综述了近年来国内外聚酰亚胺(PI)薄膜在摩擦纳米发电机(TENG)领域中的研究与应用进展情况。从TENG的工作原理、TENG对摩擦电材料的性能需求以及PI薄膜在摩擦纳米发电机中的应用等角度进行了论述。着重介绍了TENG用PI材料的结构改性方法,包括分子结构改性、多孔结构改性、静电纺丝改性、复合改性以及电荷存储层植入改性等的研究进展。最后对PI薄膜应用于TENG的未来发展趋势进行了展望。

静电纺丝工艺可用于制备连续的微纳米纤维,操作方法简单、参数可控;聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种低表面能半结晶型聚合物,具有机械强度高、耐热性和化学稳定性好、易于静电纺丝的特点。近年来,利用静电纺丝技术制备PVDF基纳米纤维膜应用于生物医学、能量转换、电池隔膜、过滤和吸附、催化等方面的报道有很多。在简要介绍PVDF和静电纺丝原理的基础上,综述了静电纺PVDF基纳米纤维膜研究现状,并对其未来研究方向进行展望。

氢能因其可再生、能量密度高和环境友好的特点而被认为是很有前景的清洁能源。然而,由于氢气的体积密度低,氢能存储存在挑战。开发合适的储氢材料是实现高效低成本氢能存储的关键。金属有机骨架材料(MOFs)是一类具有高比表面积、高孔隙率和结构可调变的新型多孔纳米材料,近年来在储氢领域引起了广泛的关注。综述了MOFs作为储氢材料的研究进展,并对MOFs在储氢方面未来的主要研究方向进行了展望。

相变材料(PCM)具备优异的热储性能,它通过自身的相变过程进行能量转换,从而减少能源消耗。生物质材料来源广泛,成本低廉,具备天然的孔结构,可作为载体材料应用于生物质复合相变材料。介绍了几种常见的PCM与生物质材料制备复合材料的基本性能,组合方式。在此基础上,分析了生物质相变材料的基本特点,综述了生物质复合相变材料的研究现状,探究了生物质相变材料的制备方法,指出了生物质复合相变材料存在的工艺复杂、成本高、材料泄露等问题,并提出改进意见,最后对生物质相变材料的未来发展方向和应用做出了展望。

硬脂酸因较高的相变潜热(200J/g)和适宜的相变温度(70℃)而受到广泛关注。但使用过程中出现的泄漏、导热率低、相变温度单一等问题严重阻碍了硬脂酸相变材料的发展,将硬脂酸与其他材料复合制备硬脂酸复合相变材料是解决上述问题的有效方法。综述了近年来硬脂酸复合相变材料的研究进展,指出了硬脂酸复合相变材料发展中存在的问题并对其发展前景进行了展望。

超级电容器因功率密度、能量密度较高,受到了广泛关注。Mn基化合物因具有环境兼容、易于获得,成本低、结构和形貌灵活,充放电速度快等优点,是理想的超级电容器电极材料。通过合成方法对Mn基电极材料的形貌进行调控,或者将其与合适的赝电容材料如金属化合物、硫化合物,以及碳基体系,如碳纳米管、石墨烯等复合,提高Mn基化合物的比电容。综述了Mn基电极材料的制备方法、形貌、与其他材料复合方面的研究进展。

长余辉材料的发射波长已经实现了从紫外到近红外光的扩展,根据各自的余辉特性,实现了在各行各业的应用。以红光及近红外光为主要发射波长的MgGeO₃基长余辉材料由于其优秀的余辉性能,在日常照明以及生物成像等方面得到了广泛应用。分别总结了MgGeO₃的结构性能以及不同角度的改性方法,并展示了MgGeO₃基余辉材料在不同领域上的应用,同时对MgGeO₃的未来进行了展望。

多孔材料是由封闭或连通的孔洞构成网络结构的材料,与连续介质的无孔材料相比,多孔材料通常具有比表面积大、相对密度低、强度大等优点,近年来,多孔材料因其独特的性能逐渐成为研究热点。冷冻诱导自组装工艺具有环境友好性、工序简单、适用于多种材料体系等优点,其在多孔材料的制备方面具有广泛的应用价值和前景,介绍了冷冻诱导自组装工艺的原理,综述了采用冷冻诱导自组装工艺制备的柔性多孔材料,同时介绍了其在力敏传感器、超级电容器、柔性膜电极等领域的应用,并对该工艺的发展前景进行了展望。

石墨相氮化碳量子点作为众多氮化碳的一员,由于其优异的光学性质,在光催化、生物技术应用以及光电器件展现出巨大的应用潜力。特别是它有可调谐的光致发光和上转化发光,这为充分利用太阳光提供了有力保障,促进了其在光催化领域的具体应用。目前,关于氮化碳量子点的综述比较少,而且集中在具体应用上,综述了量子点的合成、光学性质、改性以及在光催化氧化与还原的应用,并提出了石墨相氮化碳量子点基光催化剂的展望。

纤维素是自然界中储量丰富、生长周期短和分布广泛的可再生生物高分子聚合物。纳米纤维素因其尺寸小、光学透明性、优异的机械性能等,被广泛应用于薄膜材料、水凝胶、气凝胶等领域。传统的纤维素材料较为环保,但存在功能单一等不足。采用纳米纤维素与金属类化合物复合制备功能材料,将赋予纳米纤维特殊的性能和功能。总结了纤维素的来源、溶解性及纳米纤维素的制备方法,同时对纳米纤维素金属复合功能材料的磁、介电、铁电以及荧光性质进行了相应的阐述。

甲基丙烯酸缩水甘油酯作为一种普适性较强的吸附功能材料单体,可以应用在水处理等领域。介绍了以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体的吸附功能材料在水体污染物吸附中的应用,从吸附重金属、抗生素药物、染料、蛋白质等不同角度综述了甲基丙烯酸缩水甘油酯吸附功能材料的研究现状,同时对甲基丙烯酸缩水甘油酯吸附功能材料在水处理领域的应用进行了概括,并对其研究进行了展望。

针对海洋生物污损问题,采用涂覆防污涂料无疑是最廉价、最有效和最方便的途径。水凝胶是一种可以吸水但是又不改变内部结构的高分子网络体系,用其制备的水凝胶防污涂层具有优异的防污性能,对其机械性能和附着力进行改善以后,有望成为第三代污垢释放和防污材料。综述了近年来应用于海洋防污的纤维素类水凝胶涂层、海藻酸类水凝胶涂层、聚乙烯醇类水凝胶涂层、聚乙二醇类水凝胶涂层、两性离子类水凝胶涂层及其他合成水凝胶涂层的研究进展。

高分子材料阻燃剂的研究一直备受关注。近年来,金属有机框架(MOFs)材料在高分子材料的阻燃应用中吸引了广泛关注。综述了当前常用的阻燃MOFs材料,主要包括UIO-66、ZIF-8以及ZIF-67系列,认真总结了各个体系的阻燃性能。这些MOF材料既具有阻燃金属元素,还具有阻燃能力的有机配体。通过最大热释放速率(PHRR)以及总热释放量(THR)变化,可以看出这几种MOF材料对高分子阻燃有着良好的效果,可被应用于大多数高分子材料的阻燃。另外,MOF材料高度的稳定性以及其独特的多孔结构也让它们可与其他小分子阻燃剂具有更好的协同阻燃效果。比较发现在这3种材料中,UIO-66制备较为简单,ZIF-8的阻燃能力最好,ZIF-67则在抑烟方面有着更大潜力。虽然目前MOFs材料的应用也还存在一定的问题,但其发展潜力已经有所展现。

微塑料污染是世界范围内一个新兴的环境问题,已成为现阶段重点研究内容之一。由于微塑料吸附有害重金属后可能引起新的环境问题,使相关学者近年来对其开展研究和关注度有所增加。根据不同类型微塑料的特性,选择从不同地点、材质、吸附时间、离子浓度、粒径和是否老化处理方面对微塑料的吸附能力进行深入研究,比较这些不同类型微塑料对重金属吸附的综合性能,解析不同类型微塑料对重金属吸附的机理与模型,探索不同微塑料对重金属吸附的价值和价值的利用。为今后在该方向的研究,就如何快速有效地评估其造成的生态毒性影响程度,并进一步做出合理环境保护的措施,提供有力的理论依据和研究基础。

基于动态可逆共价键制备的自愈合水凝胶,因动态共价键能自发断裂与形成,且具有良好的生物相容性、无毒性等优点,从而成为自愈合水凝胶领域的研究热点。综述了国内外动态可逆共价键自愈合水凝胶的制备方法,及其在药物运输、伤口敷料、组织工程和生物传感器方面的应用研究进展。针对基于动态可逆共价键的自愈合水凝胶机械性能较弱、自愈合条件严格等缺点,提出了未来研究发展方向:设计具有多个动态可逆共价键的水凝胶、在温和条件下自愈合的水凝胶等,并对其在生物医学、智能材料等方面的应用前景做出了展望。

以结晶紫内酯(CVL)为隐色剂,双酚A(BPA)为显色剂,十四醇、十六醇和十八醇为溶剂,制备热致变色复配物,通过计算复配物变色前后色差,确定CVL/BPA/十四醇复配物、CVL/BPA/十六醇复配物和CVL/BPA/十八醇复配物最佳质量比分别为1∶4∶40、1∶3∶30和1∶4∶50。以密胺树脂为壁材,质量比最佳的复配物为芯材,通过原位聚合法制备了热致变色微胶囊,并对其性能进行了测试。结果表明热致变色复配物和微胶囊均具有良好的变色性能,微胶囊技术能够有效提升材料的耐热性和循环稳定性。

以糠胺和双马莱酰亚胺为Diels-Alder(DA)反应单体,通过两步合成法合成热可逆DA反应自修复聚氨酯(DA-PU);以商用单层氧化石墨烯(GO)为原料,先将GO溶解在二甲基甲酰胺中,然后通过溶液共混和流延成膜工艺将氧化石墨烯引入到DA-PU体系中制备GO-DA-PU复合膜,研究了复合膜的微观结构、热学、力学和红外热修复性能等。结果表明:GO在复合膜中可实现均匀分布,GO改善了复合膜的导热性能,含有3% GO的复合膜具有最高的导热系数,约为0.364W/(m·K),是纯TPU膜的导热系数的2.26倍,而且在红外光照1min下复合膜的温度可升至139.9℃,约为纯DA-PU膜温度的1.93倍;GO改善了复合膜的拉伸强度,但降低了柔韧性;随着复合膜中GO含量增加,修复效率先增加而后下降,含有1%和3% GO的复合膜经红外光照修复5min的修复效率分别为94%和96%,红外光照10min可实现完全修复,且拉伸强度高于未有划痕的样品;随着自修复次数的增加,纯DA-PU膜和复合膜的修复效率均下降,但是复合膜的修复效率仍然较纯DA-PU膜的修复效率高;纯DA-PU膜和含有1%和2% GO的复合膜的红外热修复的第一次修复效率分别为95%、103%和105%,第五次修复效率分别为78%、82%和86%,说明GO改善了DA-PU多次自修复能力。

以废弃柚子皮瓤和氧化石墨烯(GO)为碳源,氨水为掺杂剂,采用水热与真空抽滤相结合的方法,制备氮掺杂石墨烯(N-G)、氮掺杂水热碳膜(N-HC)和氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜[N-HC/G-X,X=1、2、4、5,X代表柚子皮瓤(g)与GO(mg)的质量比],利用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱和红外光谱表征碳材料的物理化学性质,并进行了吸附Zn(Ⅱ)和截留Cr(Ⅵ)的实验。结果表明:N-G、N-HC和N-HC/G-X均为典型片层结构,N-HC是获得薄膜的必要成分,N-HC/G-1和N-HC/G-2的成膜效果优于N-HC/G-4和N-HC/G-5,N-HC/G-1的膜厚度大约为65μm,C、N和O的质量分数分别为65.63%、15.06%和19.31%。N-G、N-HC和N-HC/G-X都是无定形碳材料,N-HC的d₀₀₂片层间距最大,随着N-HC/G-X中N-G质量的逐渐增多,N-HC/G-X的片层间距逐渐减小,表面缺陷和混乱程度有所增大,且N-HC/G-X表面存在大量的含氧和含氮官能团,可以提供更多活性吸附位点,有利于提升对重金属的吸附效果。N-HC/G-1和N-HC/G-2对Zn(Ⅱ)的吸附效果优于N-HC,N-HC/G-2对Zn(Ⅱ)的吸附率可达79.13%,而N-HC/G-4和N-HC/G-5对Zn(Ⅱ)的吸附效果较N-HC差。N-HC和N-HC/G-X对Cr(Ⅵ)的截留率随复合材料中N-G质量的增多而逐渐增大,水通量则逐渐减小,N-HC/G-5对Cr(Ⅵ)的截留率高达86.45%,水通量为18.20L/(m²·h)。

分别以3,4′-二氨基二苯基醚(3,4′-ODA)和3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)作为二胺和二酐单体、5-降冰片烯-2,3-二甲酸酐(NA)作为封端剂,通过调节3种原料的化学计量比,在无水甲醇溶剂中合成了具有不同分子量的预聚体,并通过不同温度下的热处理获得了一系列聚酰亚胺(PI)树脂。结果表明:随着预聚体分子量的增加,固化后PI树脂的热稳定性得到提高,5%热失重温度(T_5%)由460℃升至513℃,10%热失重温度(T_10%)由513℃升至554℃;但是由于交联密度的降低,PI树脂的玻璃化转变温度(T_g)随预聚体分子量的增加从309℃降低至271℃。同时发现,合理的后固化可使PI树脂的耐高温性能得到提高。以该系列PI树脂为基体,采用手糊法制备了一系列碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)复合材料,它们表现出优良的耐热性能(T_5%:532～595℃,T_10%:631～840℃,T_g:346～422℃)和机械性能(弯曲强度:559～811MPa,弯曲模量:46.3～59.9GPa,层间剪切强度:29.3～36.7MPa,冲击强度:88～104kJ/m²),可实现在航空航天领域的耐高温应用。

以凹凸棒石(ATP)为模板,聚苯胺(PANI)为碳源和氮源,制备得到ATP/PANI核壳状复合物,在经过高温煅烧以及除去模板之后,得到氮掺杂碳纳米管(NCNT)纳米材料,再以MnSO₄·H₂O为锰源,水热得到MnO₂/NCNT,通过透射电镜、扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和氮气吸附仪等手段对不同原料比所制NCNT和MnO₂/NCNT复合材料进行表征分析,并通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等方法对其氧还原(ORR)性能进行研究。结果表明:MnO₂/NCNT-0.6表现出优异的氧还原性能,拥有优良的电容性能以及更低的电化学阻抗。

采用在一定程度下可控的电化学聚合法在碳纤维表面快速一步构建了聚吡咯(Ppy)共轭高分子膜,再利用真空辅助树脂传递模塑技术(VARTM)将碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)制备成复合材料。使用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪对碳纤维的表面形态和结构进行分析与表征,并通过对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)进行层间剪切强度试验和三点弯曲实验来研究其力学性能。结果表明:与未经处理的CF/EP相比,碳纤维表面具有聚吡咯涂层的CF/EP其层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量分别提升了37.6%、24.3%和37.5%。因此,通过简单高效的一步电聚合法在碳纤维表面修饰聚吡咯涂层,可有效地提高CF/EP的整体力学性能。

通过两步固相法制备了一系列的CaSnSiO₅∶xEu³⁺荧光粉,研究了该荧光粉的物相结构及其光学性质。根据荧光光谱,确定了Eu³⁺的最佳掺杂浓度、临界能量传递距离以及平均寿命,并分析出浓度猝灭机制是电偶极之间的相互作用。在LED可能的最大工作温度范围内(393～423K)样品显示出了良好的热稳定性,最后,将样品与商用蓝粉和黄绿粉封装到395nm LED芯片上,在不同的驱动电流下LED样品发出明亮暖白光,且具有显色指数高(CRI>80)、色容差小(SDCM≤7)等优点。综上,所制备的CaSnSiO₅∶xEu³⁺荧光粉在WLED上具有较好的应用前景。

采用热重-差热分析仪研究了T700碳纤维/环氧树脂复合材料在氮气氛围、升温速率不同条件下的热解特性规律。结果表明:T700碳纤维/环氧树脂复合材料的热解反应只有一个阶段,且不同升温速率条件下复合材料热解的初始温度比较接近,终止温度随着升温速率的增加向高温方向移动;热解速率、质量变化速率随着升温速率的提高而增大。热解动力学分析表明,热解反应开始阶段复合材料的活化能相对较小,热解速度相对较快;随着转化率升高,表观活化能变大,材料热解速度降低。转化率为20%～60%时,表观活化能增值相差不大,材料的稳定性变化不大,随后复合材料表观活化能大幅增加,材料中的环氧树脂热解即将完成。采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法计算T700碳纤维/环氧树脂复合材料的表观活化能,表观活化能平均值分别为134.64kJ/mol,150.47kJ/mol。

通过溶胶-凝胶法制备出3种不同粒径的SiO₂微球,利用扫描电镜分析了微球的粒径分布情况,SiO₂微球粒径分别在140nm、208nm、336nm左右,在一定范围内,硅球的粒径随正硅酸四乙酯(TEOS)/氨水的添加量增加而增大。选取粒径在336nm左右的SiO₂微球,使用硅烷偶联剂3-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)将壳聚糖(CS)接枝在SiO₂微球上,得到SiO₂@CS复合微球。通过红外光谱分析、X射线衍射等对微球进行了表征。接枝CS后对SiO₂微球的结晶特性没有影响,微球仍为无定形晶体。元素分析结果表明CS的接枝量为1.03%。使用振荡法进行抗菌测试,SiO₂@CS复合微球对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coil)的抑菌率分别为85.52%和47.14%,表明复合微球有一定的抗菌效果。

随着人类可持续性发展意识的增强,木材的功能化改性及应用日益受到人们关注。以巴尔沙木为载体,采用氢氧化钾和亚氯酸钠法对其进行脱木质素预处理,并在真空环境下浸渍聚乙烯醇(PVA)和荧光粉,可制备具有发光性能的PVA发光木。研究PVA发光木的微观结构、分子组成、晶体结构和机械性能,结果表明:大量的PVA和荧光粉填充并固化在巴尔沙木的孔隙内,使其相较于未改性的巴尔沙木具有更大的应力值(70.01MPa),机械性能得到提升。将PVA发光木应用于封装发光二极管(LED),进行老化实验,验证了PVA发光木作为LED封装薄膜具有一定的可行性,这也为制备木基封装膜提供了简单途径。

将对苯二甲酸同氯化铈和氯化锆按照一定的比例放入反应釜内反应,制备得到双金属CeZr-MOF,将该双金属MOF和氧化石墨烯(GO)复合,采用硼氢化钠还原将Pd原子负载在CeZr-MOF/GO上,得到分散性能良好的Pd@CeZr-MOF/GO复合材料。并且采用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)等测试手段,对Pd@CeZr-MOF/GO样品的形貌、结构、组成进行表征。以甲基橙和亚甲基蓝与硼氢化钠的反应为模型,采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)来检测该纳米复合材料的催化降解性能。结果表明:通过溶剂热法制备的Pd@CeZr-MOF/GO纳米颗粒具有良好的有机污染物降解性能,在5min内对亚甲基蓝的降解效率可以达到98.8％,且该催化剂性质稳定,易于回收,可以多次使用。

CO₂可逆溶剂是最新开发的纤维素溶解体系,不仅能实现纤维素的高效衍生化溶解,还可实现其改性及加工应用,为高效利用纤维素提供了新的平台。利用该体系溶解纤维素并制成水凝胶后,进行吡咯的原位聚合并实现其与纤维素的复合,通过冷冻干燥制备获得聚吡咯复合纤维素气凝胶材料。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、X射线衍射、水接触角和光热转换及水蒸发性能测试,对所得光热气凝胶的化学结构、亲水性和光热转换性能进行了表征。结果表明:通过将纤维素水凝胶先后浸泡吡咯与三氯化铁溶液,可实现吡咯的原位聚合并与纤维素均匀复合。所得光热气凝胶具有亲水多孔结构,有利于水分的吸收与输运。在一个太阳光强度照射下,光热气凝胶可在6min内从约30℃升高到约60℃,平均升温速率达5℃/min。置于水中,可在1h内将水温升高超过10℃,并实现每小时1.71kg/m²的水蒸发速率,有望应用于太阳能海水淡化。

运用电磁吸波材料是解决电磁辐射/干扰难题和提升武器装备隐身性能的有效手段。基于掺杂诱导作用调控电磁特性的策略,以稀土离子钆(Gd³⁺)为掺杂离子,采用溶剂热法制备Gd³⁺掺杂铁氧体(Gd_xFe_3-xO₄)磁性吸波材料,并探究Gd³⁺掺入量对材料微观结构、磁性能和吸波性能的影响。结果表明:Gd³⁺的掺入对产物晶型和微观形貌影响不显著,磁性颗粒尺寸随着Gd³⁺掺入量的增加而减小。适量Gd³⁺的掺入可以提高材料的磁性能,Gd_0.04Fe_2.96O₄的饱和磁化强度达66.49emu/g。此外,当在基体填充率为70%时,最大反射损耗为-47.25dB,有效吸收带宽为5.94GHz,这表明Gd_xFe_3-xO₄磁性材料有望成为一种极具应用价值的电磁吸波材料。

以玉米秸秆生物炭和硝酸铋为原料,采用柠檬酸络合一步煅烧法,制备了具有可见光响应能力的生物质炭/ZnO/BiFeO₃复合材料。通过紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征分析,并考察了样品对甲基橙溶液的降解效果。结果表明:1g/L生物质炭/ZnO/BiFeO₃复合材料在300W氙灯下照射120min,对10mg/L甲基橙溶液的降解率达到99.4%,是BiFeO₃的2.9倍,循环4次后其降解率仍有94.0%。超氧基自由基(·O^-₂)在光催化降解过程中起决定性作用。

为了研究柔性相变材料对电池控温效果的影响,解决传统相变材料硬度大、易脆、安装不便的问题。以石蜡(PA)为相变基体,烯烃嵌段共聚物(OBC)为支撑材料,氮化硼(BN)为添加剂,熔融制备了一种PA-OBC/BN柔性相变材料,以电加热棒模拟电池发热,研究功率、间歇工作、添加剂、材料尺寸对加热棒控温效果的影响。结果表明:使用相变材料控温能够有效地降低电加热棒的表面温度,高加热功率下效果更明显;BN的加入,不仅可以增强控温效果,还可以显著地提高加热棒表面温度的均匀性,在实验范围内,表面最大温度差不超过0.3℃;通过压应力试验发现与以高密度聚乙烯(HDPE)为支撑基的相变材料相比,本柔性材料的硬度更低,韧性更高,延展性更好。上述研究可为柔性相变材料的温控及实际安装应用提供参考。

一种低成本、环保、容易制备的氧还原、氧析出双功能催化剂在环境保护和能源储存与转换方面至关重要。通过一步水热法制备了NiCo-甘油酸盐纳米球,并以其为前驱体,通过控制后续热处理过程中的加热速率,利用前驱体的非均匀收缩得到了单层壳核和双层壳核两种结构的NiCo₂O₄。结果表明:两种结构的材料其壳和核都是由纳米颗粒的NiCo₂O₄晶体组成,并且双层壳核结构的材料具有更高的比表面积。故其在碱性电解液中表现出优异的氧还原及氧析出双功能电催化性能和导电性。电化学测试结果表明,双层壳核结构的NiCo₂O₄具有5.58mA/cm²的氧还原(ORR)极限电流密度,并且其氧析出(OER)在10mA/cm²处的过电位仅为400.6mV。

介观钙钛矿太阳电池具有稳定性好、成本低和可产业化等优点而备受关注,电池结构中作为活性层的钙钛矿敏化的多孔TiO₂层对于器件性能具有较大的影响。以聚苯乙烯(PS)微球作为模板制备了三维反蛋白石TiO₂,并将其应用于碳基介观钙钛矿太阳电池,探究了采用不同尺寸的PS微球制备的反蛋白石TiO₂对碳基介观钙钛矿太阳电池光电性能的影响。结果表明:采用直径为800nm的PS微球作为模板制备的电池器件在可见光范围内具有良好的吸收,获得了2.10%的光电转换效率。

引入3种不同的吡啶类化合物调控TiO₂表面结构并利用其分子中C＝N不饱和键的吸电子作用,使TiO₂表面电子富集,提升金红石TiO₂的光催化能力。通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、瞬态光电流响应(i-t)、紫外-可见光(UV-Vis)等手段,研究表面富电子结构对TiO₂纳米棒的微观形貌、表面电子结构、表面能带结构和光电化学响应能力方面及其对光解水性能的影响。结果表明:C＝N的缺电子结构为催化剂表面电子富集提供场所,使光生载流子迁移路径增加,有利于光生电子-空穴对的分离,使其禁带宽度减小,有效地提升催化剂的光响应能力。其中TiO₂-PD具有较高的产氢速率,产氢性能可达39mmol/(g·h)。

自制了含3个苯环的液晶基元,通过硅氢加成,以氢封端的聚硅氧烷为扩链剂制备出主链型液晶聚合物,并且对所得聚合物进行核磁氢谱(¹H-NMR)、差示量热(DSC)、红外光谱(FT-IR)、偏光显微镜(POM)等表征。单体以及聚合物的核磁表明,已经制备出较为纯净的液晶基元单体以及聚合物,FT-IR测试结果表明对应的结构进一步证实了与预期结果相符,对单体以及聚合物的DSC以及结合POM的结果表明单体和硅氢加成后的聚合物都具有良好的液晶性,表明了分子设计的合理性,为合成主链型液晶聚合物提供一些经验基础。

采用两步法合成了聚多巴胺(PDA)包覆磁性悬铃木果毛吸附剂(PDA@CoFe₂O₄-PFs),分别使用扫描电镜(SEM)、热重(TG/DTA)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)和接触角测量仪对材料进行表征分析。将所得改性悬铃木果毛纤维用于水溶液中臧红T染料(ST)的吸附去除,并考察了铁酸钴(CoFe₂O₄)负载比、溶液pH、吸附剂用量和接触时间对吸附性能的影响,使用吸附动力学模型和吸附等温线模型对吸附数据进行拟合分析。结果表明:PDA包覆的磁性悬铃木果毛吸附剂具有较好的亲水性和磁性,可实现对水中ST的吸附去除,而且在外加磁场的作用下可实现吸附剂从溶液中的快速分离。在pH为8.0的ST溶液中投加CoFe₂O₄负载比为20%的PDA@CoFe₂O₄-PFs,理论最大吸附量为54.32mg/g。吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,表明吸附为单分子层化学吸附。

以丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)、再生天然橡胶(RNR)为基础胶,加入新型弹性体材料反式-1,4-丁二烯-异戊二烯共聚橡胶(TBIR)制备了橡胶密封材料—SBR/RNR/NR/TBIR硫化共混胶,研究了TBIR用量对硫化共混胶硫化特性及力学性能的影响。结果表明:当TBIR用量为20份时,SBR/RNR/NR/TBIR硫化共混胶的综合性能最好,拉伸强度为14.8MPa,断裂伸长率为197%,邵尔A硬度为84.3A,压缩永久变形为17.34%。

以设计合成的离子液体表面活性剂1-十六烷基-3-丙基咪唑溴盐为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,通过水热合成法制备出了介孔MCM-41,结构表征表明其为孔道均一的六方有序结构,孔径3.28nm、比表面积967.08m²/g。研究了制备的MCM-41对有机染料亚甲基蓝的吸附性能,对此吸附过程进行了热力学和动力学分析。结果表明:当pH=9、吸附温度为35℃时吸附60min即达到吸附平衡,吸附量可达305.03mg/g。此吸附过程符合二级吸附动力学,属Freundlich等温吸附,吸附过程为吸热过程。

采用静态吸附法研究了P-Al-MMT和Ca-MMT对Sr²⁺的吸附特征和吸附动力学机制,探究了吸附时间、锶离子浓度、pH、温度对吸附的影响。首先对P-Al-MMT和Ca-MMT进行了表征,并对吸附过程进行等温吸附方程和动力学方程拟合。结果表明:P-Al-MMT和Ca-MMT的表面均匀,对Sr²⁺的吸附属于单分子层吸附,等温吸附方程符合Langmuir模型;应用Elovich、双常数速率、抛物线扩散和一级反应动力学模型拟合了P-Al-MMT和Ca-MMT吸附Sr²⁺的动力学曲线,发现其对Sr²⁺的吸附过程都是非均相扩散过程,都符合Elovich模型。P-Al-MMT和Ca-MMT对Sr²⁺的吸附过程随pH的增大而增大,也随温度的升高而增大。

金属有机框架材料(MOFs)在气体储存、分离、分子识别、磁性和催化等领域应用广泛,引起了研究者的关注,但MOFs较差的稳定性和导电性在一定程度上限制了其应用。先以铁基有机骨架化合物(MIL-53(Fe))为牺牲模板,通过简单易控的煅烧方式制备出Fe₂O₃/MIL-53(Fe),然后将其与石墨烯进行复合,得到Fe₂O₃/MIL-53(Fe)/还原氧化石墨烯复合材料(Fe₂O₃/MIL-53(Fe)/rGO)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)和荧光光谱分析(PL)等手段对Fe₂O₃/MIL-53(Fe)/rGO的形貌和结构进行了表征,并探索了其在可见光下的光催化性能。结果表明:在25℃下,可见光光照1h后,0.2g/L Fe₂O₃/MIL-53(Fe)/rGO可实现对10mg/L亚甲基蓝(MB)的100%降解。该光催化剂制备简单,催化效率高,且重复稳定性较好,具有良好的应用性能。

采用一步水热法和原位共沉淀法制备了一种具备可见光响应的双Z型复合光催化剂Ag/AgCl/Bi₂WO₆/Bi₂MoO₆,通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、X射线光电子能谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪表征了复合光催化剂的形貌、结构、组成和吸光性能。以罗丹明B(RhB)为模拟污染物在可见光照射下进行降解以此评价复合光催化剂的性能。结果表明,AgCl、Bi₂WO₆和Bi₂MoO₆构建的双Z型异质结具有较高的催化活性,120min内对RhB的降解率高达97.8%。通过在催化剂表面进行光照还原出单质Ag而产生的局部等离子共振效应,增强了复合催化剂对可见光的吸收强度。此外,提出了双Z型Ag/AgCl/Bi₂WO₆/Bi₂MoO₆复合光催化剂降解RhB的作用机理。

卤胺化合物因其具有广谱抗菌性、快速杀菌且不产生耐药性、可再生性、长期稳定性以及对人类和环境的安全性而受到广泛关注。而目前国内外学者对于卤胺类抗菌剂的研究主要集中在抗菌纺织品领域,在医用领域的研究不足。主要综述了卤胺类抗菌剂及其在生物医用领域的研究进展。根据卤胺类抗菌医用材料的化学结构及其制备方法,详细介绍了小分子卤胺、合成大分子卤胺及天然大分子卤胺的合成,及其在医用抗菌领域的研究进展,并对卤胺类化合物未来在生物医用领域的主要研究方向进行了展望。

以聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)为原料,采用钴-60γ射线辐射制备了PVA/CS复合水凝胶。考察了该复合水凝胶溶胀行为和透明性,并通过扫描电子显微镜(SEM)对水凝胶的微观形貌进行了表征;开展了PVA/CS复合水凝胶的刺激与皮肤致敏试验、全身毒性试验和溶血试验等生物相容性评价。结果表明:将CS引入PVA水凝胶后,PVA/CS复合水凝胶不仅具有良好的透明性,而且达到溶胀平衡时的溶胀度比纯PVA水凝胶提高了7.8倍,达到了248%;与纯PVA水凝胶相比,PVA/CS复合水凝胶网络中的孔洞大小和深度均有所增加。PVA/CS复合水凝胶不仅对兔和豚鼠的皮肤刺激性极小且无致敏反应,而且在浸提液中并无有毒物质析出,对小鼠无急性毒性作用。PVA/CS复合水凝胶溶血率仅为2.6%,具有良好的血液相容性。

锌空气电池(ZABs)因其能量密度较大、对环境友好的特性,受到了学者的广泛研究。其空气电极是催化反应的重要场所,是整个锌空气电池的研究重点。近年来,制备高效稳定氧还原(ORR)和氧析出(OER)的电催化剂仍面临着挑战。碳基材料拥有较高的比表面积、多的表面活性位点和缺陷位点含量,是一类极具潜力的催化材料。针对碳基催化剂在锌空气电池中的应用,综述了近几年碳基催化剂的应用进展,并对未来碳基催化剂的发展进行了展望。

光热催化还原CO₂作为符合国家“双碳”政策的减碳技术,将温室气体CO₂转化为重要的化学燃料和工业原料有望促进“双碳”目标早日实现。光热催化还原CO₂利用表面等离子体共振将光能转化为热能,或通过将光能和热能耦合,从而提高太阳光利用率,来催化CO₂在较为温和的条件下高效转化为碳氢燃料或工业原料,因而受到碳捕获与转化领域研究人员的高度关注。对目前光热催化还原CO₂的研究进展进行了综述,介绍了设计用于CO₂转化反应的光热催化剂的最新进展,包括CO₂加氢生成CO、CH₄、CH₃OH或C²⁺、CH₄的CO₂重整(CRM)、CO₂环加成反应等,最后分析了现阶段光热催化还原CO₂催化剂的制约因素,并对其发展前景以及面临的挑战进行了展望。

金属空气电池具有高能量密度与低成本等优点,被认为是最具有发展前进的绿色清洁能源之一。反应的持续进行需要催化剂从中催化,常以贵金属、非贵金属、过渡金属氧化物与碳材料为主。其中,碳材料具有低廉的价格、良好的稳定性与氧还原性能,易与其他元素进行掺杂等优势,碳基复合催化剂在空气电极领域备受关注。基于空气电极中发生的氧还原反应机理,详细介绍了近年来炭黑、介孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维与石墨烯等碳材料复合催化剂在气体扩散电极领域的研究进展,为未来碳基催化剂的开发与应用提出了新方向。

随着科学技术的发展,电磁屏蔽与吸波材料在可穿戴、医疗和国防等领域的应用越来越广泛。碳基材料具有轻质、比表面积大、介电损耗强、导电性高等优点,已逐渐成为电磁波领域的研究热点。简述了电磁屏蔽和吸波材料的机理,从组成成分、合成方法、微观结构三方面总结了近年来国内外电磁屏蔽与吸波材料的研究进展,指出了目前轻质碳基电磁屏蔽与吸波材料存在的问题,面临的挑战和未来的发展前景。

硅纳米管具有优异的化学和物理性质,这使其很有希望在生物表征、锂电池、纳米电子器件、纳米药物输送、晶体管、传感器、纳米磁性器件、储氢、场发射显示器件以及光电子器件等领域上发挥出巨大的潜在作用。尽管硅纳米管的成功制备解决了国际上理论预测存在而在实验上一直未能合成的难题,但是目前关于硅纳米管的各种性能,特别是其掺杂性能还没有得到充分研究,所以关于硅纳米管的掺杂报道,特别是综述类报道相对较少。介绍了最近关于硅纳米管的各种掺杂研究以及各种掺杂硅纳米管的潜在应用,并总结了硅纳米管各种掺杂的优缺点,对进一步研究硅纳米管的掺杂性能提出了我们的观点,希望能为将来硅纳米管的各种掺杂研究有所帮助。

通过微波加热法合成了1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐([bmim]PF₆)、1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸盐([hmim]PF₆)和1-甲基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐([omim]PF₆)3种咪唑离子液体,采用高氯酸银/苄基溴(AgClO₄/BnBr)引发体系在0℃引发离子液体中异丁基乙烯基醚阳离子聚合,讨论了离子液体、银盐种类对聚合反应的影响。结果表明:微波法能缩短离子液体合成时间,加热1min产率达83.48％;以离子液体为溶剂时聚合反应比使用传统有机溶剂更温和,合成的聚合物平均分子量为3.4×10⁴,产率达92.13%;离子液体回收实验表明离子液体可循环利用,对产率影响较小。

由于具有低毒性、化学惰性、可调谐荧光和良好的水溶性性能,碳量子点(CDs)已被应用于许多领域,包括化学和生物传感、荧光成像和药物传递。利用简便环保的水热技术,由柠檬酸(CA)和乙醇胺(EN)的合成了氮掺杂的碳量子点(EN-CDs);并利用红外光谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见光谱仪等手段对样品结构进行了表征。有趣的是,合理设计的EN-CDs在模拟阳光下对罗丹明B(RhB)的降解表现出良好的光催化活性。此外,EN-CDs在降解藏红T(ST)方面也表现出一些光催化性能;在光催化过程中空穴(h⁺)和羟基自由基(·OH)是其两种主要的活性物质。这项工作可能为环境友好地制备光催化剂以补救淡水污染提供一种新的方法。

多孔地质聚合物(PGs)对水中重金属离子的吸附性能与其孔隙特征密切相关。由于PGs的孔隙特征受其发泡工艺影响较大,因此,综述了几种常见的PGs发泡工艺,包括化学发泡、机械发泡、牺牲模板法和增材制造对其孔隙特征的影响,分析了孔隙特征与其吸附性能之间的关系,并在此基础上提出优化措施展望。

有机荧光共轭聚合物含有离域大π键,电子或能量可以在共轭聚合物主链上快速迁移,这一“分子导线”性质可使荧光信号成倍增大。此外,有机荧光共轭聚合物还具有较大的斯托克位移、良好的稳定性、较高的摩尔消光吸收系数等优点。通过合理设计,将金属离子识别基团键合至有机荧光共轭聚合物,得到的有机共轭聚合物荧光材料比小分子荧光材料更具优势。有机共轭聚合物荧光材料有多种合成方法,从反应合成类型的角度,结合设计理念、传感应用及检测机理等,综述了近年来有机共轭聚合物荧光材料应用于重金属离子检测的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

针对传统锂铝水滑石(LiAl-LDHs)锂吸附剂合成过程中颗粒堆积紧密导致吸附容量低的问题,采用十二烷基硫酸钠(SDS)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为形貌调控剂,制备出3种具有多孔结构的LiAl-LDHs以提高锂吸附容量,并通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面积及孔隙度分析仪对其结构进行表征。采用相转化法以聚丙烯腈(PAN)作为造粒基体材料,对LiAl-LDHs粉末进行造粒制备了颗粒状吸附剂以提高适用性。颗粒状吸附剂含水量为66.6%,LiAl-LDHs质量分数为80%。结果表明:在温度25℃、质量浓度300mg/L的Li⁺溶液中,pH=8时颗粒状吸附剂LiAl-LDHs-SDS/PVP吸附容量达到8.0mg/g,吸附行为符合准二阶动力学模型和Langmuir等温吸附模型;在干扰离子Na⁺、K⁺、SO²⁺₄、Mg²⁺存在下该吸附剂对Li+具有较强的选择性吸附能力;循环吸附-脱附5次后吸附量保持在7.0mg/g以上,具有良好的循环稳定性;该吸附剂在大柴旦盐湖卤水中锂吸附容量达到8.21mg/g,具有良好的工业化应用潜力。

采用一种简单的共沉淀法在聚氨酯海绵基体上负载磁性纳米粒子,在获得磁性的同时也增加了材料的表面粗糙度,后经过甲基三氯硅烷修饰得到超疏水性同时兼具有超亲油性的海绵材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、磁学测量系统(VSM)等测试手段对所制备的材料进行了表征。结果表明:所制备的磁性超疏水海绵对于各种不同的油脂都具有较好的吸附能力,吸油量可以达到自身质量的18.4～25.3倍,同时具有从油水混合物中选择性吸油的能力。因此,所制备的超疏水磁性材料在油水分离领域具有一定的应用价值。

采用水热法合成了Fe₃O₄/GO磁性纳米复合材料,对其进行X射线衍射(XRD)、红光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)表征及磁性能测试,并应用于水体6种不同染料的吸附对比,筛选出对该吸附剂具备较强选择性吸附能力的龙胆紫(GV)染料,进一步优化吸附条件,最后对吸附剂的循环应用效果进行了测试。结果表明:所制备的Fe₃O₄/GO磁性纳米材料对GV的最佳吸附条件为温度20℃、染料初始浓度为30mg/L,吸附剂投加量0.04g/50mL,溶液pH=9、吸附时间30min。在最佳条件下,Fe₃O₄/GO对GV的移除率高达91.06%,吸附量为34.35mg/g。5次循环利用的移除率仍可达到68.46%。该吸附剂能很好地分散在水中,并可通过磁场从废水中实现快速回收,具有绿色、高效、可循环利用的特点,可用于工业废水处理系统。