随着现代工业发展对材料性能的要求不断地提高,聚氨酯也正朝着智能化、功能化等方向发展,其中赋予聚氨酯材料自修复功能是推进其智能化方向的一个重要课题之一。目前自修复聚氨酯材料研究已取得一系列卓有成效的研究成果,其中在聚氨酯材料分子链主链引入热可逆Diels-Alder(DA)共价键以及在传统聚氨酯材料中引入纳米碳材料(如碳纳米管、石墨烯)成为研究热点。然而,目前热可逆DA反应的自修复聚氨酯还存在力学性能稍差、修复效率不高且修复效率随修复次数的增加迅速下降等问题,以及纳米碳材料需经改性才能引入等复杂工艺过程。从光可逆共价键修复体系和热可逆共价键修复体系两个方面简述本征型自修复体系,再从热可逆DA自修复聚氨酯体系和热可逆DA自修复聚氨酯复合材料体系两个方面综述国内外研究进展。

多孔地质聚合物由于制备工艺简单、耐高温、力学性能优异、隔热性能极佳等优势被广泛应用于诸多行业,近十年来已成为最具研究前景的无机多孔材料之一。为了进一步提高、优化多孔地质聚合物的性能或赋予其新的功能,人们对多孔地质聚合物复合材料的开发和应用付出了巨大的努力。综述了目前多孔地质聚合物复合材料制备方法(包埋轻质/多孔填料、直接发泡、增材制造等)领域的最新进展,并从吸附性能、热稳定性能、机械性能三方面介绍了多孔地质聚合物复合材料的相关应用,旨在促进开发新型地质聚合物复合材料的制备路线,并扩大其在相关领域的应用。

共价有机框架(COFs)是一种新兴的晶体多孔聚合物,因其组成多样化、孔径可调、高稳定性等优点已在很多领域表现出优异的应用前景。随着疏水材料的不断发展,疏水型COFs材料备受关注,其结构类型的设计、开发及应用研究已有相关报道。鉴于此,从C(主要包括含氟类、长链烷烃类及其他芳香烃类疏水型COFs材料)及合成策略方面综述了近年来疏水型共价有机框架相关研究进展。此外,简要介绍了疏水型COFs材料在油水分离、固相微萃取与吸附领域的应用。

金属有机多面体(MOPs)是由无机金属离子和具有特定结构的有机配体通过自组装的形式合成的。MOPs是一种高度有序和离散分子结构的无机有机杂化材料,具有高孔隙率、可调节的孔径、化学稳定性以及可定制的功能等特点,应用前景广阔。总结了MOPs的制备方法及应用进展,指出了MOPs材料发展的制约因素及未来MOPs材料的发展方向。

无机水合盐相变储能材料(PCMs)具有化学性质稳定、工作温度恒定、相变温度适中、相变潜热及导热系数大、潜热值高、成本低等优点,在实际的生产生活中具有广阔的使用前景和发展空间。然而,过冷、相分离、导热系数问题、循环稳定性差等问题限制了此材料的实际应用。主要介绍了无机水合盐相变储能材料最新的研究进展和成果、分类以及解决过冷度和相分离等问题的改性方法,最后,指出了目前水合盐相变储能材料存在的不足并对未来的重点研究方向做出了展望。

石墨烯基气凝胶(GAs)不仅具有超高的比表面积和孔隙率、高导电性、高比热容、低密度,而且还有优异的力学性能、稳定的化学性质,在超级电容器、催化剂载体、吸波材料等方面有广阔的应用。针对石墨烯基气凝胶的制备方法(如模板法、自组装法、3D打印法、溶胶-凝胶法等),以及在环境净化、能源及催化等领域的应用和GAs的发展前景进行了综述。

纳米孔绝热材料是一种理想的保温隔热材料,目前SiO₂纳米孔绝热材料是研究最多的纳米孔绝热材料。综述了SiO₂气凝胶基绝热复合材料和气相SiO₂纳米粉末基绝热复合材料的研究进展,指出了材料制备及使用过程中存在的问题,并对未来SiO₂纳米孔绝热材料的发展进行了展望。

类水滑石(LDHs)和蒙脱土(MMT)都属于二维层状黏土,通过将LDHs与MMT复合可得到不同结构的LDHs/MMT复合材料,如板对板交替结构、花状结构及板层混合交替结构,已应用于吸附、催化、荧光、油水分离领域。介绍了LDHs/MMT复合材料的制备方法,对其在各领域的研究进展进行了综述,最后对其发展前景进行了展望。

相变纤维是通过各种纺丝技术将相变材料包埋入纤维中形成的复合材料,由于它良好的机械柔性和热稳定性使其具有很好的应用前景。通过对熔融、离心、静电、湿法和冷冻纺丝技术制备相变纤维的阐述与分析,湿法纺丝技术由于其高纺丝效率、低成本和可获得高潜热的相变纤维等优势,适用于规模化生产。此外,还探讨了相变纤维在智能保温/冷却织物、军事红外隐身、生物医疗、动力电池和可穿戴电子设备中的应用。根据纺丝方式和相变纤维的应用,提出了当前相变纤维在制备工艺、纤维性能和商业化应用上存在的一些问题,在此基础上展望由同轴湿法纺丝技术制备相变纤维具有更高的应用价值。

随着人们对于能源需求量的增加,染料敏化太阳能电池作为一种清洁的能量收集装置得到广泛研究。染料敏化太阳能电池是通过染料来获得光电子,利用自身的氧化还原产生电流,但由于光阳极材料的比表面积和电子传输速率提升困难等因素,在实际应用中受到限制。总结了染料敏化太阳能电池的结构和工作原理和研究进展,对它们的优缺点进行分析,提出染料敏化太阳能电池发展中存在的问题和挑战,并对染料敏化太阳能电池光阳极的趋势进行了展望。

过渡金属碳化物(TMCs)因高导电、高硬度、耐酸碱、热稳定性良好等优势,被广泛应用于化学化工、电子器件等领域。研究发现,TMCs纳米材料因特殊的d带电子排布和暴露的活性位点,能促进氢的吸附与脱附,进而表现出较高的催化析氢活性。但是,TMCs在合成中易团聚,活性位点易被覆盖会严重阻碍其性能的发挥。通过对纳米结构的合理调控,在维持TMCs自身活性的同时可进一步提高材料自身的催化活性。不同维度TMCs纳米材料的结构优势集中体现在材料表面的有效利用与活性位点的暴露上。介绍了TMCs纳米材料的制备方法及其催化析氢性能,指出了TMCs纳米材料面临的挑战及存在的问题,以期为不同维度TMCs纳米材料的研究提供参考。

壳聚糖是一种丰富的天然生物多糖,具有无毒、生物相容性好、生物可降解等众多优异性能。由于壳聚糖分子结构上的氨基、羟基等可作为吸附位点,因此它成为了吸附领域的研究热点。综述了近些年来壳聚糖基吸附材料的改性及其在染料吸附方面的研究进展,指出壳聚糖基吸附材料吸附有机染料的主要机理为:静电吸引、络合作用、氢键作用、π-π相互作用和物理吸附作用。基于目前的研究现状,指出壳聚糖基吸附材料在该领域研究中应着重考虑再生性、选择性和分离性。

采用S35高强型聚酰亚胺(PI)纤维作为增强体,热塑性树脂作为基体,采用热压工艺制备了织物结构和正交单向无纬(UD)结构复合材料靶板,通过弹道极限速度测试和背部变形测试,研究了增强体结构和界面结合强度对PI纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能的影响。结果表明:高强型聚酰亚胺纤维表现出了优异的防弹性能;UD结构靶板更适用于防铅芯弹;织物结构靶板更适用于防破片;当界面剥离强度由5.45N/cm提高到26.44N/cm时,剥离后界面处的纤维表面形貌的破坏程度逐渐增加。当侵彻体为5.6g铅芯弹时,随着界面剥离强度的提高,复合材料靶板的防弹性能呈现出先提高后降低的趋势;并且靶板的背部变形逐渐减小,进一步证明了界面结合强度对复合材料靶板防弹性能的影响。

采用共混挤出的加工方法,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基材,通过添加相容性好的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和耐温性较高的聚酰胺6(PA6),制备出耐温性较高和制备成本较低的PVDF/PMMA/PA6热熔胶。通过热变形维卡软化点试验机、热重分析仪、微机控制电子万能试验机以及扫描电子显微镜分析了PA6含量对PVDF/PMMA/PA6热熔胶微观结构、粘接性能以及热稳定性的影响。结果表明:PA6质量分数为15%时,热熔胶粘接性能最优,经过150℃热处理之后粘接强度仍能保持40.76N/15mm,满足150℃条件下剥离强度保持40N/15mm的要求;PA6质量分数为15%时,热熔胶的维卡软化温度为156℃,初始分解温度为350℃,383℃时最大分解速率为 -27.2%/min。

采用静电自组装法首先制备二氧化硅/氧化石墨烯复合粒子(SiO₂@GO),然后对改性后的复合粒子进行了傅里叶红外光谱(FT-IR)、热失重(TG)和X射线光电子能谱(XPS)的表征。最后,通过机械共混法制备得到了SiO₂@GO增强的丁苯橡胶(SBR)复合材料,并对复合材料的热性能和力学性能进行了研究。结果表明:与单独二氧化硅增强的SBR复合材料相比,SiO₂@GO/SBR的最小转矩、最大转矩、拉伸强度和撕裂强度均较大,硫化时间也较长,并随着复合粒子添加量的增加而变大。当加入质量分数约为13%的复合粒子时,增强后的橡胶拉伸强度、撕裂强度分别能达到5.40MPa、36.35kN/m,动态力学性能表明增强后SBR复合物的抗湿滑性和低滚动阻力较好。

传统的单一聚氨酯乳液存在耐水性和耐热性较差的缺点,目前最有效的方法是对其进行改性,以增强聚氨酯乳液胶粘剂的性能,使其应用更加广泛。控制异氰酸酯指数(R值)为3.5,以聚丙二醇(PPG1000)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为主要原料合成聚氨酯预聚体,使用环氧树脂对聚氨酯乳液进行改性。用控制变量法将不同环氧值的环氧树脂和不同添加量的环氧树脂分别作为2个变量,讨论2个变量对乳液及胶膜性能的影响,按照相关标准对其性能进行了测试与表征。结果表明:在相同用量下,环氧树脂E-44的改性效果好于其他类型环氧树脂,E-44添加量为15%(质量分数)时,制备的改性材料性能最佳。

为了提高聚乳酸薄膜的气体阻隔性能,利用氧化石墨烯(GO)和聚乙烯亚胺之间的静电结合力,通过层层自组装法将它们沉积在聚乳酸(PLA)基底上制备GO/PLA自组装薄膜。选择了3个厂家生产的GO,对其进行了结构分析,并对其制备的GO/PLA自组装薄膜的阻隔性能进行了检测,筛选出最合适的GO。并考察了GO浓度、自组装层数对GO/PLA自组装薄膜的氧气、水蒸汽阻隔性能的影响。结果表明:GO的阻隔性能受到片径、缺陷程度和含氧官能团的综合影响;随着GO浓度增加,自组装层数增加,自组装薄膜的阻隔性能均有明显改善,但水蒸汽的阻隔性能变化不如氧气阻隔性能变化剧烈;当GO浓度为6mg/mL,自组装层数为20层时,相比于聚乳酸原膜,透氧系数和水蒸汽透过率分别降低了99.01%和56.6%。

优化马来酸二乙酯改性己二胺反应条件,并与异氰酸酯丙烯酸乙酯(AOI)反应,制备了含端双键的一元胺,采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚胺(PEA,数均分子量M_n约2000)、改性己二胺、二乙基甲苯二胺(DETDA)、乙二胺基乙磺酸钠盐(AAS盐)为主要原料,制备了一系列水性光固化聚脲。采用红外光谱(FT-IR)、核磁氢谱(¹H-NMR)对合成树脂的结构进行了表征探究,采用纳米粒径分析仪、紫外分光光度计、光学接触角测量仪、热重分析仪等手段对乳液和涂膜进行一系列测试表征。结果表明:制备了水性光固化聚脲树脂,其中脂肪族聚脲树脂体系的乳液以及热稳定性更好,芳香族聚脲树脂体系的基本性能更好。

通过合理的合成路线与微观结构设计,开发具有高比容量和柔性的钠离子电池负极材料,是当前的难点。采用静电纺丝制备自支撑碳纳米纤维膜,利用不同浓度的硼酸铵溶液对纤维膜进行改性,研究了浸渍溶液浓度和热处理温度对碳纳米纤维膜相组成、微观形貌及储钠性能的影响。结果表明:低浓度硼酸铵溶液改性并未改变纤维膜三维相互交错的空间结构,但纤维膜表面粗糙程度增加,使改性后的碳纳米纤维缺陷和活性点位增多并减小了碳层间距。采用0.02mol/L硼酸铵溶液浸渍改性和600℃热处理后得到的碳纳米纤维膜作为钠离子电池自支撑负极时,可获得最优的储钠性能。在100mA/g电流密度下,该电池初始充比容量为354.7mAh/g,循环100周后电池的可逆充放电比容量为316.8mAh/g,表现出优异的储钠性能。

膨胀石墨(EG)是多孔吸附材料中具有优良传热效果的材料。为进一步提高石蜡(PW)/EG复合相变材料的热性能,以PW为相变主材,EG为载体,碳化硅(SiC)、碳纤维(CF)或活性炭(AC)为强化传热介质,通过熔融共混法制备了不同质量分数配比的复合相变材料(CPCM)并压制成形。采用导热系数测试仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜对CPCM的热性能进行测试和表征。结果表明,当CPCM中PW∶EG∶SiC(质量比)为70∶25∶5时,CPCM的导热系数为1.827W/(m·K),潜热为147.2J/g,分别为PW∶EG=70∶30的CPCM的1.022倍和1.036倍。所制备的CPCM没有新物质产生,相变温度合适,微观结构紧凑,热性能好。

为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率,通过水热法设计制备了以碳球为外壳,金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au)。之后通过KOH活化,制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m²/g。结果表明:在0.5A/g的电流密度下,PCS-Au表现出225F/g的比容量,相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了28.5%。使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液,组装成纽扣式对称型超级电容器后,PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg。并且在1A/g电流密度下,经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76%,性能无衰减,展现出很好的循环稳定性。精心设计的核壳结构与较大的比表面积,优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液,导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料。

通过简便、经济的方法合成了MWCNTs/ZIF-67复合材料,并运用SEM、TEM、XRD、XPS等技术手段对该复合材料进行了表征。为了评估MWCNTs/ZIF-67催化剂的催化活性,在NaBH₄存在下进行了对硝基苯酚(4-NP)的还原实验。结果表明,MWCNTs/ZIF-67催化剂具有很好的催化性能,在6min内对4-NP的催化效率高达99.82%,表观速率系数达到0.4973min^-1。此外,该材料可以通过磁铁从水溶液中收集,便于回收和再利用。且经过5次循环后,复合材料的催化活性仍很高,表明该复合材料有较好的稳定性,可以作为去除环境污染物的新型催化材料。

针对银包铜涂层耐腐蚀性能差的特点,对银包铜粉进行表面改性处理并制备导电涂层,以提高其耐蚀性能。采用化学镀制备银包铜粉,分别用硬脂酸、苯并三氮唑和十七氟癸基三甲氧基硅烷进行表面改性处理。将不同表面改性处理后的银包铜粉作为导电填料,改性丙烯酸树脂为基体,制备出耐腐蚀的银包铜粉导电浆料。将其涂覆在聚酯(PET)薄膜上,采用低温固化工艺,得到耐腐蚀的银包铜涂层。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱、直流低电阻仪、接触角测试仪分析涂层的成分、形貌、导电性、表面润湿状况,以及用电化学工作站和盐雾浸泡实验分析其耐腐蚀能力。结果表明:用硬脂酸处理的银包铜粉制得的涂层接触角最大,为140°;电阻率为1.06×10^-3Ω·cm。采用苯并三氮唑改性处理的银包铜粉制备的涂层在中性盐雾腐蚀后仍具有良好的导电性,同时在电化学测试中腐蚀电位最正,显示了良好的耐腐蚀性能。

为了减轻溢油事件给生态环境和人们生产生活带来的影响,以天然可降解聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)为材料,采用静电纺制备不同共混比的PLA/PCL复合纳米纤维膜用于疏水吸油。利用扫描电子显微镜观察纤维表面形貌,并测试不同共混比PLA/PCL纤维膜的直径、拉伸性能、水接触角、吸油倍率和保油率。研究结果表明,随着PCL添加量的增加,纤维直径减小,断裂强度减小,而纳米纤维膜的断裂伸长率则从原来的72.53%增加到了118.45%,具有良好的韧性;共混后的PLA/PCL纳米纤维膜的水接触角最高可达140.56°,相比纯PLA纳米纤维膜水接触角增加了2.66°,对机油、花生油和菜籽油的最大吸油倍率分别为47.10g/g、41.13g/g和37.93g/g,对机油的保油率最高可达76.16%,具有良好的疏水亲油性能。

以氟晶云母片为衬底,进行柔性ZnO透明导电薄膜(Mica/ZnO)的制备与表征。利用XRD和SEM表征可知,晶种水热法比直接水热法更有利于制备Mica/ZnO薄膜。研究发现,晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜分为颗粒状ZnO晶体生长阶段、颗粒状ZnO晶体成长为棒状ZnO晶体阶段和棒状ZnO晶体成长三个阶段。采用晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜适宜的晶化时间为26h,制备的致密棒状ZnO晶体长度约500nm左右。制备的Mica/ZnO薄膜可耐500℃以上的高温,为研究耐高温柔性ZnO透明导电薄膜提供更为丰富的柔性衬底材料和制备方法。

基于原位化学氧化聚合并结合真空辅助成型获得了聚苯胺(PANI)包裹碳纳米管(CNTs)的CNTs/PANI自支撑复合电极,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱测试仪(FT-IR)对CNTs/PANI复合膜的微观形貌和结构进行表征,并利用电化学工作站对其电化学性能进行了测试。实验结果表明,CNTs被PANI颗粒均匀包覆。CNTs/PANI-15(CNTs与An的质量比为1∶15)复合电极的比电容为387F/g(电流密度为0.5A/g),且在3A/g电流密度下连续循环10000圈时,电容保持率为86%。而纯PANI在8000次循环充放电测试后,电容保持率低至66%,且结构几乎坍塌。其原因在所制备的CNTs/PANI复合电极材料兼具PANI的赝电容和CNTs的双电层电容的双重储能机理,通过二者的协同作用显著改善了CNTs/PANI复合膜的电化学性能。

以苯酚、甲醛为原料,利用水热合成法制备酚醛泡沫前驱体,经炭化和KOH活化后制备具有高比表面积的多孔炭PAFc。采用X射线衍射、扫描电镜和N₂吸附-脱附等方法对多孔炭进行表征。结果表明:当炭化温度为800℃、活化比例为1∶2时制备的多孔炭含有丰富的孔结构和高比表面积(1692.24m²/g)。此外,多孔炭也表现出优异的电化学性能,电流密度为1A/g时多孔炭的比电容达255.6F/g,循环5000次后,电容保持率为97.3%。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为碳前驱体,聚碳硅烷(PCS)为增强相,采用静电纺丝和退火工艺制备SiCO@CNFs复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)和傅利叶变换红外光谱(FT-IR)等方法对样品进行结构表征;通过电化学工作站和高性能电池检测系统对样品电化学性能进行测试。结果表明,在100mA/g的电流密度下,SiCO@CNFs复合材料的初始放电容量为1498.71mAh/g。在电流密度为300mA/g时,经过500次循环后,SiCO@CNFs的容量保持率可为49%,而CNFs的容量保持率仅为12%。SiCO@CNFs显示出优异的锂存储性能和循环稳定性。

通过正硅酸乙酯水解、蔗糖热解包覆制备了锂离子电池SiO_x@C负极材料。为了减少SiO_x@C在首次循环中的不可逆容量损失,采用SiO_x@C与金属锂片直接接触的方法对其进行预锂化,考察了不同预锂化处理时间对材料电化学性能的影响,研究了预锂化处理前后材料表面形貌和组成成分的变化,分析了预锂化处理在材料中的作用机理。结果表明,预锂化处理3min后,SiO_x@C的首次库伦效率已达到99.2%,高于未预锂化的63.9%,而且仍然表现出较高的循环稳定性。通过SEM、XPS、容量微分曲线、交流阻抗谱等分析,发现预锂化处理过程中SiO_x@C已发生不可逆转化反应,并在材料表面形成了SEI膜,从而达到减少首次循环中不可逆容量损失的目的。

富锂锰基材料(LRM)由于电压平台高、比容量高,在锂电池材料研究中受到广泛关注。针对富锂锰基材料首次充放电库仑效率较低的问题,采用Li₂S对富锂锰基材料(LRM)进行掺杂改性制备得到LRM-S材料。结果表明:LRM和LRM-S的晶体结构相近,具有层状晶体结构。扫描电镜分析表明,LRM-S材料由10～20nm的一次颗粒团聚而成。元素分析表明LRM-S材料中含有均匀分散的S元素。电化学分析表明,LRM的首次充电比容量为291.80mAh/g,首次放电比容量为188.63mAh/g,首次库仑效率为64.64%。Li₂S掺杂改性材料LRM-S的首次充电比容量为387.04mAh/g,首次放电比容量为272.64mAh/g,首次库仑效率为70.44%,在首次充放电比容量和效率方面均有显著提升。

为缓解硅基负极的体积效应以改善其循环性能,采用球磨法制备了具有包覆形貌的铜硅复合粉末作为电极材料。结果表明:增加铜组分的比例和铜粉的粒度有利于形成包覆结构和Cu-Si合金,5种不同粒度的磨球混合球磨时磨球和粉末温度最高。将不同球磨时间样品的X射线衍射(XRD)谱图进行定量分析,1h就有少量的Cu₃Si和Cu₁₅Si₄生成,球磨时间增加,Cu₃Si和Cu₁₅Si₄含量不断增多,Cu和Si单质相应减少,球磨8h后,各相含量变化不大,趋于稳定。电化学性能测试表明,相比纯Si电极,Cu_100-xSi_x电极具有优良的循环性能,但随着铜含量的增加,反应动力学减慢。

利用差式扫描量热法(DSC)和真空安定性法(VST)研究了分别以氢氧化铝(ATH)、六(4-醛基苯氧基)环三磷腈(PNCHO)、六(4-羟甲基苯氧基)环三磷腈(PNOH)和六(2,4,6-三溴苯氧基)环三磷腈(PNBr)为填料的四种不饱和聚酯树脂包覆层(UP-1,UP-2、UP-3和UP-4)与改性双基推进剂主要组分硝化甘油(NG)、硝化棉(NC)、黑索今(RDX)和奥克托今(HMX)及典型改性双基推进剂的相容性。DSC测试结果表明,UP-1、UP-2、UP-3与改性双基推进剂的主要组分NC、NG、RDX和HMX均具有良好的化学相容性,而UP-4与RDX属于轻微敏感;VST测试结果表明,UP-1、UP-2和UP-3与粒铸改性双基推进剂、浇铸改性双基推进剂均具有良好的化学相容性,UP-4/粒铸改性双基推进剂混合体系和UP-4/浇铸改性双基推进剂混合体系属于中等反应等级。

以高长径比的纤维素纳米纤丝(CNF)与片层结构的氧化石墨(GO)为原料,采用乙二胺还原和液氮梯度冷冻干燥制备纤维素纳米纤丝/石墨烯(CNF/rGO)复合气凝胶,并通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、比表面积(BET)、电化学测试仪等对其进行性能表征。结果表明,所制备的CNF/rGO复合气凝胶具有完整的三维网络结构,当CNF和GO质量比为10∶1时,复合气凝胶的平均孔径为13nm,比表面积为110.2m²/g,在电流密度为1A/g下获得的质量比电容约为156F/g。

以氧化铝陶瓷管为基膜,通过原位水热法制备二硫化钼(MoS₂)管式陶瓷膜,研究了不同酸碱条件下膜的结构和纳滤分离及其稳定性变化规律。结果表明,经pH为1～11的水溶液浸渍12h后,MoS₂管式陶瓷膜的形貌和结构变化不明显,对伊文思蓝(EB)水溶液的渗透通量为231.25L/(m²·h·MPa),截留率在96%以上,对EB的 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中也显示良好的纳滤分离性能;以pH为13的强碱溶液浸渍后,其分离性能略有降低。使用胶带剥离MoS₂管式陶瓷膜50次后,扫描电镜和纳滤分离性能表明,其分离层与陶瓷基体间具有较好的结合力,证明原位水热法制备的MoS₂管式陶瓷膜具有优异的稳定性。

以片状Al粉为功能颜料,纳米SiO₂为微纳结构改性剂,聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为黏合剂,采用简单的玻璃棒刮涂法制备了一种同时具有超疏水和低红外发射率性能的复合涂层。探讨了PDMS和HYSZ质量比、总填料添加量及片状Al粉和纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响规律。结果表明:PDMS和HYSZ质量比对涂层附着力和疏水性能具有重要影响,当质量比为1∶9时,涂层具备良好的疏水性能,其附着力可达1级。总填料添加量对涂层性能影响明显,随着总填料添加量的增加,涂层发射率和光泽度可明显降低。当总填料添加量为50%时,涂层表面可产生明显的乳突状微纳粗糙结构,从而可明显提升涂层的疏水性能。片状Al粉和纳米SiO₂质量比会明显影响涂层的发射率和疏水性能,当质量比为5∶5时,涂层可具备良好的综合性能。此时涂层发射率可低至0.652,光泽度和附着力分别为2.7和1级,水接触角和滚动角分别为152°和8°。通过适当降低涂层表面能及在涂层表面构筑微纳粗糙结构可实现涂层超疏水、低发射率和高附着力的兼容。

采用微波法在水-离子液体表面活性剂的体系,制备了磺酸化铁酸镍磁性石墨烯(GS/NiFe₂O₄)复合材料,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、X射线光电子能谱(XPS)、BET/BJH的方法分析材料的表观结构。使用GS/NiFe₂O₄活化过硫酸盐(PMS)降解水中的2-氨基苯并噻唑(ABT),并通过超高效液相色谱-串联质谱法对降解率进行定量分析。经条件优化得出,在pH=3、PMS浓度为4mmol/L,投加15mg GS/NiFe₂O₄的条件下,30min内可完全降解20mg/L的2-氨基苯并噻唑。考察了阴阳离子对ABT的降解过程影响:Cl^-对ABT的降解有促进作用,HCO^-₃具有抑制作用,而Cu²⁺具有双重作用。通过自由基猝灭实验发现SO^-₄·为主导自由基、·OH为辅。最后对ABT的降解过程进行了产物分析且证明了GS/NiFe₂O₄具有良好的循环利用性能。

提出了一种简单而有效的重建被甲醇降解的对苯二甲酸铜(CuBDC)金属有机骨架材料的方法,只需溶剂辅助一步可实现CuBDC的重建。将CuBDC浸泡在甲醇溶液中使其降解,再用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)重建,重建CuBDC孔隙率达到新制的94%,通过CO₂和环氧化合物的环加成反应评价重建CuBDC的催化性能,重建 CuBDC的转化率和产率分别达到新制的97.8%和97.6%,实现了高度重建的目标,并具有良好的循环使用性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、静态氮气吸附仪、热失重分析仪和傅里叶红外变换光谱仪等仪器表征,探讨了CuBDC降解-重建的机理。

以聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)为聚合物基体,以铬基金属有机框架MIL-100(Cr)为填充粒子,采用溶剂挥发法制备了系列Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜,并用于CH₄/N₂分离研究。结果表明,固相法合成的MIL-100(Cr)的BET为1808m²/g,在0.1MPa下对CH₄的吸附量为0.5mmol/g,对N₂的吸附量为0.28mmol/g,说明MIL-100(Cr)对CH₄具有高亲和力。随着MIL-100(Cr)纳米粒子的加入,Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的CH₄/N₂渗透选择性呈现先增大后减小的趋势,CH₄渗透率基本保持不变;当MIL-100(Cr)添加量为15%(wt,质量分数)时,混合基质膜的CH₄渗透性能保持在20Barrer,CH₄/N₂选择性能达到3.71。

电催化氮气还原反应(NRR)因可在常温常压下高效固氮而被认为是一种前景广阔的合成氨的方法,有望替代传统Haber-Bosch工艺。电催化剂的设计和制备是提升NRR性能的关键因素。采用水热法制备了金属-有机框架材料(MOF),通过高温热处理获得MOF衍生的片状Ni/C纳米材料,将其用于NRR反应的电催化剂。研究发现,在0.1mol/L KOH电解液中,电位为-0.9V时Ni/C纳米材料最大的氨产率为66.57μg/(h·mg),法拉第效率高达33.67%,且显示了良好的电化学稳定性。

针对载铁壳聚糖醋酸纤维素吸附剂(CS/CA-FeO_x)易受pH影响问题,选择向制备液中引入Mn²⁺制备复合吸附剂CS/CA-FeMnO_x,并研究其对水溶液中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除特性及吸附机理。结果表明:在pH=4.0条件下CS/CA-FeMnO_x对初始浓度为5mg/L的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附的最佳投量均为1.2g/L,最大吸附容量为44.42mg/g和56.73mg/g;pH从4.0升高至7.0,对Sb(Ⅲ)的去除率影响不大,但是对Sb(Ⅴ)的去除率影响显著降低,去除率下降25.3%;准二级速率反应方程更能准确地描述吸附剂CS/CA-FeMnO_x对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附过程,说明对二者的吸附均是物理吸附与化学吸附相结合的过程;Freundlich模型能更好地描述CS/CA-FeMnO_x对两种不同形态锑的吸附;X射线衍射结果未显示锰氧化物的峰,可能是复合吸附剂中锰含量较少或者锰以无定形存在。X射线光电子能谱和分峰结果显示,水中锑与复合吸附剂上的金属发生结合,且Sb(Ⅴ)的结合强度高于Sb(Ⅲ)。综上,少量锰的添加能够显著削弱pH对去除Sb(Ⅴ)的影响,为构建静电富集、化学吸附的除锑体系提供技术依据。

首次将丹参中主要有效成分丹酚酸B(SAB)制备成具有抗氧化活性的SAB@Cu₃(PO₄)₂杂化纳米花。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线能量色散谱仪(EDS)、激光粒度分布仪等进行表征,证实了SAB@Cu₃(PO₄)₂杂化纳米花的合成并确定其形貌、结构特征。之后,对杂化纳米花的抗氧化性进行探究,发现与游离丹酚酸B相比,杂化纳米花的抗氧化活性提高了92.2%。此外,杂化纳米花的稳定性也有显著提高,其在80℃下放置12h后仍能保留80.57%的抗氧化活性。

通过浸渍法分别用丙烯酸(AA)和纳米二氧化硅(SiO₂)改性壳聚糖(CTS),制备AA/SiO₂/CTS复合材料。通过红外光谱表征了复合材料的结构,并以复合材料为吸附剂吸附铬离子,研究了复合材料吸附铬离子的吸附性能。结果表明:当吸附剂用量为2.0g,pH为6左右,铬离子浓度为20mg/L,温度为25℃,吸附70min时,吸附效果最好,改性后的复合吸附剂AA/SiO₂/CTS的吸附率最高可达96%,明显高于未改性CTS的85%和AA/CTS的92%。吸附热力学和动力学研究表明,Freundlich等温模型和拟二级动力学模型更加符合吸附过程。

以薰衣草提取液为还原剂,白酒废水污泥生物炭(WSB)为载体,采用绿色合成法制备了生物炭负载纳米零价铁复合材料(nZVI@WSB),并将其用于亚甲基蓝(MB)废水的处理,利用扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)、透射电镜(TEM)、全自动比表面及孔隙度分析仪(BET)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射图谱(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对nZVI@WSB进行了表征,并考察了其对MB的吸附性能。结果表明:nZVI@WSB的比表面积和孔容增大、稳定性和反应活性增强。在投加量1.0g/L和不调节溶液初始pH的反应体系中,MB的去除率随着初始浓度的增加而升高,而升温也有利于MB的去除。nZVI@WSB对MB的吸附过程分别符合准二级动力学方程、Langmuir和Redlich-Peterson等温方程。热力学研究表明,nZVI@WSB吸附MB是自发、熵增的吸热过程。

半导体光催化技术在太阳能利用和环境污染治理领域具有广阔的应用前景,钨酸铋(Bi₂WO₆)光催化剂作为一种新型可见光催化剂具有较窄的禁带宽度,对可见光有较好的响应能力。概述了Bi₂WO₆的结构,介绍了提升Bi₂WO₆光催化性能的改性方法,如形貌调控、离子掺杂、半导体复合、贵金属沉积等以及改性Bi₂WO₆在降解水中有机物的应用情况,总结了Bi₂WO₆光催化剂存在的问题以及改进方向。

分别采用Cu(NO₃)₂、H₂O₂和KMnO₄对椰壳活性炭进行改性,研究了活性炭微观结构、表面化学性质变化,及其对SO₂、NO_x等酸性腐蚀性气氛的吸附性能。结果表明,Cu(NO₃)₂改性活性炭比表面积显著降低,平均孔径有所下降,Cu(NO₃)₂微晶分布于活性炭表面及微观孔道内,表面以碳、铜、氧和氮元素为主。H₂O₂改性活性炭比表面积有所增加,平均孔径减小,H₂O₂与活性炭表层反应后起到刻蚀效应,引入丰富的微纳孔道结构,使其表面含氧官能团增加,氧元素含量提升。KMnO₄改性活性炭比表面积和平均孔径略微降低,KMnO₄与活性炭表层反应后含氧官能团增加,反应产物附着于活性炭表面,改变其微观结构。三种方式改性的活性炭对SO₂和NO_x吸附性能均显著提升,在给定浓度下,Cu(NO₃)₂改性活性炭吸附性能最优,对SO₂、NO₂和NO的吸附容量分别达到168.30、203.57和124.56mg/g。

为制备具有抗菌和导电性能的柔性电子器件,将多巴胺在碱性有氧条件下聚合在蚕丝织物表面,以硝酸银和吡咯为原料,通过氧化还原反应生成银和聚吡咯,得到具有高效抗菌活性和导电性的聚吡咯/银/聚多巴胺蚕丝织物。采用红外光谱、扫描电镜和X射线衍射对聚吡咯/银/聚多巴胺蚕丝织物表面形貌和结构进行分析。测试其表面热稳定性能和疏水性能。此外,通过抑菌圈的方法测试其表面抗菌性能,发现聚吡咯/银/聚多巴胺蚕丝织物可快速杀死金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。最后,利用四探针测试仪,探究了不同吡咯和硝酸银浓度对复合织物导电性能的影响。该蚕丝织物有望应用于柔性可穿戴电子器件和传感器等领域。

以九水合硝酸铁[Fe(NO₃)₃·9H₂O]和三聚氰胺为原料,采用热聚合法制备Fe-C₃N₄,通过X射线衍射、X射线光电子能谱对其进行表征。考察了光催化Fe-C₃N₄活化过硫酸钠(PS)去除苯酚的效果,并对铁掺杂石墨相氮化碳的制备条件进行了优选。结果表明:Fe-C₃N₄中存在Fe—N键,铁掺杂成功且合成良好,无任何杂质。相对于单独PS和g-C₃N₄+PS,Fe-C₃N₄+PS共同作用可高效去除苯酚,去除率可达到88.2%,苯酚去除效果随催化剂投加量的增大而提高。同时在过硫酸钠与苯酚的摩尔比为100∶1,Fe-C₃N₄催化剂浓度为2g/L,同时反应全程放置于250W高压钠灯下同步照射的条件下,Fe-C₃N₄焙烧温度580℃,焙烧时间4h,铁掺杂量5%时,体系对苯酚的去除率最高,反应240min达到97.4%。因此,铁掺杂g-C₃N₄明显改善了g-C₃N₄对可见光的利用率,对优化苯酚废水去除的效果明显。

以氮化硼(BN)、碳化硼(B₄C)、海泡石(SEP)、凹凸棒(ATP)、活性炭(AC)、多壁碳纳米管(MWCNT)和膨胀石墨(EG)作为支撑材料,聚乙二醇(PEG)作为相变主材,采用熔融共混法制备了PCM1—PCM7这7种成型复合相变材料。并对材料稳定性、升温速率和瞬态热导率进行测试。结果表明:PEG中添加7种支撑材料的最佳质量分数在7%～78%之间;材料泄漏率会随加热时间和温度增加而增大,线性拟合表明材料的泄漏率与加热时间存在一定线性关系(R²大于0.93);7种材料光-热转换时泄漏率在0.12%～1.13%;复合相变材料热导率比纯PEG提高了11.5%～620.0%之间。

为了探索市政生活污水处理厂剩余活性污泥资源化方式,以市政污泥为原料,采用热解法制备污泥基生物炭(SBC),探究SBC最佳制备条件以及对多环芳烃萘的吸附影响因素。结果表明:SBC的最佳制备条件为污泥粒径0.25mm,升温速率2.5℃/min,热解温度800℃,停留时间1h,在该条件下市政污泥的产炭率、产油率和产气率分别为61.36%、15.55%和23.09%;SBC对萘的最佳吸附条件为转速200r/min,温度35℃,投加量0.4g,在该条件下萘的去除率可达85.06%;SBC对萘的吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir等温吸附模型可以更好地描述SBC对萘的吸附。扫描电子显微镜和BET比表面积分析表明,SBC表面粗糙,具有丰富的孔隙结构,能有效吸附废水中的萘。

以偏钛酸、硝酸银、氯化钠为原料,在60℃水浴条件下,通过简便的化学沉淀法,以粉体H₂TiO₃为基底,在其表面合成并负载AgCl微粒,得到AgCl-H₂TiO₃抗菌剂。对抗菌剂性能研究发现,载银质量为1.5%的AgCl-H₂TiO₃的抗菌性能优异,对于大肠杆菌的杀菌率达100%,Ag⁺溶出浓度小于0.05mg/L,可在确保高效抗菌的同时满足国家生活饮用水卫生标准;分析可知,用作基底的H₂TiO₃对于Ag⁺的吸附容量约为40.2mg/g,且对于Ag⁺存在吸附及解吸附的动态平衡,这可能是保证AgCl-H₂TiO₃在抗菌过程中Ag⁺溶出不超标的原因。该研究可为家用净水器滤芯提供具有安全高效抗菌功能的抗菌材料。

尺寸小且光学性能良好的长余辉纳米颗粒(PLNPs)在生物医学领域中具有广泛的应用前景。目前,PLNPs一般需要通过高温煅烧获得,而高温煅烧会造成颗粒团聚、尺寸过大、不利于在生物医学领域应用。因此,发展尺寸小且余辉发光性能良好的PLNPs制备方法具有重要意义。采用溶剂热法,以油酸和十八烯为溶剂,甲醇(CH₃OH)为辅助溶剂制备了铬掺杂镓酸锌PLNPs(ZGC-CH₃OH),对ZGC-CH₃OH煅烧后进一步用乙二胺四乙酸二钠进行刻蚀获得ZGC-CH₃OH-EDTA。研究了CH₃OH和EDTA刻蚀效应对PLNPs尺寸大小、余辉发光性能以及晶体结构的影响。结果表明:该方法制备的PLNPs(ZGC-CH₃OH-EDTA)不仅尺寸小,而且具有很长的余辉时间,其平均粒径为11.12nm,最大余辉发射波长为696nm,NIR余辉时间超过120h。

通过溶胶-凝胶法和高温固相法,将负热膨胀材料ZrV₂O₇包覆在硅微粉表面。结果表明:负热膨胀材料ZrV₂O₇能有效地改善界面稳定性,提升循环性能。当与碳材料进一步结合,构建C-ZrV₂O₇复合包覆层时,发现负热膨胀材料和碳具有协同作用。C-ZrV₂O₇包覆层在循环过程中与硅结合得更紧密,从而有效地抑制了硅负极与电解液的反应。改性后的材料有更高的可逆比容量和循环稳定性,在0.1C的放电倍率下,循环120周后放电比容量仍能稳定在500mAh/g以上,接近于纳米硅材料,显示出一定的工业应用价值。

近些年,随着国内碳纤维复合材料模具需求的不断增长,国产工装预浸料的研发和应用备受关注。使用国产GE15环氧树脂基工装预浸料,进行环氧成型模的结构和铺层设计,并对生产工艺过程进行研究,成功完成了一套复合材料模具的试制。针对完成的环氧成型模进行气密性和型面精度实验,发现气密性满足模具30min内绝对真空变化值≤17kPa的要求;以母模实测模型为基准,环氧成型模的常温型面扫描数据范围最大为-0.2～0.214mm,相对精度较高,可以满足使用要求。

为研究环氧沥青的高温性能,制备了环氧树脂掺量不同的改性沥青进行动态剪切流变试验并探究了固化时间对环氧沥青流变性能的影响。结果表明,随着环氧树脂含量的增加及固化时间的延长,沥青的复数剪切模量G^*和车辙因子G^*/sinδ增大,相位角δ和蠕变变形量减小,这表明环氧树脂改性使沥青的刚性明显增强,有利于提高其抗车辙性能。基于分子动力学模拟了环氧沥青的流变行为,通过对内聚能密度(CED)、自由体积分数(FFV)和均方位移(MSD)的分析,揭示了环氧树脂改善沥青高温稳定性的内在机理。从宏观和分子尺度研究了环氧沥青的高温性能,为丰富环氧沥青材料的研究方法和评价手段提供了新的思路。

通过简单的水热反应制备了一种以铜为中心金属,以2-氨基对苯二甲酸为有机配体的金属有机框架材料(MOF)。用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、气体物理吸附仪和扫描电子显微镜等对其结构、形貌、比表面积等进行了表征分析。以Cu-MOF为活性材料构建电化学传感器,利用差示脉冲阳极溶出伏安法对样品中Pb²⁺进行检测,系统考察了沉积电位、沉积时间、pH、扫描速率等对目标物检测的影响。实验发现,在最佳条件下,Cu-MOF对3nmol/L～7mmol/L范围内的铅离子表现出良好的线性关系,Pb²⁺的检测限为0.025nmol/L。同时,还研究了传感器的抗干扰能力及对真实样品的检测效果。实验结果表明,Cu-MOF对Pb²⁺的检测显示出良好的灵敏度、选择性、再现性,以及较宽的线性检测范围和较低的检测限,是一种极具应用潜力的电化学传感器活性材料。

以基质沥青为原料,通过添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、国产高黏度添加剂HVA制备了适合排水路面使用的高黏度复合改性沥青,以60℃动力黏度为主要控制指标,通过正交试验确定了SBS、SBR、HVA的最佳掺量。采用因素水平法与极差分析相结合,研究了3种改性剂对沥青60℃动力黏度的影响规律;采用软化点差法评价高黏度复合改性沥青的热储存稳定性;采用动态剪切流变仪测定高黏度改性沥青的60℃零剪切黏度和高温下的车辙因子来评价沥青的高温稳定性能;采用弯曲梁流变仪测定高黏度改性沥青在低温下的蠕变速率来评价沥青的低温抗裂性能;通过傅里叶变换红外光谱分析高黏度复合改性沥青的改性机理;采用扫描电子显微镜观察改性剂的微观改性效果。结果表明,以质量分数5%的SBS、质量分数2%的SBR和质量分数10%的HVA复合而成的高黏度改性沥青黏度高、高低温稳定性能强,且满足热储存稳定性要求;SBS、SBR、HVA与基质沥青共混,既存在物理变化,又有化学反应的发生。