到38.4%,与纯多孔硅胶氧指数相比提高47.7%;EG的加入不利于烟密度的降低;适当添加EG,可延迟点火时间,降低阻燃多孔硅胶的总热释放量;EG添加量为15%时,阻燃多孔硅胶总热释放量降低56.67%。热失重分析表明,EG的加入可明显延迟阻燃多孔硅胶支链和主链的分解温度,EG添加量为15%时,阻燃多孔硅胶支链和主链分解分度分别升高21℃和44℃。

采用传统高温固相法在较低温度下制备Sm³⁺离子掺杂Sr₃MgSi₂O₈橙红色荧光粉,研究了Sr_3-xMgSi₂O₈:x% Sm³⁺的晶体结构和发光性能。激发和发射光谱表明,样品可被近紫外350～420nm波段激发,最强激发峰位于402nm处,发射光谱呈现出Sm³⁺的特征橙红色,谱带峰值分别在563nm、601nm、644nm,对应于 ⁴G_5/2→⁶H_5/2、⁴G_5/2→⁶H_7/2和 ⁴G_5/2→⁶H_9/2特征跃迁。最强发射对应的掺杂浓度为5%(摩尔分数,下同),浓度猝灭的发生主要是因为非辐射荧光粉中Sm³⁺离子之间的能量转移。浓度为5%的CIE坐标为(0.5548,0.4366)最接近橙红色,获得极佳的演色性。样品Sr_3-xMgSi₂O₈:x% Sm³⁺荧光粉是一种具有应用潜力的近紫外激发三基色白光LED用橙红色荧光粉。

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对活性炭(AC)进行改性,增强活性炭电极的亲水性和电吸附性能。采用扫描电镜、比表面积及孔径分析仪、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪和电化学工作站等技术手段对改性前后材料的性能进行了表征和分析。结果表明:改性后CTAB-AC材料的比表面积相比AC有所降低,但其表面亲水性明显改善,并且CTAB-AC电极的电吸附性能明显提高,比电容由原样的66.55F/g增加到96.57F/g,提高了45.11%,库仑效率由56%提高到83.33%,离子去除率由35.48%增至51.85%,为电吸附电极材料的改性制备研究提供了参考依据。

采用溶胶-凝胶法制备具有抗菌性能的Zn-Yb白炭黑。通过单因素实验获得该材料的较优制备条件:锌离子浓度为0.7mol/L,稀土元素镱离子浓度为0.007mol/L,反应时间为1h。以大肠杆菌为菌种,采用涂布平板法进行抗菌性能的检测。选用扫描电镜、能谱、BET比表面积、X射线衍射、电感耦合等离子体发射光谱仪和粒径分析等手段对产品进行表征。结果表明:掺杂稀土镱后的抗菌白炭黑结构蓬松,粒径较小,比表面积大且为无定形态,锌离子与镱离子的加入并没有改变载体的结构。抗菌结果表明该材料对大肠杆菌具有较好的抗菌性能,添加镱后抗菌率从71%提升到94%,稀土镱具有良好的协同抗菌能力。

以葡萄糖、尿素、氯化钌和硅溶胶为前驱体,葡萄糖碳化后作为碳模板,利用微波辅助将Ru纳米颗粒限域负载于介孔SiO₂之上,焙烧后得到高度均匀分散的Ru-SiO₂材料。通过XRD、TEM和BET等表征手段对材料的结构形貌进行了分析,以热催化氨分解反应作为评价体系,对样品进行了催化活性评价。实验表明,此法制备的材料较浸渍法具有更好的催化活性,在相同温度下有更高的转化率。这主要是归因于SiO₂载体对活性组分Ru的限域作用,使得Ru颗粒具有较小、均匀的粒径,以及良好的热稳定性。

运用模板法制备介孔二氧化硅(m-SiO₂),借助溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅载TiO₂(m-SiO₂-TiO₂)纳米复合材料。通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对复合材料的形貌和组成进行表征。以亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)的脱色降解实验来表征复合材料的光催化性能,通过CFU平板计数对其抗菌性能进行研究。结果表明:m-SiO₂纳米颗粒具有有序的介孔结构,二氧化钛(TiO₂)为锐钛矿相;在可见光照射下,RhB的光催化降解反应遵循一级反应动力学;复合材料的光催化降解活性由复合材料的吸附能力和TiO₂的光催化活性共同决定;复合材料对铜绿假单胞菌(PA)有更强的抗菌效果。

以硝酸银、磷酸氢二钠为原料,通过水热合成法合成磷酸银(Ag₃PO₄)半导体光催化剂,研究了Ce³⁺,Er³⁺,Eu³⁺和Sm³⁺稀土离子掺杂对Ag₃PO₄催化性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计等对其结构和性能进行分析。以亚甲基蓝为模拟废液进行光催化降解实验,评价Ag₃PO₄的光催化性能。结果表明:制备的样品均为纯立方相Ag₃PO₄;质量浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液催化降解30min后,掺杂稀土离子的Ag₃PO₄样品催化性能明显比纯Ag₃PO₄的催化性能好,其中纯Ag₃PO₄的降解率为65.75%,掺杂1%(摩尔分数,下同)Ce³⁺的Ag₃PO₄降解率为96.59%,掺杂1% Er³⁺的Ag₃PO₄降解率为99.39%,掺杂1% Eu³⁺的Ag₃PO₄降解率为95.39%,掺杂1% Sm³⁺的Ag₃PO₄降解率为98.06%。经过3次循环降解后,掺杂1% Ce³⁺的Ag₃PO₄降解率仍然达到56.13%。

以硝酸锌和2-甲基咪唑为原料,采用溶剂法合成了ZIF-8纳米微粒,并以合成的ZIF-8框架作为Au纳米颗粒的载体,研究了Au@ZIF-8对于催化硼氢化钠降解亚甲基蓝的性能。结果表明:25℃下反应24h时,以质子化能力适宜的甲醇作反应溶剂可获得粒径、形貌规则的ZIF-8。Au纳米颗粒很好地负载到金属有机框架(ZIF-8)上,且具有良好的分散性,在紫外光的激发下,降解12min的条件下,Au@ZIF-8对于亚甲基蓝达到了很高的降解率。柠檬酸钠很好地防止了金的团聚,有助于催化的进行,小粒径的Au纳米颗粒可以更快地催化亚甲基蓝的降解。

以粉煤灰和氧化石墨烯为原料,采用水泥固化法制备出粉煤灰/水泥/氧化石墨烯复合材料(FACGO),研究其对Cu²⁺的吸附特性,并采用动力学模型、吸附等温线模型和热力学模型探讨其吸附机理。结果表明:FACGO比表面积较大,表面粗糙不规则,对Cu²⁺的吸附速率较快,2h内吸附率达98%以上;与准一级动力学模型相比,FACGO的吸附行为更符合准二级动力学模型,表明其吸附行为主要以化学吸附为主;与Freundlich模型相比,Langmuir等温线模型更能很好地描述FACGO对Cu²⁺的吸附,其最大吸附量可达到28.490mg/g,说明FACGO对Cu²⁺的吸附属于单分子层吸附;FACGO对Cu²⁺的吸附属于自发的吸热反应,且其最佳pH为6左右;FACGO对Cu²⁺的吸附行为主要是物理吸附、化学吸附和絮凝作用等共同作用的结果,且以化学吸附为主。所以,FACGO是一种吸附性能稳定且高效的吸附剂。

采用高温热解法制备ZnCl₂/AlCl₃改性棉秆基活性炭并吸附甲基紫。探究了样品投加量、反应接触时间、甲基紫浓度、吸附温度和溶液pH对甲基紫吸附率的影响,并研究了其吸附动力学、热力学及吸附等温线模型。结果表明:甲基紫的吸附最佳条件为样品投加量40mg、反应接触时间120min、甲基紫浓度100mg/L、吸附温度25℃、溶液pH为7。吸附过程符合伪二级动力学方程和Freundlich吸附等温模型;吸附总速率由外部液膜扩散作用控制;吸附过程为吸热熵增吸附,即温度的升高有利于吸附的进行。

以乙醇胺-水二元体系为分散溶剂,通过超声辅助液相剥离法制备少层氮化硼纳米片(BNNSs),并以此为载体,利用水热合成法成功制备TiO₂/BNNSs复合光催化材料。通过FT-IR、Raman、XRD、XPS和SEM对两者的结构与形貌进行表征。以亚甲基蓝降解实验为探针评价样品的催化活性,发现该复合光催化剂对亚甲基蓝的降解率可达96.43%,催化剂循环使用性良好。

以紫萍干体(简称紫萍)为吸附剂处理含有阳离子红X-GRL(CR X-GRL)的废水,考察了吸附时间、紫萍投加量、pH、温度、共存离子等对吸附行为的影响,探讨了吸附动力学及热力学。结果表明:紫萍对溶液中的CR X-GRL吸附速率较快,准二级动力学方程能够准确地描述吸附过程,颗粒内扩散不是唯一的控速步骤;紫萍吸附CR X-GRL的适宜pH范围为3～10;Langmuir等温吸附方程能更好地拟合吸附数据,紫萍对CR X-GRL的吸附是一个自发、放热的过程,温度升高吸附量降低;溶液中共存的Na⁺使吸附量略有降低,而Cl^-和SO^2-₄对吸附几乎没有影响。

目前改性沥青在使用过程中存在着路面早期病害如车辙、水损坏、易老化等问题,严重影响沥青路面的使用寿命。石墨烯是碳的同素异形体,为排列成六角形晶格的单层碳原子,具有优异的力学和热学性质,其结构特性对解决沥青路面存在的问题提供了新的思路。系统地总结了石墨烯在沥青改性中的最新研究成果,包括石墨烯对沥青及其混合料性能的影响,石墨烯改性沥青的制备方式、原料性质等影响因素,并总结了国内外石墨烯改性沥青路面在工程应用中的最新进展。最后,对石墨烯在沥青改性应用方面存在的技术难点,以及产业化方向进行了讨论和展望。

以羟丙基甲基纤维素(HPMC)和玉米秸秆粉末作为原材料,新戊二醇二缩水甘油醚(NGDE)为交联剂,碱催化制备一种新型多孔吸水材料。结果表明:当目数80～100的玉米秸秆粉末用量为3.5g、HPMC为3.0g、NGDE为13mL、反应温度为55℃时,所制吸水材料的吸液倍率最佳,最大吸自来水倍率22.4g/g,吸蒸馏水倍率为32.8g/g;当9次重复吸水以后,吸水恢复率仍能达到45%左右。在扫描电子显微镜下可以看到吸水材料多孔,孔径在20～200μm之间;红外光谱图证实纤维素上羟基与NGDE发生反应;由X射线衍射分析可得吸水材料在结晶区发生了交联反应;由热重分析可知吸水材料具有良好的热稳定性。

为了提高温再生沥青混合料性能,针对废旧基质沥青温再生后加入不同掺量的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和丁苯橡胶(SBR)改性沥青进行再生研究,采用单轴贯入强度试验、弯曲蠕变试验、冻融劈裂试验和四点弯曲疲劳试验,分析其高/低温性能、水稳定性以及疲劳性能。结果表明:SBS、SBR改性沥青的加入使温再生混合料各项性能均有较好的提升;SBS掺量为5%时,混合料高温性能最好;SBR掺量为4%时,混合料低温性能最好;SBS掺量为5%时,混合料水稳定性能最好;在改性剂掺量为3%～5%的过程中,相较于基质沥青混合料疲劳性能,5%掺量的SBS改性沥青提高幅度最为显著;综合考虑各项性能建议选用改性剂掺量为5%的SBS改性沥青。

MXene材料是一种新型二维金属过渡碳化物或氮化物,通过氢氟酸、氟化铵或无机氟化物等刻蚀前驱体MAX相中的活泼金属元素而得到。理论研究发现,MXene材料的性能非常优异,具有高比表面积、高电导率,以及优异的光学、电学、磁学及力学特性。主要介绍MXene材料的制备方法及其在不同领域的研究与应用,分析了现阶段存在的问题,并展望了发展方向。

通过高温固相法制备LaNbO₄:Tm,Yb荧光材料,采用X射线衍射仪、荧光光谱仪对其结构和荧光性能进行了表征。X射线衍射分析结果表明合成的产物为单斜相结构,且稀土离子掺杂不改变产物的晶体结构。荧光光谱测试结果显示:980nm的激发光源能够有效激发Yb³⁺,Yb³⁺通过能量传递使Tm³⁺发生能级跃迁,导致红光和蓝光发射;Tm³⁺和Yb³⁺的掺杂量分别为0.1%和15%(均为摩尔分数)时,荧光材料的发光强度最高。通过研究上转换发光强度与激发功率的关系,揭示了Tm³⁺和Yb³⁺双掺杂体系的发光机制,证实荧光材料存在双光子和三光子吸收过程。温度传感特性研究结果表明,LaNbO₄:Tm,Yb荧光材料具有优异的温度传感特性,在远距离非接触温度传感方面具有潜在的应用价值。

以镀银纱线、无纺布粘合衬与棉布为原料,制备了一种柔性加热材料,并对其电热性能进行测试,研究其模拟服装加热效果。结果表明:可通过调节通电电压和样品电阻控制柔性加热材料的发热温度,实现控温加热功能。通过提取和分析柔性加热材料表面的红外温度图像,得出柔性加热材料表面的发热温度,所制备的柔性加热材料发热均匀、性能良好,且模拟服装内部的设定平衡温度与柔性加热材料的功率消耗呈线性相关。证实了该材料在服装保暖领域的应用潜力。

软骨组织修复一直是组织工程(TE)中的研究热点。选用医用级聚己内酯(m-PCL)通过熔体静电纺丝直写技术制备PCL骨-软骨复合支架,其纤维平均直径为20.4～36.2μm,10层纤维拉伸强度为3.44M～5.75MPa,抗压强度为0.032MPa,孔隙率为90.4%。实验结果表明,熔体静电纺丝直写技术制备的m-PCL骨-软骨复合支架具有良好的机械强度、高孔隙率和微米级纤维直径,并且可以通过网格孔径和纤维膜层数的调控及不同支架材料的选取,可应用于骨-软骨的各个分层结构,在TE和医学领域中具有广阔的应用前景。

天然粘土类吸附剂因具有独特的层状结构而表现出优异的吸附和离子交换性能,成为近年来的研究热点。介绍了利用几种不同的粘土类吸附剂对水和废水中的重金属离子和有机物等污染物质的吸附,并对粘土类吸附剂今后的发展趋势进行了讨论。

采用Hummers法制备了氧化石墨烯,再与贝壳粉进行复合制得氧化石墨烯贝壳粉复合材料(GO/SP),利用扫描电镜、红外光谱等手段对GO/SP的结构和官能团进行表征。考察GO/SP对染料废水的吸附性能,探讨pH、温度、投加量、反应时间、浓度等因素对去除率的影响,确定最佳吸附条件,并对吸附结果进行数据拟合,建立吸附等温模型和吸附动力学模型。结果表明:与SP相比,GO/SP的吸附效果明显提高。SP吸附刚果红的过程符合Langmuir模型,准一级动力学模型,GO/SP吸附刚果红的过程符合Langmuir模型,准二级动力学模型。

水是生命之源,采用沉淀法合成Pd@ZIF-8在催化降解水中有机染料(亚甲基蓝)方面的应用和对环境保护都具有重要的意义。将ZnNO₃·6H₂O和2-甲基咪唑按一定比例在室温下反应合成ZIF-8,采用硼氢化钠还原将Pd负载在ZIF-8上,得到均匀分散的Pd@ZIF-8。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、场发射透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等测试手段对Pd@ZIF-8样品的形貌、结构、组成进行了表征。并以亚甲基蓝与硼氢化钠的还原反应为模型,利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)来观察Pd@ZIF-8的催化降解性能。结果表明:采用沉淀法制备的Pd@ZIF-8具有分散均匀、容易大量制备的优点。该催化剂不仅降解效率高,并且能够多次循环利用。

H₂O₂作为一种强氧化剂,可使机体的抗氧化能力丧失,进一步引发各种疾病。利用大蒜素的主要提取物S-烯丙基-L-半胱氨酸(SAC)为模板剂合成了铜纳米粒子(SAC-Cu NPs)。在H₂O₂分子存在下,能引起铜纳米粒子荧光强度明显的猝灭。凭借这种特定的响应,开发了基于SAC-Cu NPs的荧光探针,用于高灵敏和高选择性的检测H₂O₂含量的方法,其在0.1×10^-6mol/L到50×10^-6mol/L范围内有着良好的线性响应关系,检测限可达0.79×10^-7mol/L。此外,对实际食品样品中的H₂O₂进行了检测,与国家标准方法的测定值一致,表明该荧光探针在环境保护及保障食品安全方面有较好的应用前景。

选用硅烷偶联剂(KH-560)改性纳米SiO₂溶胶,然后将其与含氟聚丙烯酸酯乳液、成膜助剂醇酯-12、适量颜填料及其他助剂混合制备复合乳液。运用Zetasizer Nano仪器、傅里叶变换红外光谱表征改性后纳米SiO₂溶胶的粒径大小及结构,并运用热重分析、扫描电镜、动态接触角等手段对复合涂层的热稳定性、形貌和疏水性进行表征。将其涂覆于混凝土砂浆试件,进行各项性能测试。结果表明:采用纳米SiO₂溶胶(掺量为20%时)改性含氟丙烯酸乳液时,复合涂层的附着力为1.92MPa,铅笔硬度为5H,耐冲击强度最大可高于50cm,耐酸碱盐腐蚀率分别为16%、11%、10%,耐老化性色差为0.5,接触角为103.57°,吸水率为0.75,适用于腐蚀环境下混凝土的长效防护。