碳点(CDs)是近年来出现的一类新型碳纳米材料,具有毒性低、环境友好、合成路线简单和成本低等优点。通过对CDs合成原材料筛选、掺杂、尺寸控制、钝化/功能化,可以调控其物理化学性质,改善光学性质,在化学生物传感、催化、能源以及信息防伪等领域得到了广泛的应用。重点综述了碳源、改性手段对CDs制备的影响,概述了碳点在荧光墨水和防伪材料方面的研究进展,并对CDs的研究重点和应用前景进行了总结与展望。

随着雷达探测技术的发展以及电磁污染的日益严重,研制高效、轻质的电磁波吸收材料具有重要意义。碳纳米管具有吸收强、频带兼容性好、形态结构可控、质量轻、导电性可调等优点,是最具发展潜力的吸波材料之一。综述了碳纳米管/高分子有机物复合吸波材料、碳纳米管/磁性金属复合吸波材料、碳纳米管/铁氧体复合吸波材料以及碳纳米管/其他碳系吸波材料的制备方法和吸波性能,并对碳纳米管复合吸波材料未来的发展方向进行了展望。

电解水制氢具有可持续、高效率、无污染等优点,但该技术存在能耗过大、生产成本偏高等问题。其原因在于电解电极析氢过电位太高,造成能源消耗大,为了有效地降低能耗,研究新型析氢电极材料是解决电解水难题的关键所在。MXenes具有高比表面积、良好的亲水性、较低的析氢过电位和氢吸附吉布斯自由能,是一种理想的析氢阴极材料。系统地从MXene材料的制备、储存及其表面官能团结构改性等方面开展了探讨,结合析氢理论研究和实验研究,对MXene二维材料的电解析氢性能和析氢反应机理进行了阐述。最后,对MXene在析氢催化领域的发展前景作出展望,随着制备方法的多样化和技术手段的改进,MXene定会作为未来主要的析氢催化材料之一。

石墨烯是一种以碳原子sp²杂化组成的二维新型材料,其特殊的六边形蜂窝状结构具有很多优异的物理特性,在热界面材料(TIMs)领域具有广阔的应用前景。三维石墨烯(3DGNs)具有固有的连续结构,相比二维石墨烯填料可以更高效地提高聚合物的导热系数。近年来,三维导热填料得到了广泛的关注,3DGNs复合导热材料也成为研究热点。介绍了3DGNs的主要制备方法,阐述了3DGNs与多种填料协同在导热复合材料中的应用,并对3DGNs复合导热材料的发展方向进行了展望。

荧光高分子材料是一类既具有优异的加工性能,又同时具备可调谐的荧光发光特性的特殊高分子材料,在传感器、图案化、信息加密解密以及生物成像等领域具有潜在应用价值,而受到人们的广泛关注。在此综述了单色和多色荧光高分子材料的构建方法和种类特点,并对其发展前景进行了展望。

花状纳米粒子因形貌独特、比表面积大、粗糙度高等优点,能与聚合物形成良好的界面结合而制备综合性能优异的纳米复合材料。总结了近10年来国内外有关花状纳米粒子的合成方法及在聚合物中的应用,介绍了其对聚合物的催化性能、耐热性、阻燃特性以及分离吸附的影响,并分析了相关作用机理。

海洋环境中存在大量的污损生物,给人类造成了巨大的经济损失甚至引发重大安全事故。在材料表面涂覆防污涂料是目前广泛采取的防护措施,以此来抑制污损生物的附着和生长。然而,防污剂“爆释”现象一直是防污研究有待解决的难点问题。针对涂层中防污剂释放速率不稳定的现象,综述了近年来分子筛控释技术在海洋防污中的应用,并对海洋防污剂未来的发展方向进行了展望。

相变储能材料具有储热密度大、价格低廉、对环境友好的优点,受到学者的广泛关注。然而,相变材料在使用过程中存在着易泄漏和低热导率的缺点,严重制约了其发展和应用。定形相变储能材料以支撑材料为基体,将相变材料分布在基体材料中,有效地解决了材料的泄漏问题,此外某些基体材料的加入会提高定形材料的热导率。介绍了定形相变储能材料的制备方法,简述了含有不同基体的定形相变材料的研究现状,总结了定形相变储能材料提高热导率的方法,并对定形相变储能材料未来的研究发展方向进行了展望。

噻吩席夫碱结构中含有富电子的硫杂环和席夫碱特性基团(CN),在加工过程中,还可以引入其他特殊官能团,这使得其具有独特的化学性质和生物性质。同时噻吩席夫碱又是良好的金属有机配体,可与大多数过渡金属离子形成配合物,因此良好的分子可设计性和易加工性,使噻吩席夫碱及其配合物得到广泛应用。介绍了噻吩席夫碱及其配合物的结构特性及制备方法,综述了该类化合物在抑菌活性、抗氧化性、电致变色、分子荧光探针和金属缓蚀剂中的应用进展,并展望了噻吩席夫碱未来的研究方向。

有机太阳能电池(OSCs)因其质轻、柔韧性好以及易加工等优点成为新一代太阳能电池的重要发展方向。有机太阳能电池的发展主要离不开以下3个方面:活性层、界面层材料的不断推陈出新和器件制备工艺的不断优化。活性层材料主要由电子给体材料和电子受体材料构成,目前受体材料主要有富勒烯衍生物受体和非富勒烯小分子受体。近来,由于非富勒烯受体的迅猛发展,使有机太阳能电池的器件效率从10%迅速发展到18%以上。综述了几类具有代表性的非富勒烯小分子受体材料,分别为吡咯并吡咯二酮类(DPP),苝二酰亚胺类(PDI),引达省并二噻吩类(IDT)以及其他噻吩类的结构特点及其在有机太阳能电池中的应用和进展。

单斜晶型的Li₃V₂(PO₄)₃材料具有197mAh/g的理论容量、4.1V的工作电压,以及良好的循环性能,是一种极具发展潜力的锂离子电池正极材料。综述了近几年来Li₃V₂(PO₄)₃材料改性研究的最新进展,并分析了改性研究过程中存在的问题。

金属-有机骨架(MOFs)材料是由无机金属离子或金属簇与桥连的有机配体通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的多孔材料,在选择性吸附污染物方面性能突出。介绍了不同类型MOFs材料吸附去除水环境中无机污染物的研究进展,讨论了水体环境、材料性质等诸多因素对材料吸附效果的影响,并对MOFs材料的应用前景进行了展望。

LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)是高镍三元正极材料的典型代表,具有比容量高、成本低等优点,被认为是极具竞争力的锂离子电池理想候选正极材料之一。然而,NCM811正极材料的高镍含量使阳离子混排、表面缺陷和微裂纹等结构缺陷更加突出,导致材料的容量衰减快、循环性和热稳定性差,限制了其大规模的商业化应用。首先简要论述了NCM811结构缺陷的起源及其对电化学性能的影响机制,在总结形貌调控、体相掺杂、表面包覆和特殊结构设计等四个方面提高电化学性能的最新研究进展基础上,展望了NCM811正极材料未来的发展方向。

环境中六价铬[Cr(Ⅵ)]的毒性约是三价铬[Cr(Ⅲ)]的100倍,Cr(Ⅵ)不仅对生态环境和人类健康构成严重威胁,还具有很强的致癌性和致突变性,因此,水体Cr(Ⅵ)污染物的治理具有重要意义。磁性生物质炭以其丰富的结合位点、大的比表面积、优良的吸附性能、低成本、高的抗冲击性和耐受性,可用于Cr(Ⅵ)污染水体的修复。综述了磁性生物炭的制备方法,讨论了磁性生物质炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响因素,进而分析了磁性生物质炭去除水中 Cr(Ⅵ)的吸附机理。最后,提出了磁性生物质炭在Cr(Ⅵ)污染水体修复中进一步的研究需求和方向,并展望了未来的发展前景和潜力。

金属有机骨架材料是近年来新型材料领域研究的热点,在气体存储与分离、药物运输、催化、吸附等多方面有着广泛的应用,但多数金属有机骨架材料在水处理应用中存在稳定性差的问题。以水稳定性较好的MIL系列金属骨架材料为立足点,综述了MIL系列材料的合成和改性,以及金属骨架材料在染料、抗生素和农药等有机废水处理方面的应用。

采用磁控溅射法低温下在硅衬底上制备了荧光碳化硅(SiC)纳米薄膜,研究了不同沉积温度下SiC纳米薄膜的微观结构、成分和光学性能。结果表明:沉积温度25～300℃条件下,SiC纳米薄膜的平均厚度介于3.5～7.7nm之间,硅、碳和氧是薄膜的主要成分。沉积温度为200℃时,SiC纳米薄膜具有最优的光致发光性能,薄膜的发光机理是SiO₂的氧缺陷和SiC的本征发光。与沉积温度300℃制备的SiC纳米薄膜样品相比,沉积温度200℃制备的SiC纳米薄膜样品的荧光绝对量子产率增强至12.71倍。磁控溅射法低温制备的SiC纳米薄膜在紫外探测领域具有潜在的应用前景。

导电聚合物具有优异的导电性能和生物相容性,是制备细菌印迹传感器的关键材料。利用循环伏安法在玻碳电极表面一步原位聚合制备了一种新型掺杂有黑磷(BP)的聚吡咯复合薄膜(PPy/BP)。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征其表面形貌和化学成分,通过循环伏安曲线和交流阻抗图谱研究PPy/BP的电化学性能,并考察其环境稳定性及防污性能。结果表明:PPy/BP呈现出平滑、疏松、纳米颗粒状的形貌,其界面阻抗仅为PPy的15%,说明BP掺杂大大提高了PPy的导电能力。PPy的包覆有效地保护了易被氧化的黑磷,室温放置15d,PPy/BP的阻抗几乎不变,说明PPy/BP具有良好的环境稳定性;PPy/BP对BSA的非特异性吸附很少,意味着PPy/BP具有良好的防污性能,因此,PPy/BP是一种适用于构建细菌印迹传感器的优异复合材料。

在空气气相环境以及蒸馏水液相环境下对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维丝束表面进行激光辐照处理,控制激光辐照功率不变而改变碳纤维丝束移动速度,利用扫描电镜和能谱仪对激光辐照处理后的样品进行表征,初步分析了激光改性后PAN基碳纤维表面形貌以及表面元素含量的变化。结果表明:碳纤维表面受激光辐照处理,表面产生许多沟壑,粗糙度增加,在液相环境下处理后的纤维比气相环境下沟壑更多,且表面含氧量增多,O/C比增大。碳纤维受激光辐照处理的时间不同也会影响其表面形貌和表面元素的含量。

利用连续离子沉积法和水热法在FTO基底上制备了Ag⁺掺杂Bi₂S₃薄膜(Ag-Bi₂S₃),探究了Ag⁺浓度对Bi₂S₃薄膜光电性能的影响。并用扫描电镜、能谱、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis DRS)等手段对其进行表征。结果表明:Ag-Bi₂S₃薄膜局部出现由较短的条状晶体聚集形成的花辫带,并有Ag元素的能谱峰,Ag⁺掺杂进Bi₂S₃薄膜;在Ag-Bi₂S₃的XRD衍射峰中出现AgBiS₂相的衍射峰,表明Ag元素在Ag-Bi₂S₃薄膜中的存在形式为AgBiS₂;UV-Vis DRS测试结果显示Bi₂S₃薄膜和Ag-Bi₂S₃薄膜的禁带宽度分别为1.65eV和1.47eV;Ag-Bi₂S₃薄膜的光电压和光电流分别为0.2013V和0.059mA/cm²,比Bi₂S₃薄膜的光电压和光电流分别提高了30.6%与168.1%;Ag-Bi₂S₃的载流子浓度4.83×10¹⁴cm^-3,比Bi₂S₃的8.17×10¹²cm^-3提升了两个数量级。

为了提高碳纤维的体积电阻率,通过超声活化与过硫酸钠前处理,采用Stöber法在碳纤维表面直接生成二氧化硅包覆层。X射线光电子能谱结果显示,超声活化与过硫酸钠处理均使碳纤维表面活性提升,有助于二氧化硅包覆层的生长。通过红外光谱和扫描电子显微镜分析了SiO₂包覆层的组成和形貌。热重分析表明,在850℃时CF/SiO₂的质量损失不超过2%,耐热性良好。增重6.6%时,CF/SiO₂的体积电阻率达到9.7×10⁸Ω·cm,静电感度测试电压10kV下未发生电极放电现象,表明电阻提升有效。当CF/SiO₂粉尘浓度600g/m³、点火能量为1.5J时,未发生粉尘燃烧和爆炸,具有良好的抗燃爆性。

以聚酯海绵为基体,通过聚乙烯醇(PVA)水凝胶将炭黑颗粒负载到海绵骨架表面,以炭黑作为光热材料,制备了高效太阳能水蒸发PVA/炭黑/聚氨酯复合材料。通过扫描电子显微镜、紫外-可见光近红外分光光度计、傅里叶红外变换光谱、红外热像仪和人工太阳模拟器,探究了样品的微观结构光吸收、亲水性、光热性能以及水蒸发性能。结果表明:所制备的PVA/炭黑/聚氨酯复合材料具有多级孔结构及优异的亲水性和光热性能,在紫外和可见光范围内光吸收率最高可超过95%,在近红外范围内光吸收率最高可超过90%,在一个太阳辐照下(1kW/m²)水蒸发速率最高达到了1.65kg/(m²·h)。

使用乙二醇(EG)和丙二醇(PG)作为醇解剂,氢氧化铯作为高效催化剂,将废旧聚氨酯直埋管道保温泡沫(PU硬泡)粉碎,并加入其中,进行降解,然后量取适当降解得到的低聚物多元醇制备出再生PU硬泡。对降解产物进行黏度测试及羟值测试,然后对制备的再生PU硬泡进行密度、压缩强度、红外光谱、扫描电镜等一系列测试并分析。通过实验结果可以看出:在m(EG)∶m(PG)=1∶1,高效催化剂氢氧化铯加入质量比为0.8%时,废旧PU硬泡达到最好的降解效果,此时再生的PU硬泡的密度低、抗压强度更高、保温性能更好,达到国家标准的要求。

采用两步法和溶剂热反应,先制备硒化钨纳米花,再以硒化钨为模板,在其表面生长硫化锌纳米棒制备WSe₂/ZnS复合材料,并研究复合材料的气敏性能。通过X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成材料进行了表征。结果显示,合成的WSe₂/ZnS复合材料在三乙胺、氨水、硫化氢、氮氧化物、三甲胺、苯胺、甲酰胺、甲醛和乙醇等气体的检测中,对三乙胺气体表现出良好的选择性和较高的灵敏度。在最佳工作温度240℃下,WSe₂/ZnS-7传感器对10×10^-6三乙胺的响应灵敏度达到10.72,其响应、恢复时间分别为7s和11s,最低检出限为0.1×10^-6。最后,对WSe₂/ZnS复合材料的气敏机理进行了讨论。该材料在气敏领域有着潜在的应用前景。

采用Pro/E绘图软件绘制Kevlar/PA装甲材料的结构模型,并利用ANSYS Workbench分析材料在拉伸位移载荷作用下的破坏区域及力学响应。结果表明:三维深角联Kevlar/PA装甲材料在拉伸载荷作用下,经纱为主要承载体,纬纱为次要承载体,树脂承载最少。材料发生拉伸破坏的模式为部分经纱断裂,以及树脂与经纱、纬纱的脱粘。材料中应力分布较大区域与材料结构中的经纱走向关系密切。材料破坏区域出现在离中心界面10mm处的经纱上。

以邻苯二甲酸和二乙二醇为原料,苯磺酸为催化剂,制备了含有酯骨架和羟基结构的聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇(DPAP),通过傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪对其分子结构进行表征,结果表明DPAP达到预期分子结构并成功合成。以DPAP、苯酚、多聚甲醛为原料,氢氧化钠为催化剂,制备改性酚醛树脂,通过傅里叶变换红外光谱仪对改性酚醛树脂进行表征,结果表明DPAP引入了酚醛树脂分子结构。对酚醛树脂进行发泡、固化得到改性酚醛泡沫,对改性酚醛泡沫的韧性、导热系数、泡孔结构和机械强度进行了测试。结果表明,改性酚醛泡沫韧性明显提高,弯曲位移提高了115%,同时导热系数和压缩强度都得到改善,导热系数降低了34.6%,压缩强度提高了102%。

有机相变材料低导热性和相变过程中液相物质容易渗漏问题的解决是促进其获得广泛应用的关键。以环氧氯丙烷(ECH)作为交联剂,通过化学交联微晶纤维素(MCC)和氧化多壁碳纳米管(O-MWCNTs)水性共混物的方法制备了一种新型导热多孔骨架,然后利用真空浸渍将棕榈酸(PA)吸附到骨架中,实现了对PA封装的同时增强其导热性。即使在高于PA熔点的温度下被热压,复合相变材料仍可以保持原有形状而无明显泄露,展现出优异的封装性和形状稳定性。当O-MWCNTs的质量分数为4.44%时,复合相变材料的导热系数为0.493W/(K·m),比纯PA增加了128.2%,且此时复合相变材料仍保持157.3J/g的熔融潜热,具有较高的储能密度。

杜仲作为药用植物,经过提取后产生大量废弃物。以杜仲残渣为原料,采用直接碳化法和化学活化法制备了杜仲皮残渣基生物质多孔碳材料,并将其与单质硫复合,用作锂硫电池正极材料,对其电化学性能进行系统研究。结果表明杜仲皮残渣基多孔碳/硫复合正极材料具有优异的电化学性能和较高的放电比容量,既为锂硫电池正极材料提供了新型生物质碳材料来源,又提高了杜仲残渣的利用附加值,丰富和完善了杜仲利用产业链。

首先将废弃聚苯硫醚(PPS)过滤材料进行碱洗烘干处理,然后将处理后样品与热熔纤维网(PA)进行热风加固定型,制备多层吸音复合材料,并对复合材料的形态结构、力学性能以及吸音隔音性能进行研究。结果表明:碱洗处理过的废弃PPS滤料表面仍然残留微量粉尘颗粒,PPS纤维未出现明显的破损断裂现象;复合材料的经纬向断裂强力及断裂伸长率与层数呈正相关;在低频阶段复合材料的吸声系数与层数呈正相关,在高频阶段却呈现先升高后降低趋势,在6300Hz频率时,三层吸音复合材料吸音系数可达0.55;多层复合材料的隔声性能与层数呈正相关,在6300Hz频率时,五层吸音复合材料的声波传递损失可达32dB。

以氯化镍、氯化铁为原料,尿素作为沉淀剂,采用均相沉淀技术制备了Ni-Fe-复合金属氢氧化物(Ni-Fe-LDHs)吸附剂。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等方法对Ni-Fe-LDHs的成分和结构进行了分析,并分析了Ni-Fe-LDHs吸附氟离子的性能。结果表明:Ni-Fe-LDHs呈花状形貌,该花状形貌边缘具有典型的LDHs材料层状结构。Ni-Fe-LDHs对氟去除率为98.2%。吸附氟离子后的Ni-Fe-LDHs材料经过400℃焙烧及碱处理后可进行再生并可重复利用。随着循环次数的增加,Ni-Fe-LDHs除氟率虽然降低,但该材料多次循环后,除氟率逐渐趋于稳定,重复利用12次后,其除氟率仍能达80%以上,具有重要的循环利用价值。

以四氢呋喃(THF)为溶剂,在高速搅拌下辅于超声振荡制备了一系列不同比例的丁二烯桥接聚甲基氢硅氧烷(BBPMS)/乙基纤维素(EC)/ZSM-5三元铸膜液、涂膜制得了一系列BBPMS/EC/ZSM-5三元复合膜。采用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对膜的结构进行了表征,通过薄膜拉伸强度测试仪、热失重分析和气体透过仪对膜性能进行了测试。结果表明:制得的三元复合膜表面致密平整、分布均匀、无团聚现象,具有良好的成膜性、耐热性及力学性能;三元复合膜对CO₂的透过系数达到了822Barrer,是EC/ZSM-5混合基质膜的29.8倍;当BBPMS掺杂量在80%~90%时,BBPMS/EC/ZSM-5三元复合膜的CO₂/N₂气体透过分离性能接近Robeson 08年曲线。

通过微波-热解法制备了具有插层结构的氯氧化铁/石墨烯(FeOCl/GR)复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电子能谱(EDS)对其形貌和元素组成进行表征。利用四球摩擦磨损试验机测试FeOCl/GR润滑添加剂在聚乙二醇200(PEG-200)中的润滑性能。结果表明:FeOCl/GR对增强PEG-200的润滑性能具有协同作用,在摩擦过程中FeOCl/GR在摩擦副界面形成摩擦膜,起到减摩抗磨及提高承载力的作用。单组分FeOCl或GR在PEG-200中并未起到明显的润滑作用,然而,FeOCl/GR在PEG-200中的摩擦系数较纯PEG-200降低了37.7%。因此,基于FeOCl/GR在PEG-200中优异的润滑性能,它有望作为新型的绿色润滑添加剂应用于润滑领域。

采用不同分子量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对碳晶进行修饰,并将修饰好的碳晶与水性环氧树脂制备成环氧树脂电热膜。分别采用扫描电镜、红外光谱和接触角等技术对制得的碳晶进行分析表征,并对制得的电热膜进行体积电阻率测试。结果表明:PVP通过氢键吸附于碳晶表面,会对碳晶的分散性与分散稳定性有提高的作用,且PVP的分子量不同,对分散性的影响也不同,PVPK30修饰的碳晶分散性及分散稳定性最佳;PVP修饰的碳晶电热膜比未经PVP修饰的碳晶电热膜的电学性能明显提高,与未经PVP修饰的碳晶电热膜对比,经由PVPK30修饰的碳晶电热膜的电阻率降低了95%,电导率提高了31倍。

以改性环氧树脂为主体树脂,聚丙二醇二缩水甘油醚为增韧剂,液态酸酐MeTHPA为固化剂,2-乙基-4-甲基咪唑为促进剂,研制了一种T700级碳纤维湿法缠绕储能飞轮用中温固化环氧树脂基体,并研究了其性能。结果表明:树脂胶液45℃初试黏度为290mPa·s,适用期不低于2.0h;经“90℃/12h”固化后的基体拉伸强度为89.0MPa,拉伸模量为3.1GPa,断裂延伸率为5.5%;弯曲强度为113.8MPa;玻璃化转变温度为114.6℃;T700级碳纤维复合材料的横向拉伸强度和模量分别为48.0MPa和9.4GPa,NOL环层间剪切强度为56.4MPa,NOL环拉伸强度为2585MPa,静压破坏法测得复合材料纵向拉伸强度和模量分别为3819MPa和171.8GPa,断裂延伸率为2.08%。该树脂体系可中温固化,与T700级碳纤维的粘结性和匹配性好,适用于储能飞轮的碳纤维湿法缠绕成型工艺。

采用固相燃烧法快速合成Ni-Zn双掺杂的LiNi_yZn_0.02Mn_1.98-yO₄正极材料。结果表明:所有制备材料的晶体结构与尖晶石型LiMn₂O₄一致,且无任何杂相生成;随着Ni掺杂量的增加,材料的粒径逐渐减小,结晶性增强。通过恒电流充放电测试对各种LiNi_yZn_0.02Mn_1.98-yO₄正极材料进行电化学性能研究,其中,LiNi_0.03Zn_0.02Mn_1.95O₄具有良好的电化学性能,在1C倍率可释放114.3mAh/g的首次放电容量,1000次循环后,保持66.8mAh/g的可逆容量,在5C的较高倍率,其首次放电容量也高达109.6mA/g,同样可实现1000次的长循环。

为了提出一种制备柠檬酸三丁酯的方法,提出了一种新型负载离子催化剂。采用键合法以N-甲基咪唑、三乙氧基氯硅烷及硫酸等为原料,堇青石、活性炭、蒙脱土及二氧化硅等为载体制备了MImHSO₄/堇青石(MImHSO₄/JQS)、MMImHSO₄/活性炭(MMImHSO₄/AC)、MImHSO₄/蒙脱土(MImHSO₄/MTT)和MImHSO₄/二氧化硅(TMMImHSO₄/SiO₂)催化剂,并用于催化柠檬酸和正丁醇的反应中,结果表明:MImHSO₄/JQS催化剂的催化性能最好。同时采用热重(TG)、低温氮气吸附(BET)、X射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等表征方法对合成的催化剂进行了表征。结果表明:离子液体被接枝到载体上。在酸醇摩尔比1∶3.5、反应温度145℃、反应时间9h、MImHSO₄/JQS催化剂用量6%的反应条件下,柠檬酸的转化率达到91.1%。催化剂重复使用7次后,催化剂的活性基本保持不变,表明该功能化酸性离子液体是一种有潜力的新型酯化有机-无机杂化催化材料。

将纳米SiO₂与γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷(KH570)反应得到双键改性的纳米SiO₂(D-SiO₂),再与甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸正丁酯(BA)、十二氟甲基丙烯酸甲酯(DFMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)通过原位聚合反应得到纳米二氧化硅/含氟丙烯酸酯(纳米SiO₂/SFPEA)。通过傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、扫描电子显微镜、接触角测量仪、抗紫外老化试验等对纳米SiO₂/SFPEA的结构和性能进行了表征。结果表明:纳米SiO₂/SFPEA乳液性能稳定,平均粒径为159nm,吸水率为8%,水和油(二碘甲烷)接触角分别为116°和102°,热失重10%、30%、50%的热分解温度分别为383℃、408℃、418℃。紫外老化720h后,纳米SiO₂/SFPEA胶膜光泽度为60%,光泽度损失率为26.8%,拉伸强度和断裂伸长率分别为15MPa和301%。纳米SiO₂/SFPEA胶膜的疏水性能、抗紫外老化性能和热稳定性都得到明显提升。

通过研究微胶囊相变粘胶纤维(MPCM-R纤维)及其混纺织物的应用性能,为智能调温纺织品的开发提供技术支撑。检测MPCM-R纤维及其混纺织物的温控性能、保暖性、安全性、耐久性与力学性能发现,MPCM-R纤维的熔融峰温为28.03℃,结晶峰温为10.82℃,熔融焓值和结晶焓值分别为5.489J/g和5.537J/g,30次洗涤后焓值仍大于5J/g,且相变材料的引入对纤维的干、湿断裂强力影响较小,无皮肤刺激性和经口毒性。此外,此MPCM-R纤维与棉纤维的混纺织物在环境温度急剧变化的情况下表现出较好的温控能力,可以延缓织物本身的温度变化,且具备良好的耐洗涤和保暖性。

为了提高氟化聚磷腈橡胶的力学性能,对其配方和硫化条件进行了研究。研究发现,硫化剂和硫化工艺对聚磷腈硫化胶的力学性能有显著影响。一段热压硫化温度为160℃时,用过氧化物和硫磺分别作为硫化剂的聚磷腈硫化胶最大抗拉强度可达7.9MPa和8.7MPa,断裂伸长率分别为155%和221%。而经过149℃二段热空气硫化后,用过氧化物和硫磺分别作为硫化剂的聚磷腈硫化胶最大抗拉强度达到了9.5MPa和10.7MPa,但断裂伸长率有所下降。将一段和二段硫化温度优化为140℃和149℃后,聚磷腈硫化胶的最大抗拉强度和断裂伸长率则可达10.2MPa和271%。

选择磷酸三钙(TCP)为成核剂、左旋乳酸己内酯无规共聚物(PLLCA82/18)为增塑剂加入到左旋乳酸乙醇酸无规共聚物(PLLGA85/15)中,用平板硫化机热压成薄片,在130℃等温退火40min。通过万能力学实验机测试材料的力学性能,通过X射线衍射仪考察复合材料的结晶情况。结果表明:只需添加1% TCP和2% PLLCA82/18,复合材料的结晶度和拉伸强度即可得到显著改善,并且材料内部无明显缺陷产生。对复合材料进行降解实验,考察了降解过程中样品失重率和降解液pH的变化,通过扫描电镜观察降解后样品的微观形貌变化情况。降解实验结果表明复合材料的降解速率减缓,退火后材料的降解速率均加快。

以柠檬酸三钠为原料,尿素为掺杂剂,采用水热法合成了一种荧光量子产率为66.23%的氮掺杂碳纳米点。采用透射电镜、X射线衍射、红外光谱、X射线光电子能谱等手段对其物化性质进行分析;采用紫外吸收光谱、365nm紫外灯、荧光发射光谱进行光学性质分析。结果表明:氮掺杂碳纳米点颗粒分散且粒径均一,平均粒径2.43nm,晶面间距0.22nm;在365nm光源照射下,其溶液呈强蓝荧光,最大激发波长和发射波长分别为365nm和425nm。Fe³⁺对氮掺杂碳纳米点溶液的荧光有猝灭效应,在酸性环境中氮掺杂碳纳米点溶液的荧光也有猝灭。

将Zn(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O按一定比例加入到纤维素水凝胶碱性基底中,经过冷冻干燥和高温碳化处理形成纤维素/Ni_xZn_1-xFe₂O₄碳气凝胶纳米复合材料(纤维素/Ni_xZn_1-xFe₂O₄-CA),研究样品对MB溶液的降解效果,得出纤维素/50%Ni_0.3Zn_0.7Fe₂O₄-CA-700℃具有较好的光降解性能,对其形貌结构、组成、光电化学性质进行表征,并对光降解环境进一步改性,调整pH,加入H₂O₂形成类芬顿体系,光降解速率提升至0.032min^-1,并结合上述表征手段研究其光降解机理。

类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是由过渡金属原子(Co/Zn)与咪唑或咪唑衍生物连接而成的一类新型、具有拓扑的纳米多孔材料,是金属有机骨架材料的一种。而ZIF-8是ZIFs材料中最具代表性的一种。本实验采用醇热法制备ZIF-8,研究Co∶Zn摩尔比、活性红初始浓度等条件对光催化活性的影响,利用红外光谱、扫描电镜和X-射线粉末衍射表征ZIF-8的形貌和结构性能。光催化实验表明,当n(Co∶Zn)=2∶3时,ZIF-8对活性红的降解率达到最大值,为95.10%。采用一级动力学方程拟合ZIF-8对活性红的降解动力学过程,拟合因子(R²)均大于0.97,说明一级动力学方程适合于ZIF-8对活性红的光催化降解动力学反应。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种能够利用太阳光中可见光的新型光催化剂,在解决能源和环境问题方面具有巨大的应用前景,但其光催化性能受限于比表面积小和光生载流子复合严重等本征不足。为了提高g-C₃N₄的光催化性能,以三聚氰胺和三聚氰酸为原料,通过超分子自组装、冷冻干燥前处理,结合高温缩聚法调控g-C₃N₄的形貌,制得一系列特殊形貌g-C₃N₄。研究发现,瓶状g-C₃N₄的比表面积增大、能带结构得到优化、氧化还原能力增强、光生载流子复合情况改善,从而提高了催化剂的光催化性能。选择光催化降解亚甲基蓝(MB)模拟废水研究瓶状g-C₃N₄的光催化性能,发现相比于传统的块状g-C₃N₄,光催化降解率由11.7%提升到97.1%;光催化降解速率常数提高12.3倍。提供了一种绿色、高效的g-C₃N₄形貌改性方法,对g-C₃N₄的改良优化以及实际应用具有一定的参考价值。

以铜离子为金属中心,1,3,5-苯甲酸和4,4′-联吡啶为有机配体,构建羧酸、吡啶双配体金属-有机框架(MOFs)材料。通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对铜基MOFs材料Cu₃(BTC)₂和双配体MOFs材料进行了表征。结果表明:双配体MOFs材料在酸性条件下表现出良好的吸附性能,该材料对Cr(Ⅵ)的吸附更符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附方程。经过5次吸附-解吸循环后,吸附量基本恒定,该材料可以重复使用。

将氧化多壁碳纳米管(OMWCNTs)和海藻酸钠(SA)进行复合,制备氧化多壁碳纳米管/海藻酸钠(OMWCNTs/SA)复合材料,系统研究了各因素对OMWCNTs/SA吸附Pb(Ⅱ)效果的影响。结果表明:OMWCNTs/SA对Pb(Ⅱ)的吸附量随溶液pH和温度的升高而增大,但随溶液中Na⁺浓度的增大而减小。在240min时,OMWCNTs/SA对Pb(Ⅱ)的吸附达到平衡。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,且自发吸热。在303.15K时,Langmuir等温吸附模型拟合得到的最大吸附量为402.029mg/g。

以虾蟹壳中提取的甲壳素为原料,采用冷冻解冻法,通过NaOH/尿素溶液反复冷冻解冻制备了一种新型甲壳素凝胶。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪和同步热分析仪等方法对甲壳素、甲壳素凝胶进行表征,还分别探究了甲壳素粉末、甲壳素凝胶在干、湿状态下对铜(Ⅱ)离子的吸附性能。结果表明:甲壳素水凝胶的吸附效果远优于甲壳素粉末,而甲壳素干凝胶的吸附效果远优于甲壳素水凝胶。通过对比不同商用甲壳素,发现甲壳素凝胶(东京化成工业株式会社)的热稳定性好、孔径大(324nm)、比表面积大(13.90m²/g),且对铜(Ⅱ)离子的最大吸附量达到99.25mg/g,具有优良的吸附能力与应用前景。

耐盐性淀粉基高吸水凝胶是一类将淀粉与亲水性单体接枝共聚合成的水凝胶,具有较好的生物可降解性、生物相容性和较高的盐溶液吸收量,在土壤改性、卫生用品和水处理等领域具有广阔的应用前景。综述了耐盐性淀粉基高吸水凝胶材料研究现状与动态,归纳了提高水凝胶耐盐性不同途径与方法,介绍了淀粉基高吸水凝胶应用研究进展,讨论了现今耐盐性淀粉基高吸水凝胶材料研究存在的问题与不足,并对这种材料发展趋势进行展望,指出对淀粉进一步改性,研究复合材料吸水机理,合成过程中对单体进一步调控,完善凝胶三维网络结构对吸水性能的影响理论和更深入研究将成为下一步的研究重点。

石墨烯气凝胶是以二维石墨烯片组装而成的具有三维网络结构的多孔材料,性能上兼备了石墨烯和气凝胶的优点,具有低密度、良好的机械性能和优异电导率,在电学领域表现出巨大的应用前景。借鉴石墨烯气凝胶的国内外研究成果,综述了自组装法、交联法、模板法以及一些新颖制备方法的特点,介绍了石墨烯气凝胶在电磁屏蔽领域的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。

SiO₂气凝胶复合材料具有优异的隔热保温、阻燃防火、疏水、隔声等综合性能,是船舶与海洋、工业能源、军工等领域理想的绿色节能型材料,随着技术发展将逐步取代传统保温材料。通过分析SiO₂气凝胶复合材料性能特点、国内外发展趋势,剖析船舶与海洋工程装备、碳达峰碳中和发展等典型应用需求,研究SiO₂气凝胶复合材料关键技术,为绿色节能型SiO₂气凝胶复合材料性能改进与推广应用提供参考。

介绍了聚四氟乙烯微孔膜的制备工艺和造孔方法,并对其在医疗卫生领域的相关研究成果及应用情况进行了总结和综述,对聚四氟乙烯微孔膜行业未来的发展方向和机遇进行了探讨。

尽管医学水平飞速进步,但伤口细菌感染仍严重威胁着人类健康。抗菌水凝胶具有广谱抗菌活性、优异的生物相容性和亲水性,并且抗菌水凝胶的结构与天然细胞外基质相似,已被作为一种有效减轻伤口细菌感染的治疗手段广泛应用于伤口愈合。根据水凝胶的抗菌机理,综述了自身具有抗菌活性的水凝胶、装载抗菌剂的水凝胶及刺激响应型抗菌水凝胶在伤口敷料中的应用研究进展。

氟是人体重要的微量元素之一,但过量氟摄入会导致骨骼变形,甚至引起机体慢性中毒,氟污染已成为每个国家都面临的一个难题。在众多除氟方法中,羟基磷灰石(HAP)因具有成本低、内含与F^-相近半径和电荷的羟基基团等特点,成为最具潜力的吸氟材料。但纯HAP由于孔隙率低、活性位点少、粒径大使F^-内部扩散交换速率受限等缺点,氟吸附容量非常有限,因此多与其他材料联用,以形成比表面积更大、活性位点更多、粒径更小且稳定性更加优良的除氟复合材料。综述了近年HAP与金属阳离子、天然矿物、有机物、碳纳米粒子等相复合后,新型复合HAP的物理化学结构特征、除氟容量及其应用领域。

氧化亚铜(Cu₂O)是一种可对可见光响应的新型材料,广泛应用于光催化、染料敏化太阳能电池、自清洁材料等诸多领域,但同时存在可加工性差、粒子易于团聚及光腐蚀等问题。采用天然可降解的生物质基材料作为载体与Cu₂O复合,一方面可以解决其成型困难的问题,阻止粒子的团聚;另一方面,可作为牺牲剂有效克服光腐蚀现象。主要研究了Cu₂O/生物质基复合材料的制备策略,以Cu₂O/纤维素纤维复合材料、Cu₂O/生物质碳复合材料和Cu₂O/壳聚糖复合材料为例,对其制备方法及具体应用进行了综述。在未来的研究中探索复合材料的合成机理、探求提升Cu₂O与生物质基材料结合强度的方法,以及探寻性能优良的生物质基载体是该领域主要的研究方向。

首先以尿素为原料通过高温煅烧得到氮掺杂碳纳米片(NCN),然后采用浸渍还原法制备了氮掺杂碳纳米片载钴催化剂(Co/NCN)。通过扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射等手段对NCN进行表征,发现NCN具有片层结构。通过透射电镜、能量色散X射线光谱、X射线光电子能谱对Co/NCN进行了表征,结果表明制备了Co/NCN。利用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)对催化剂的电化学性能进行了测试,同时对比了Co/NCN催化剂与石墨烯载钴催化剂、氮掺杂石墨烯载钴催化剂的催化性能,结果表明,Co/NCN催化剂对硼氢化钠的电催化氧化具有最好的催化活性和稳定性,在直接硼氢化钠燃料电池领域具有广阔的应用前景。

二硫化钼(MoS₂)是一种类石墨烯结构的材料,具有大部分异质界面、丰富的活性位点和表面缺陷等独特的性质,已广泛应用于电化学、光催化、能量存储和生物传感等领域。近年来具有特殊层状结构和介电性能的MoS₂成为吸波材料领域的研究热点。介绍了MoS₂材料的结构形貌和制备方法,综述了MoS₂材料在电磁波吸收方面的应用,并对未来MoS₂复合材料的发展趋势进行了展望。

利用相变材料合理、高效、清洁利用绿色能源(自然环境中的热能)开发自调温沥青路面,综述分析了微胶囊相变材料(MCPCM)的国内外研究现状。MCPCM用于主动调温沥青路面可有效提高沥青路面的高低温性能,重点综述MCPCM在沥青混合料和沥青路面中的研究应用现状,并指出MCPCM在制备和应用方面存在的问题、解决方法和发展前景。

绿色低碳发展是全世界人民倡导的生活理念,CO₂排放量的逐年增长对生产生活和气候变化都产生了巨大影响,从化石能源排放气中分离提纯CO₂是行之有效的方法。分析目前比较成熟的捕集方法,膜分离法比其他方法更具优势,选择含有聚酰亚胺基团的一类高分子聚合物作为膜材料,探究在基膜制备过程中单体分子间的结合特点,通过在合成过程中适当地引入特殊功能的基团、热交联、化学交联等改性方法,制备出综合性能更优的CO₂分离捕集膜,在CO₂大规模分离和提纯方面具有极大的应用前景。

电力设备在雨雪等特殊环境下,设备表面及其连接处往往会因吸收水分而影响绝缘性能造成线路事故。应用聚合物绝缘防水材料涂敷在设备表面,可降低水分对电力设备绝缘性能的影响,从而保障设备的安全运行。综述了目前聚合物基防水材料的研究现状,讨论了材料种类、结构及性能差异,并提出了针对电力设备防水绝缘需求聚合物基防水材料应具备的结构特点及功能,以期为该类材料在电力设备运行维护领域的研发与应用提供依据。

随着我国工业化进程的加快,废水中重金属污染问题日益严重。传统重金属离子处理方法存在成本高、易产生二次污染等缺陷,新型吸附材料如海藻酸钠基复合材料、金属-有机骨架材料、气凝胶材料和氧化石墨烯复合材料对重金属离子的去除效果优异。介绍了4种新型材料在吸附废水中重金属离子方面的应用,总结了每种材料的优缺点并对新型吸附材料未来的发展前景进行了展望。