尖晶石型镍锰酸锂具有高工作电压、高安全性以及低成本等优点成为近年来锂离子电池正极材料研究的热点之一,但其自身存在Mn溶解导致结构破坏和循环性能衰减较快的缺点。重点阐述了通过晶型结构控制、离子掺杂和表面包覆等改性方法提高镍锰酸锂材料结构稳定性和循环性能的研究进展。最后,展望了镍锰酸锂材料未来研究的重点和发展趋势。

阳极材料是提高锂/钠离子电池电化学性能的关键因素之一。FeS₂因高理论容量890mAh/g、低成本等优点而受到广泛关注,但在充放电循环过程中体积膨胀率高、导电性差阻碍了其作为阳极材料的利用。复合化与纳米化是解决上述问题的有效途径。综述了近年来用于锂/钠离子电池阳极材料的FeS₂基复合材料的研究进展,并对FeS₂基阳极材料的发展趋势进行了展望。

硅具有极高的理论容量、较低的电压平台和丰富的自然资源,是最有潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料之一。但其电导率低,循环过程中体积变化大,难以直接作为负极材料。硅碳复合材料结合了硅的高比容量和碳的高电导率,同时确保电极的结构完整性。从维度结构、复合材料、应用性能等方面综述了近年硅基负极材料的研究进展,并对硅基材料面临的问题进行了简要总结,对其作为锂离子电池负极的研究前景进行展望。

石墨烯具有独特的二维片状结构,呈现出出色的化学惰性和抗渗透性。石墨烯薄膜及石墨烯有机聚合物均能表现出优异的防腐蚀能力,可作为一种海洋金属装备的新型防腐材料。综述了石墨烯薄膜和石墨烯/聚合物防腐机理,重点阐述了石墨烯薄膜及石墨烯/聚合物的制备方法和在金属表面防腐涂料中应用的研究进展,并对石墨烯在防腐涂料中的应用前景进行了展望。

传统钠离子电池常使用液体有机电解质,存在热失控等安全问题。而固态电解质具有高安全性和高能量密度,因而成为下一代储能设备材料最有潜力的候选者。金属有机骨架(MOFs)由金属节点和有机连接器构成,具有高孔隙率、高比表面积和有序孔道,是设计快速离子导电材料的一个很有前途的结构平台。基于MOFs结构的多样性和可修饰性,介绍几种导钠离子MOFs基固体电解质的研究设计,包括引入掺杂相应阴离子钠盐的离子液体或有机溶剂、钠化处理、枝接与电解质离子相互作用的官能团和与聚合物复合的杂化材料。

目前,能源开发和环境问题面临诸多挑战,努力开发基于绿色和可持续资源的超级电容器成为研究关注的焦点。电极材料是储能器件储能能力和循环寿命等电化学性能重要的影响因素之一。气凝胶作为一种轻量、高孔隙率的材料,被广泛应用于超级电容器的电极材料。纳米纤维素基气凝胶电极因其优异的电化学性能和可持续性引起了研究人员的兴趣。就纳米纤维素基气凝胶电极在超级电容器领域的研究现状进行了综述并介绍了纳米纤维素基气凝胶电极发展面临的挑战和未来发展的方向。

过氧化氢(H₂O₂)作为一种环境友好型材料近年来备受关注,光催化作为一种潜在的技术用于H₂O₂生产时,不仅可以方便地将太阳能转化为化学能节约能源,而且在环境治理方面具有重要作用。与传统催化剂相比,共价有机框架(COFs)材料作为一种有机光催化剂,在可见光捕获、多孔结构、光化学稳定性和疏水性等方面具有明显的优势,其多孔结构不仅为催化反应提供了丰富的活性位点,还可以在多次循环后保持原始结构。更重要的是COFs材料设计的灵活性和合成方法的多样性,不仅可以预先设计明确的功能化结构用于光催化反应,还可以修饰功能化基团用于提高性能。介绍了光催化产H₂O₂的反应机理及检测H₂O₂的常用方法,综述了COFs材料在光催化产H₂O₂方面的优势以及提高COFs材料催化性能的方法。

为了提高静电纺纳米纤维纱线的制备效率和力学性能,以拓宽纳米纤维纱线的应用,对静电纺纳米纤维纱线的种类与制备方法以及在智能可穿戴领域的应用进行了归纳和总结,并分析了不同制备方法的优缺点,最后对静电纺纳米纤维纱线的未来发展趋势进行了展望。

电气石是我国储量丰富的天然矿物,其具有表面极化、自发电场、发射远红外辐射的性质,并且随着温度和所受应力的变化电场强度会随之改变,因而易于电离空气中的氧气分子和水分子,产生负离子,负离子可以沉淀空气中的灰尘、细菌、使冠状病毒失活并且能够促进人体血液循环。超细电气石(电气石粉碎制备的粉末)可以进一步使其功能性得到提高,得益于净化环境和对人体健康有益的特性,电气石成为了近年来功能性复合材料研究的热点。综述了超细电气石表面改性处理的研究现状,总结了超细电气石复合材料常用的制备方法以及在光催化、抗菌、生态环境等领域的应用进展,分析了不同改性方法和制备方式对于超细电气石复合材料的优势与不足,包括机械球磨法、溶胶-凝胶法、水热/沉淀法以及直接共聚法。并对超细电气石复合材料未来的发展方向进行了展望。

聚氨酯硬质泡沫塑料是一种综合性能优异的功能材料,应用十分广泛。近年来,随着环保标准与防火要求的提高,与聚氨酯硬质泡沫相关的研究取得了可喜的成果。为了给后续研究提供参考,对比分析了氯氟烃、戊烷等物理发泡剂和全水化学发泡对阻燃的影响,介绍了阻燃聚氨酯硬质泡沫的发展概况,梳理了无卤阻燃聚氨酯硬质泡沫的阻燃机理,综述了阻燃聚氨酯硬质泡沫在重点领域的应用进展情况。

构建多模式纳米药物体系是提高抗肿瘤靶向性治疗效果的有效手段之一,能够克服传统化疗单一模式的局限性,并降低对人体的毒副作用。二氧化锰(MnO₂)作为过渡金属氧化物,因其性质优越已广泛应用于生物医学领域,尤其是在调节肿瘤微环境方面更显示出了独特的优势。总结了应用于抗癌领域中MnO₂纳米材料的制备方法;阐述了MnO₂纳米材料在肿瘤微环境调节以及药物递送系统中的应用;最后,展望了MnO₂纳米材料在构建抗肿瘤药物体系及其在抗癌应用中的发展方向以及面临的挑战。

近年来,Mxene由于其优秀的导电性、较高的离子迁移率,合适的带隙等等诸多优势,已被广泛应用于诸多领域。在光催化领域,Mxene可作为一种优秀的助催化剂大幅提高光催化剂的性能。介绍了Mxene的主要合成方法及产氢机理,着重介绍了其在光催化产氢领域的发展,并对Mxene材料在光催化领域的发展进行了展望。

5-羟甲基糠醛(5-HMF)被认为是可由生物质原料制备、最具价值和潜力替代石化工业中基础化学品的生物基化合物,可用来制备诸多高附加值的化学品。金属-有机框架化合物(MOFs)具有独特的孔结构和极高的催化性能,在生物质催化转化领域拥有潜在应用价值。介绍了5-HMF的性质、用途及MOFs的合成和应用,综述了生物质制备5-HMF的主要途径以及MOFs在制备5-HMF中的应用进展,并展望了未来的研究方向。

基于壳聚糖纳米复合抗菌材料在食品包装中的应用潜力,介绍了壳聚糖薄膜材料的制备方法,综述了壳聚糖与银纳米粒子、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、碳酸钙等纳米材料复合制备复合抗菌材料的研究进展,指出壳聚糖是性能优异的食品包装材料,但是壳聚糖复合薄膜还存在机械强度低、阻隔性能差、抗氧化性弱和水溶性差等缺点。溶液流延法是简单方便且使用广泛的制备壳聚糖复合薄膜的方法;层层挤出法制备的壳聚糖复合薄膜具有良好的机械性能和热稳定性;与纯壳聚糖薄膜相比,壳聚糖与纳米材料复合制备的复合薄膜具有更好的抗菌性能。未来应加强对壳聚糖纳米复合食品包装抗菌材料安全性以及制备方法的研究,推动壳聚糖纳米复合材料的规模化生产和在食品包装中的应用。

采用八氨基苯基聚倍半硅氧烷(OA-POSS)对Al₂O₃微球表面进行修饰,再将改性Al₂O₃均匀分散在以氢化均苯四甲酸二酐(HPMDA)、4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为单体制备的无色透明聚酰亚胺(CPI)薄膜中。通过傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计、导热系数测试仪、热重分析仪等对透明复合薄膜进行表征。结果表明:透明复合薄膜在保持良好机械性能的同时(拉伸强度在92MPa以上),在可见光区仍拥有较高的透光率(透光率超过82%),而且在低Al₂O₃负载量下,透明复合薄膜的热稳定性、导热性能得到明显改善;制备的透明复合薄膜可作为柔性显示器件的衬底材料以及电子封装材料。

电化学聚合发光薄膜虽已成功应用于有机电致发光器件中,但其发光性能仍与旋涂薄膜和蒸镀薄膜相距甚远。因此,提高电聚合发光薄膜的发光性能仍然是一个艰难的挑战。电化学共聚合是提高薄膜发光性能的有效方法。以DBTSo和TCSoC作为主体分别与TCBzC客体共聚合,共聚合后薄膜的平整性和致密性都得到了改善。DBTSo结构与TCBzC相差较大,形成的共聚合薄膜发光性能较差。TCSoC的结构与TCBzC相似,共聚合发光器件的最大发光亮度为2300cd/m²,最大发光效率为2.06cd/A。与TCBzC器件相比,最大亮度提高了88%,最大效率提高了1.67倍,为电化学聚合发光薄膜性能的提升提供了一个选择方案。

以柠檬酸、尿素和丙烯酰胺为前驱体,制备了具有高稳定性的氮掺杂荧光碳点油墨应用于防伪包装。首先以柠檬酸、尿素为前驱体,采用水热法在180℃条件下反应6h,制备氮掺杂碳点(记作NCDs-1);然后以柠檬酸、尿素和丙烯酰胺为前驱体制备氮掺杂碳点(记作NCDs-2);将NCDs-1、NCDs-2分散在水中制备了氮掺杂荧光碳点油墨。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、荧光光谱仪等对样品的形貌、结构和表面元素组成、荧光性能进行了表征并考察了不同环境下油墨的稳定性。结果表明:NCDs-2粒径分布在2～9nm之间,在水中分散均匀;氮掺杂碳点的最佳激发波长为370nm,最佳发射峰位置在450nm;在无荧光背景的纤维素纸基上油墨表现出良好的稳定性,且在紫外光照射下发出明亮的蓝色荧光;以柠檬酸、尿素、丙烯酰胺为前驱体制备的氮掺杂荧光碳点油墨稳定性良好,可用于香烟盒的防伪包装。

近年来,稀土材料因其独特的上转换光致发光特性备受关注。采用共沉淀法制备了掺杂Yb³⁺和Er³⁺的YF₃上转换发光材料。为了提高晶体结晶度和消除氧杂质的影响,采用500℃高温和HF/H₂气氛进行脱水除氧处理。通过X射线衍射(XRD)、氧分析仪、红外吸收光谱和荧光光谱等手段进行全面表征。结果表明:经过HF/H₂气氛高温脱氧处理的样品具有更高的结晶度和更优异的发光性能,表现出更高的量子产率。揭示了氧杂质对 YF₃∶Yb³⁺,Er³⁺上转换发光材料性能的负面影响,而采用高温HF/H₂气氛处理是提高发光性能的有效途径,为类似发光材料的研究提供了新思路。

使用高效分级的半导体光催化剂进行光催化分解水产氢是解决目前面临的能源和环境危机的一个很有前景的策略。在这项工作中,通过阳极氧化法和NaBH₄氢化还原TiO₂纳米管阵列以及溶热法设计并制备立方稳态闪锌矿CdS NPs修饰于黑色Ti³⁺/TiO₂纳米管的三元复合光催化剂。从扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)的分析结果中可以确认CdS NPs在Ti³⁺/TiO₂纳米管中的负载情况。样品BTC-1∶1表现出较高的催化性能(氢气生成率为2.77mmol/(g·h),明显高于B-TiO₂和CdS,分别约13倍和3.6倍)。构建异质结可以拓宽可见光的响应范围,也可以分离电子-空穴对,同时保留较高的电子-空穴氧化还原电位用于光催化反应。该研究为制备高效光解水产氢材料提供了合理的设计。

以柚子皮为原料、采用水热浸渍法在氢氧化钾活化作用下制备得到柚子皮基生物质活性多孔炭材料。然后以乙醇和水作为溶剂,采用水热法将柚子皮基活性炭与氧化石墨烯进行复合,通过红外、扫描电镜、热重分析等方法表征了复合活性炭的化学结构和微观形貌,最后采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗测试等方法对柚子皮基复合活性炭电极的电化学性能进行了比较。结果表明:800℃活化1h和1.0A/g的条件下得到活性炭电极材料比电容可达218.6F/g,说明该活性炭材料具有优异的电化学性能,有望应用于超级电容器领域。

制备了不同支化度的超支化聚酯修饰碳纳米管,采用傅里叶红外光谱及透射电镜表征手段对其微观结构进行了分析。结果表明:超支化聚酯接枝到碳纳米管表面,不同支化度的超支化聚酯在碳纳米管表面形成了一层包裹层,并使碳纳米管的管径增加。随后制备了超支化聚酯修饰碳纳米管增韧环氧树脂复合材料,通过光学显微镜分析,证明超支化聚酯的接枝修饰显著地提高了碳纳米管在环氧树脂基体的分散性;通过动态热机械性能测试(DMA)及力学性能测试,发现超支化聚酯修饰碳纳米管的加入促进了环氧树脂体系的链段运动,在提高环氧树脂的韧性方面表现出较好的效果,且随着超支化聚酯的支化度越高,环氧树脂的增韧性能越好。

以氮化硼为原料,用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对其进行氨基化改性,利用水解产生的硅羟基和氮化硼烯表面的含氧官能团进行缩合反应后,得到改性导热填料。将其与水性聚氨酯乳液原位聚合,制备改性氮化硼/水性聚氨酯复合乳液,室温干燥成膜后得到胶膜样品。分析了填料含量对复合胶膜结构、机械性能、导热性能和热稳定性等性能的影响,并分析其作为热界面材料的散热效果。结果表明:改性后的胶膜拉伸强度、断裂伸长率、导热性能和热稳定性都能得到明显的提升。当填料质量分数为15%时,复合胶膜较纯胶膜热源温度降低了2.2℃,界面间传热效率得到提高。

高黏尼龙66在力学性能、化学稳定性等方面均优于一般尼龙66,具有广阔的市场空间和发展前景。采用分段滴加的方法制备出了高纯度的尼龙66盐,探究了预缩聚温度、预缩聚时间、预缩聚压力、盐溶液pH以及催化剂用量对尼龙66聚合过程及相对黏度的影响,确定了生产高黏尼龙66的工艺条件为预聚温度210℃、预聚时间1h、预聚压力1.8MPa、尼龙盐液pH为7.7、催化剂用量0.1%。所合成的尼龙66的黏度可在2.8～4.7间调节,该高黏尼龙66综合性能优异,热稳定性好,耐磨损,能够满足高黏工程用尼龙66的使用要求。

采用可生物降解的聚乳酸(PLA)制备多孔纳米纤维膜用于油水分离,以多孔PLA为壳、聚氨酯(PU)为核借助同轴静电纺丝制备PLA/PU同轴纳米纤维油水分离膜,改善力学性能,提高复用性。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)等手段考察膜材的形貌特征、力学性能和复用性。结果表明:PU的引入提升了纳米纤维膜的力学性能,PLA/PU14%浓度的同轴多孔纳米纤维膜可使油水分离效率达到94.12%;经油水分离后的纯PLA纳米纤维膜的力学性能与分离效率出现下降,而纯PU与PLA/PU纳米纤维膜却有所提高,使用5次后的PLA/PU14%分离效率最好,达到了94.72%。PLA/PU同轴纳米纤维膜有效提高了油水分离的分离效率和膜材的可复用性,具有良好的应用前景。

将纳米纤维素(CNF)与Ti₃C₂T_x MXene按不同的质量比制备气凝胶。结果表明:复合气凝胶形成了泡沫状的三维分层结构,MXene的层间距得以扩大,其中丰富的孔道加速了离子的传输,较大的比表面积为电化学反应提供了更多的活性位点。当纳米纤维素/MXene质量比为1∶5时,该N₁M₅气凝胶电极的电化学性能最佳。N₁M₅气凝胶电极在0.5A/g时,比电容为208F/g,当电流密度增加至10A/g时,显示出85.1%的高容量保留率。在5A/g下充/放电10000次后,容量保持率高达97.3%,循环性能优异。

钒氧化物及其复合材料是一种理想的锂离子电池电极材料。使用一步水热法合成了碳微球/多孔VO₂(B)复合材料,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电池测试系统对该复合材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征测试。结果表明:碳微球/多孔VO₂(B)复合材料由无定型碳微球和由柔性弯曲的VO₂(B)纳米条自构筑的多孔VO₂(B)复合而成,当电流密度分别为0.5A/g、1A/g、2A/g和5A/g时,其放电比容量可分别达到748.4mAh/g、612.2mAh/g、457.5mAh/g和359.6mAh/g,经250次循环,其容量保持率可达90.7%(在5A/g时)。

为探究降低二氧化硅气凝胶体积密度的有效途径,以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)为硅源合成有机硅氧烷气凝胶,基于Box-Behnken Design响应面设计方法,分析MTMS/DMDES摩尔比、H₂O/Si摩尔比、氨水浓度这3个因素及其交互作用对气凝胶体积密度的影响机理与规律,得到最佳制备工艺条件。制备低密度有机硅氧烷气凝胶的最佳工艺条件为MTMS/DMDES摩尔比6/4,H₂O/Si摩尔比25,氨水浓度1mol/L。在此优化条件下,气凝胶体积密度为0.148g/cm³,与理论值基本吻合。研究结果表明:各因素对气凝胶体积密度的影响主次顺序为氨水浓度、MTMS/DMDES摩尔比、H₂O/Si摩尔比;气凝胶由球形粒子连接组成,粒径为3～4μm;平均孔径约为7.03μm;气凝胶具有良好的疏水性、抗压缩性和热稳定性,接触角高达146.2°,60%应变时应力为25.4kPa,热分解温度达到389.2℃,导热系数为0.0564W/(m·K)。

基于航空航天热防护技术对多功能隔热材料的需求,制备了由力学缓冲层、高温隔热层和核心隔热层构成的功能梯度复合材料,材料应力适应性强、耐温性高、隔热性能优异。通过模拟计算的方法对复合材料的隔热性能进行研究,结果表明,30mm厚的复合材料在1000℃、1000s的热载荷下隔热性能优异,各功能层厚度影响复合材料的传热背温。随着力学缓冲层/高温隔热层相对厚度的增大,复合材料背温和核心隔热层热面温度均增大,由于核心隔热层耐温极限的限制,力学缓冲层厚度最大为12mm,此时复合材料背温为26.10℃。力学缓冲层/核心隔热层、高温隔热层/核心隔热层相对厚度增大时,复合材料背温增大,核心隔热层热面温度减小,力学缓冲层的厚度最小为6mm,此时复合材料背温为20.21℃,高温隔热层的厚度最小为10mm,此时复合材料背温为22.58℃。

采用溶剂热和离子交换两步实验法,以YVO₄为无机基质,2-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)为有机配体,构建了具有核壳结构的YVO₄∶Eu³⁺@YVO₄∶Eu³⁺-TTA稀土杂化发光材料,研究了其高效的发光性能和内部的能量传递机制。结果表明,在621nm的监控波长下,YVO₄∶Eu³⁺@YVO₄∶Eu³⁺-TTA稀土杂化发光材料在280～420nm范围内有两个很强的吸收峰(即V-O峰和TTA特征吸收峰)。YVO₄基质通过交换作用能量传递,而TTA有机配体通过分子内能量传递,可将吸收的紫外光能量有效地传递给Eu³⁺,从而实现了Eu³⁺更高效的可见光(红光)发射。

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWP)表面光滑且由于特殊的分子结构使得表面化学活性较低,在与各种基体制备复合材料时难以得到理想的层间力学性能。为改善UHMWPE纤维与阻尼材料丁腈橡胶(NBR)之间的界面结合性能,首先使用酸性高锰酸钾溶液对UHMWPE纤维液相进行氧化,在纤维表面引入极性含氧基团;然后以乙烯基三甲氧基硅烷(A171)作为中间偶联层在UHMWPE纤维上接枝氧化石墨烯(GO),制备出GO功能化 UHMWPE纤维,使得纤维表面粗糙且极性显著提高,改善了UHMWPE纤维与NBR之间的层间性能。借助分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)构建各材料模型,从结合能、自由能等微观角度预测实验方案的可行性,并根据模拟结果制作实验试件,最后通过红外光谱分析、电子显微镜、H抽出、层间剪切实验来测试表征试件性能。模拟与实验结果表明,经改性处理的UHMWPE纤维分子短链与NBR分子间结合能提高了4.785kcal/mol;UHMWPE纤维从NBR中抽出的H抽出力提高了67.3%;使用改性后纤维制作的嵌入式共固化阻尼复合材料板阻尼层的层间剪切力提高了43.2%。

为了发展新型固化粘合剂,以端羟基聚丁二烯(HTPB)和丙烯酰氯为原料,经过酰化反应制备出端丙烯酸酯基聚丁二烯(ATPB),通过红外光谱、核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱对ATPB的结构进行了表征,采用锥板黏度计研究了其黏度,DSC测定了其玻璃化转变温度,考察了ATPB与含能材料的相容性。结果表明,酰化反应后,HTPB的端羟基吸收峰完全消失,出现了丙烯酸酯基团的特征峰,聚丁二烯分子链未发生断裂,获得了目标化合物;ATPB的玻璃化转变温度为-83.61℃,25℃时黏度为10.10Pa·s;ATPB与高氯酸铵(AP)、黑索今(RDX)相容性好,预期在复合推进剂中具有良好的应用前景。

采用热重-差热分析仪研究DAPCO 2200、3M-AC-380两种密封材料在氮气氛围、不同升温速率条件下的热解特性规律。结果表明:在氮气氛围下,DAPCO 2200密封胶、3M-AC-380密封胶的热解均有2个阶段,热解过程中二者的初始温度相差较大;终止温度均随升温速率的提高向高温方向移动;热解速率、质量损失速率随着升温速率的提高而增大。热解动力学分析表明,在热解反应开始阶段表观活化能相对较小,热解速度相对较快;随着转化率的升高,表观活化能变大,材料热解速度降低。采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法计算表观活化能,DAPCO 2200密封胶表观活化能平均值分别为109.08kJ/mol、144.88kJ/mol,3M-AC-380密封胶表观活化能平均值分别为99.43kJ/mol,81.71kJ/mol。DAPCO 2200密封胶2个阶段的初始分解温度、最终分解温度以及最大质量损失速率温度均高于3M-AC-380密封胶,表明DAPCO 2200密封胶的热稳定性较好。

以丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)为聚合单体,亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,安息香异丙醚为光引发剂,采用紫外光辐射聚合法合成了P(AA-MA)高吸水树脂。讨论了AA中和度、MA氨化度、单体质量比、交联剂的使用量等因素对吸水树脂吸水性能的影响。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TG)对树脂的分子结构、微观形貌和热稳定性进行了表征。结果表明,优化实验条件下所制备的高吸水树脂在蒸馏水中的最大吸水倍率为1112.5g/g,在0.9%盐水中的最大吸水倍率为100.8g/g。

以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(PEO-PPO-PEO,记作P123)为结构导向剂,正丁醇为溶质,甘油为碳源,硅酸四乙酯为硅源,通过水热软模板法合成了具有立方双连续结构(Ia3d)的三维有序介孔碳(GOMC),研究了碳化温度对其结构、比表面积和孔径的影响。结果表明:碳化温度为700℃和800℃时,GOMC比表面积高达909m²/g和908m²/g,并且具有较好的热稳定性。

以四氯化钛为钛源,通过改变氢氟酸(HF)用量、水热反应温度和时间调控TiO₂的晶相组成,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子顺磁共振(ESR)、红外光谱(FT-IR)和紫外-可见光光谱(UV-Vis)等手段进行表征,以罗丹明B为模型污染物,对比研究了表面氟化锐钛矿TiO₂与金红石/锐钛矿混合晶相TiO₂光催化性能及反应机制。结果表明:混合晶相有利于电子和空穴共同参与光催化反应,从而更有利于提高光催化性能;表面氟化锐钛矿TiO₂能抑制电子的作用,导致其催化活性弱于混合相TiO₂。这为高活性TiO₂光催化剂的制备提供了一种新思路。

碳纤维具有低密度、高模量及高力学强度等优势,是常见的复合材料增强体。通过表面改性的方式,实现碳纤维表面纳米碳材料的有效复合,可获得更优的材料性能。而目前常见的制备方法,可能存在催化剂引入过程损伤纤维、反应时间长等缺点。因此,探索工业化大规模负载纳米尺度碳材料的制备工艺十分必要。采用商用镀镍碳纤维为原料,通过调节化学气相沉积法(CVD)参数,实现不同形貌碳纳米纤维(CNFs)在镀镍碳纤维表面的有效负载,通过SEM、EDS和TEM等表征方式,结合扩散理论和V-S-L模型,分析催化剂厚度对催化剂形态的影响及CVD参数对各形貌产物的影响机理。结果表明,当催化剂层较厚时,催化剂以连续的片状形态存在,主要控制因素为热失配而非表面张力。H₂比例较高时,反应以扩散为主导,形貌趋向于催化剂位于中间的粗大CNFs阵列;H₂比例较低时,反应以催化为主导,形貌趋向于具有夹层的CNFs团簇。

以交联剂双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和己二酸二酰肼(ADH)对丙烯酸树脂进行交联改性,得到一种环保水性低温自交联丙烯酸树脂(DAAM-ADH-ACR),探究了DAAM用量对DAAM-ADH-ACR结构和性能的影响。并将DAAM-ADH-ACR制成水性油墨后,测试其水性油墨性能。红外光谱(FT-IR)测试表明:合成了酮肼低温自交联型丙烯酸树脂(DAAM-ADH-ACR);粒径分布(DLS)测试表明:随着DAAM用量的增加,DAAM-ADH-ACR乳液的粒径逐渐增大;接触角(CA)及表面张力(γ)测试表明:DAAM用量对DAAM-ADH-ACR接触角及表面张力的影响较小;力学性能测试表明,随着DAAM用量的增大,DAAM-ADH-ACR的拉伸强度先增大后降低;水性油墨性能测试表明:随着DAAM用量的增加,DAAM-ADH-ACR水性油墨的耐揉搓性、抗粘连性和附着力性能均呈现先上升后下降的趋势。当DAAM用量为3%时,DAAM-ADH-ACR水性油墨性能最佳,其彻干时间为1min 23s,耐揉搓次数达61次,抗粘连性89.06%,附着力等级为2级。

通过一步水热法制备了不同Ag掺杂量(质量分数分别为2.5%、5%和10%)的Ag/SnO₂纳米花复合材料。采用X射线粉末衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对样品进行结构和形貌表征,结果表明,所制备的Ag/SnO₂复合材料是纳米片自组装的花状结构。气敏性能测试表明,Ag/SnO₂复合材料对乙醇展现出良好的选择性。在350℃的工作温度下,Ag/SnO₂纳米花复合材料对乙醇气体具有较高的灵敏度,比纯SnO₂材料响应更快,且随着Ag掺杂量的增加而提高。2.5% Ag/SnO₂对100×10^-6乙醇的响应时间约1s,恢复时间约2s,循环测定5次后仍具有较高的稳定性。Ag掺杂SnO₂纳米花传感器可为检测乙醇气体提供有益的参考。

生物炭是生物质在缺氧条件下热解产生的一种富含碳固体物质,特点为疏松多孔、比表面积大且表面富含酚羟基、羧基和氨基等多种官能团。同时,生物炭是一种廉价易得、性能优良的吸附材料,因其环境友好、来源广泛,在污水处理领域具有广泛应用。分析了生物炭对水中污染物的吸附机理,重点阐述了TiO₂、磁性氧化铁、MnO₂以及其他氧化物等金属氧化物基生物炭复合材料在污水处理领域中的应用现状、循环利用以及再生性能,最后展望了金属氧化物基生物炭复合材料的发展前景。

以丙烯酸二甲氨基乙酯为单体、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂,通过悬浮聚合法制备出叔胺树脂(TAR),然后经H₂O₂改性得到氧化叔胺型树脂(TAOR)。采用场发射扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附-脱附曲线和热重(TG)等技术手段对其结构进行了表征。以刚果红(CR)为模型对象污染物,并通过正交试验对TAOR最佳合成工艺进行了优化研究,同时,研究了TAOR投加量、溶液pH、离子强度和共存组分等因素对水中CR吸附性能的影响,并对其吸附过程中吸附动力学模拟。结果表明:CR的吸附量随着pH和离子强度的增加而减少,共存离子和腐殖酸对TAOR树脂吸附CR有一定的抑制作用。CR在TAOR上的吸附过程符合拟二级动力学吸附模型,Langmuir等温吸附符合模型可以很好地描述TAOR对溶液中CR的吸附过程,最大吸附量为101.9mg/g(pH=6.0和25℃)。吸附热力学结果表明,CR在TAOR上的吸附是一个自发的物理吸附过程,其吸附机制单层子化学作用控制机制。FT-IR和X射线光电子能谱技术(XPS)结果进一步显示,TAOR上的氧化胺结构参与CR吸附。脱附再生实验发现,1.0mol/L NaOH溶液脱附效果最优,经5次循环再生使用,TAOR的吸附性能没有明显下降。

选用聚己内酯为预聚物,炭黑(CB)纳米颗粒作为光响应功能性填料,通过溶液聚合制备了一种光热双响应形状记忆聚氨酯(SMPU)/CB纳米复合材料。利用IR、SEM、DSC和DMA对其结构、形貌、热学性能和形状记忆性能进行表征。研究结果表明,SMPU/CB纳米复合材料展示出优异的形状记忆性能,其形状固定率和形状回复率均在97%以上。此外,由于CB的光热效应,SMPU/CB纳米复合材料在红外光的照射下具有快的响应速度及大的弯曲变形角度,在航空航天、智能驱动等领域具有潜在的应用前景。

针对有机污染物废水排放对生态环境带来的严重危害问题,通过在氩气(Ar)条件下煅烧钛基金属有机框架[MIL-125(Ti)],制备了具有金红石和锐钛矿混合晶型的介孔圆盘状TiO₂附着的碳骨架(TiO₂/C)。利用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)及紫外-可见光(UV-Vis DRS)等手段对TiO₂/C进行表征,并研究了C骨架的引入对TiO₂光催化性能的影响。结果表明:在一定温度和气氛条件下煅烧MIL-125(Ti),衍生得到的TiO₂/C具有较大的比表面积(199.8m²/g)和适当的微孔与中孔比,C骨架支撑可有效地增强TiO₂表面光生电荷的分离和迁移速率,抑制电子-空穴对(e^-/h⁺)的再结合,从而促进TiO₂在可见光照射下的催化活性。与MIL-125(Ti)和TiO₂相比,TiO₂/C表现出显著提高的光催化降解罗丹明B(RhB)效率,同时具有良好的光催化活性稳定性。

丝素蛋白(SF)具有优良的生物相容性、生物可降解性,在生物医学领域有着广泛的应用。纳晶纤维素(NCC)来源于纤维素,具有高强度、大比表面积的优良性能,应用在复合材料、生物医药等多个领域。以SF为基材,NCC作增强剂,纳米Ag作抗菌剂,制备了一种具有抗菌性能和一定机械强度的SF/NCC载Ag共混膜。对所制备膜的形貌、结构、力学性能、抗菌性能等进行表征与分析。结果表明,SF/NCC载Ag纳米纤维膜具良好的机械强度和一定的抗菌性能,在医疗和包装材料等方面具有潜在的应用价值。

以气相二氧化硅作为多孔吸附材料,对十二水磷酸氢二钠/五水偏硅酸钠/十水碳酸钠低共熔相变材料进行封装,通过控制气相二氧化硅含量,制备出不同吸附量的气相二氧化硅/三元无机水合盐定型相变材料。通过差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和热重分析仪等多种测试手段,对定型相变材料的性能和结构进行表征。研究结果表明:气相二氧化硅的最佳含量为25%(质量分数),该条件下定型相变材料相变焓为95.96J/g;三元无机水合盐相变材料与气相二氧化硅只是单纯的物理混合,并未发生化学反应产生新物质,制备的定型相变热稳定性较好。

以盐酸多巴胺为单体,在三羟甲基氨基甲烷溶液中聚合,合成了聚多巴胺纳米球(PDANSs)。采用扫描电镜和透射电镜对PDANSs进行了形貌表征,PDANSs直径为200～300nm。将制备的PDANSs在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中超声,通过静电作用得到复合物(PDANSs/CTAB),并将复合物分散液滴涂在电极表面得到PDANSs/CTAB修饰电极。将PDANSs/CTAB修饰电极用于溶液中亚硝酸盐的富集,对电极上富集的亚硝酸盐含量用差分脉冲伏安法进行了测定,构建了亚硝酸盐电化学传感器。该传感器检测亚硝酸钠的线性范围为0.2～2000μmol/L,检出限为0.08μmol/L,且具有较好的重现性和稳定性。将该传感器用于腌制肉样品中亚硝酸盐的检测,回收率范围为98.1%～104.0%,说明此方法准确度很好,该传感器能用于腌制肉样品中亚硝酸盐的分析。

采用热分析方法研究了CCF800S/8210双马来酰亚胺树脂基复合材料的固化工艺参数与耐热性能的关系。结果表明,在250℃以内,随着固化温度的增加,CCF800S/8210双马来酰亚胺树脂基复合材料的耐热性能提高,玻璃化转变温度从310℃提高到350℃。进一步考察了该复合材料在室温和250℃时的力学性能,发现在250℃下力学性能保持率大于51%。因此,该双马来酰亚胺树脂基复合材料体系作为结构材料在航天航空领域有着潜在的应用价值。

为了提高超疏水涂层的稳定性,构筑良好的界面是关键。本研究选取并制备了一种硅烷偶联剂改性的SiO₂纳米粒子(KH570-SiO₂),不仅能在聚二甲基硅氧烷(PDMS)分散液中良好分散,还能与PDMS链之间通过共价键链接;通过一步喷涂并完全固化后在玻璃表面构筑了一个改性SiO₂/PDMS超疏水涂层。利用扫描电镜、红外光谱、接触角等多种方式对改性SiO₂/PDMS涂层的形貌、结构及表面性质进行分析;并通过划格法、砂纸摩擦及胶带剥离实验对SiO₂/PDMS涂层的机械稳定性进行评价,最后探讨了涂层的稳定性机制。结果表明,改性SiO₂/PDMS涂层具有优异的超疏水性及机械稳定性。本研究为在材料表面构筑稳定的超疏水涂层提供了一种新方法,有望扩展材料在自清洁、防腐涂层、管道运输、油水分离等领域的应用。

采用水热法和液相沉积法制备了一系列环境友好型多彩近红外反射颜料,结构通式为HGM/BiFe_1-xAl_xO₃(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和UV-Vis-NIR分光光度计对颜料的结构、形貌和光学性能等进行表征。结果表明,制备的BiFe_1-xAl_xO₃均匀的沉积在中空玻璃微球(HGM)的表面,随着Al³⁺掺杂的增多,颜料的禁带间隙从1.81eV增加到2.02eV,粉末颜色由红棕色变为黄色,颜料的近红外反射率最高达87.16%。由其制备的涂层反射率高于类似颜色常规涂层的反射率,而且颜料具有良好的化学稳定性。因此,这些颜料有望作为“冷”颜料在建筑隔热等涂料方面应用。

为解决聚氨酯改性沥青混合料水稳定性不良的缺陷,通过浸水马歇尔试验、冻融循环条件下的劈裂试验、低温弯曲试验,研究不同玄武岩纤维掺量下聚氨酯改性沥青混合料的抗水损害能力。结果表明:在冻融循环作用下,玄武岩纤维降低了沥青混合料水损作用造成的空隙率变化,增强了沥青间的粘附性,当纤维掺量为0.3%时,其提升作用最强,残留稳定度和劈裂强度比分别提升了10.9%、32.3%,有效降低了冻融循环引起的弯拉强度与弯拉应变的下降速率,增强沥青混合料之间的粘结力,聚氨酯沥青混合料的水稳定性能得到提高。