电子设备和器件的过热问题已严重影响其稳定性、可靠性和使用寿命,热界面材料对于降低电子设备和器件的工作温度至关重要。聚合物与石墨烯复合制备的高导热性能热界面材料广泛应用于消费电子产品、信息技术、医疗设备等方面。在阐述聚合物热界面材料导热机理的基础上,总结了石墨烯的本征特性对聚合物/石墨烯热界面材料导热性能的影响,重点介绍了提高聚合物/石墨烯热界面材料导热性能的方法,最后展望了该材料的发展方向。

酚醛树脂基烧蚀材料作为航天、军工等领域应用最广泛的烧蚀材料之一,以优异的性能及低成本、制备周期短等优点备受关注。随着航天技术的发展,为满足日益复杂化和严苛化的飞行器热防护需求,国内外均开展了大量研究工作。重点从基体、填料、增强纤维3个方面对国内外酚醛树脂基烧蚀材料的发展现状进行了综述,展望了酚醛树脂烧蚀材料未来的发展趋势并提出一些发展建议。指出应完善烧蚀材料烧蚀机理,探究不同组分多尺度协同改进及其结构一体化设计以提高材料的综合性能;优化材料制备工艺和改善材料的循环利用,实现绿色可持续发展。

超级电容器的电解质包括水系、有机体系、离子液体、(准)固态以及氧化还原电解质。其中,离子液体凭借宽电化学窗口和“可设计性”在超级电容器电解质开发中受到广泛关注。综述了近年来离子液体在液态、(准)固态和氧化还原电解质中的研究进展,并展望了未来离子液体在超级电容器电解质开发中的发展方向。

由活性炭、生物质炭、石墨烯、碳纳米管和介孔碳等碳基材料作为纳米零价铁(nZVI)载体的环境功能复合材料具有高孔隙率、大比表面积、强吸附性和还原性等特点,被广泛应用于有机污染物和重金属的去除。综述了液相还原共沉淀、碳热还原、水热碳化和机械化学等碳基纳米零价铁复合材料(C@nZVI)的合成和表征方法。通过总结C@nZVI的主要应用对象和处理性能,归纳了各种C@nZVI的结构、特性和去除污染物的机理。C@nZVI不仅应用于水中有机污染物和重金属污染物的去除,还用于贵金属回收、电化学催化以及脱氮除磷生物反应器等新领域。目前,在C@nZVI合成方法的优化、C@nZVI的回收与利用,以及C@nZVI应用于复合污染修复等方向的研究仍需完善。总结归纳了C@nZVI合成与应用的最新进展,为C@nZVI的进一步研究和应用提供了最新信息。

综述了近几年水性聚氨酯改性的研究状况,主要介绍了以有机硅/氟、丙烯酸酯、生物质材料、纳米材料、环氧树脂等为原料改性水性聚氨酯的研究进展。讨论了水性聚氨酯改性后存在的不足,并对其未来发展趋势进行了展望。

二维纳米材料凸显的优异性能在过去十几年间受到学界和工业界的普遍关注,由于纳米材料制备技术的更新,二维纳米材料的应用价值日益显现。基于二维纳米材料的发展、应用等,对现有的二维纳米材料制备及应用进行分析,从二维纳米材料的种类、特性、制备工艺等诸多方面进行了概述。未来二维纳米材料应从多角度实现在实践中的应用,以更好地发挥作用。

金属-有机骨架(MOF)由于其具有诱人的特性,近年来在消除有毒污染物方面受到了广泛关注。UiO-66具有热稳定性好,遇热不易分解;优异的化学稳定性,在空气、水、氯仿及多种溶剂条件下都不易分解或变性;对高外压具有优异的耐受性能等特性。主要原因是锆团簇与有机配体之间的强Zr—O键和高配位数。这些优良的特性使其在废水处理中有许多潜在的应用。主要简述了将UiO-66作为优良的水稳定性MOF用于高效去除(吸附分离和降解)有机染料,并对其今后在废水处理方面的发展进行展望。

近年来,非富勒烯小分子受体材料(SMAs)由于具有高吸收系数、能级和带隙可调、优异的电学性质和光伏性能等优点受到广泛关注,设计和合成高性能SMAs已成为有机太阳能电池(OSCs)的研究热点。得益于SMAs的快速发展,OSCs的能量转换效率在几年内从3%～4%提高到19%。在成功合成小分子受体材料ITIC和Y6基础上,研究人员对分子结构设计进行了深入研究,开发出许多性能优异的SMAs。这些SMAs在提高器件效率和太阳能电池性能方面发挥了至关重要的作用。综述了全小分子OSCs的研究进展,并展望了未来OSCs的发展方向。

阻燃材料在燃烧时可自熄或不燃,有效地延缓、阻止或终止火焰的蔓延,实现阻燃。高分子材料性能优良、价格低廉而被广泛应用于各个领域,但存在阻燃性不足,燃烧时放热速率快,放热量及发烟量大,火焰传播速度快,燃烧释放有毒和助燃气体等缺点,提高高分子材料阻燃性是目前亟需解决的问题。总结了阻燃机理及阻燃整理方法,重点阐述无机、卤系、氮系、磷系、磷氮协同、硅系阻燃剂性能及其作用机制,以提高高分子材料阻燃性能,拓宽材料应用。

电容去离子技术是一种新兴的海水淡化方法,其中电极材料对于提高脱盐效率至关重要。深入探讨了常用的电极材料,包括碳基材料、普鲁士蓝和MXenes等,归纳了这些材料在电容去离子过程中的表现。此外,分析了目前电容去离子电极材料面临的主要挑战,并展望了它们在未来海水淡化技术中的应用前景。

壳聚糖具有优良的生物降解性、生物相容性和可再生性,在医药、食品、化妆品、废水处理等领域拥有广阔的应用前景和独特的优势。介绍了壳聚糖的功能化改性方法,如交联改性、接枝聚合、金属螯合、分子印迹、磁化改性,对比了不同改性方法的优缺点,综述了功能化壳聚糖基材料对酚类、抗生素类、有机染料类及其他有机废水处理的研究进展。

六元环聚酰亚胺通常由萘基二酐单体和芳香二胺单体通过缩聚制得,磺化六元环聚酰亚胺因其在燃料电池质子交换膜的应用而得到广泛研究。五元环聚酰亚胺因优异的性能在气体分离膜领域一直备受关注,近年来随着气体分离膜需求量的增加,围绕六元环聚酰亚胺气体分离膜的研究进一步深化。与五元环聚酰亚胺相比,六元环聚酰亚胺具有更为优异的水解稳定性、耐溶剂性能及热稳定性。综述了近年来六元环聚酰亚胺气体分离膜的研究进展,并展望了其未来的发展前景。

多糖水凝胶富含丰富官能团,可为亚甲基蓝(MB)染料的去除提供吸附位点,具有重要的应用价值和广阔的前景。然而,未改性的多糖水凝胶吸附能力较差,通过化学改性或物理改性后其活性基团增多、比表面积增大,对MB的吸附效果显著提高。从多糖水凝胶的结构和性质出发,介绍了静电吸附、氢键和π-π相互作用3种吸附机理,总结归纳了纤维素、壳聚糖、海藻酸钠和琼脂这4种多糖水凝胶的特点,最后对多糖水凝胶吸附MB的研究方向进行了展望。

以苯酚、甲醛水溶液、二苯基磷酸为原料,制备了二苯基磷酸改性酚醛树脂(PPR)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)表征了PPR的结构。通过差示扫描量热法(DSC)对PPR的固化过程进行了研究,得到PPR的最佳固化工艺为100℃固化2h,130℃固化2h,150℃固化1h。通过热重分析(TG)、维卡软化点测试了PPR的耐热性能,通过极限氧指数、UL94垂直燃烧测试了PPR的阻燃性能。测试了PPR的拉伸剪切强度和冲击强度。结果表明:当二苯基磷酸用量为苯酚质量的14%时,PPR的综合性能最优,残炭率、极限氧指数、维卡软化点、拉伸剪切强度相比于普通酚醛树脂(PR)分别提高了17.4%、5%、29.5%、54.7%,UL94垂直燃烧达到V-0级。

以野生雏菊茎秆为原料,通过高温碳化和化学改性得到层次化多孔骨架材料,在多孔骨架材料中真空浸渍石蜡制备了形状稳定的生物基复合相变材料。利用乙醇进行化学改性后,孔隙结构更丰富,复合相变材料的焓值增加。制备的生物基多孔炭复合相变材料相变焓为213.6J/g,相变温度为40.1℃,具有良好的热稳定性、化学稳定性和循环稳定性。将生物基多孔炭复合相变材料集成到模拟建筑中,研究了其热管理性能。结果表明,在模拟光照下,相变房屋具有明显的热缓冲作用,该复合相变材料在热管理方面具有巨大的应用潜力。

以聚偏氟乙烯(PVDF)为纺丝溶质,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与四氢呋喃(THF)为混合溶剂。选择纺丝电压、纺丝速度作为影响因素,利用静电纺丝技术制备了PVDF纳米纤维膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、ImageJ软件、光学接触角测量仪对所制纳米纤维膜的微观形貌、纤维直径、疏水性能等进行表征及测试,研究了纺丝工艺参数对PVDF纤维膜的微观形貌及疏水性的影响。结果表明,当纺丝电压为15kV,纺丝速度为1.2mL/h时,静电纺丝制备的PVDF纳米纤维膜纺丝过程稳定,形貌良好,直径分布均匀,具有良好的疏水效果。

以SiO₂为壁材,正十八烷为芯材,通过溶胶-凝胶法制备相变微胶囊,探讨乳化剂用量、乳化转速、乳化时间、芯壁比及氨水用量对微胶囊储热性能的影响,对最佳工艺条件下制得的微胶囊进行性能表征,并将其应用到织物上以制备调温织物。结果表明:在乳化剂用量2.5g、乳化转速8000r/min、乳化时间15min、芯壁比1/1和氨水用量1mL的工艺条件下制得的微胶囊,其表面光滑,呈圆球形,具有较好的耐热性和调温性能,熔融温度31.9℃,熔融焓154.7J/g,结晶温度22.5℃,结晶焓154.4J/g,调温织物也表现出良好的调温性能。

为了研究不同浓度碳纳米管含量的多壁碳纳米管/聚醚酰亚胺(MWCNTs/PEI)杂化纳米纤维膜对于液体成型环氧树脂碳纤维复合材料的影响,本文制备了液体成型环氧树脂碳纤维复合材料进行实验。通过静电纺丝法制备碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜,系统研究碳纳米管含量对碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性和面内力学性能的影响,并分析性能与层间多级微观结构的关联机制。研究发现,适应VARI工艺的碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜使复合材料I型层间断裂韧性得到改善。这可能与碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜中聚醚酰亚胺通过原位溶解和固化诱导相分离在层间区域形成PEI相分离微球以及碳纳米管的起到钉扎,锚固效应和裂纹尖端分叉机制吸收更多的能量的作用,同时提高层间裂纹扩展阻力和改善层间树脂基体载荷转移能力的作用有关。

纳米纤维薄膜因其特殊的构成和易于调控的表面结构而成为疏水改性的研究热点。静电纺丝技术制备纳米纤维具有成本低廉、工艺简单的特点而被广泛应用。通过静电纺丝技术将适当比例的醋酸纤维素(CA)和聚丙烯腈(PAN)进行物理混纺,获得了一种结构和性能都优异的复合纳米纤维薄膜。结果表明:CA/PAN纳米纤维薄膜的最大水接触角为122°,最大吸油系数为8.93g/g,且具有超高的水粘附性。

通过采用复合型亲水单体2,2-双(羟甲基)丙酸(DMPA)和非离子二元醇(Ymer N120),制备了阴/非离子型水性聚氨酯,研究了N120与DMPA不同摩尔比对乳液及涂膜性能的影响。结果表明:不同摩尔比对乳液粒径大小及涂膜力学性能有显著影响。随着两种亲水单体摩尔比的改变,当Ymer N120用量逐渐增多时,乳液粒径及分散指数先增加后减小再增加,最小粒径为816nm,分散指数为0.112。涂膜吸水率亦是先增加后减小再增加,最低吸水率为22％。涂膜接触角随Ymer N120用量增大逐渐增大,最大为82.17°。当DMPA与Ymer N120的摩尔比为4∶1时,拉伸强度最大为13MPa,断裂伸长率最大为672％,此时乳液涂膜的机械性能最佳。

采用静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯(PVDF)/聚丙烯腈(PAN)纤维膜,通过控制多巴胺(DA)浓度自聚合形成聚多巴胺(PDA)纳米簇,并将其沉积在PVDF/PAN纤维膜表面,得到PDA@PVDF/PAN纤维膜。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、接触角分析仪等对PDA@PVDF/PAN纤维膜进行表征并测试了其油水分离性能。结果表明,PDA负载到PVDF/PAN纤维膜表面,与未改性纤维膜相比,PDA@PVDF/PAN纤维膜接触角减小了102.8°,对菜籽油/水混合物的分离效率均在97%以上,经过6次循环后,分离效率未发生显著变化,对石油醚/水乳液的过滤效率高达96.6%,表现出优异的过滤效率和耐久性能。

以聚乙烯醇(PVA)为溶质,去离子水为溶剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为非溶剂诱导剂,构建“非溶剂诱导剂(DMAc)-溶剂(水)-聚合物(PVA)”三元体系,采用静电纺丝法制备具有蜂巢状三维立体蓬松结构的PVA纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、毛细管流动孔径分析仪和口罩滤材颗粒物过滤效率测试仪研究非溶剂诱导剂DMAc添加比例对PVA纳米纤维膜形貌结构、孔径分布、过滤效率和过滤阻力的影响。研究结果表明:随着纺丝溶液中非溶剂诱导剂DMAc质量比的增加,串珠结构PVA纳米纤维自组装堆积形成蜂巢状三维蓬松结构,纤维膜平均孔径从0.3μm增加到0.75μm。当PVA溶液与非溶剂诱导剂DMAc质量比为1∶1时,PVA纳米纤维膜对NaCl和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)气溶胶的过滤效率分别为97.34%和95.07%,过滤阻力分别为189.8Pa和207.5Pa,相应的品质因子分别为0.0192和0.0145。

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属-空气电池的阴极反应,其缓慢的动力学是目前掣肘燃料电池和金属空气电池发展的主要因素。为了使反应顺利进行,常常需要使用金属(包括贵金属和过渡金属)基催化剂,但这些催化剂存在价格高、稳定性差等缺陷。非金属原子掺杂的碳基催化剂近年来被认为是一种具有前景的ORR电催化剂。在此,使用单一前驱体磷酸三聚氰胺和氧化石墨烯经水热然后退火制备了三维氮磷共掺杂石墨烯材料(3DNPG)。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对3DNPG的结构与组成进行了表征。结果表明:3DNPG具有独特的三维网状结构、较大的比表面积(514.38m²/g),特别是还具有非常高的N(15.53%)和P(6.61%)掺杂量。用作碱性溶液里ORR的催化剂时,其起始电位为0.994V,半波电位为0.817V,极限电流为5.34mA/cm²,在48h后电流密度保持率仍维持在99%,因此是一种兼具优异活性和循环稳定性的ORR催化剂,在燃料电池、金属-空气电池等领域具有非常重要的应用价值。

为缓解塑料造成的白色污染、降低紫外线对紫外光敏产品的影响,选择可生物降解的聚乙烯醇(PVA)作为成膜基材,以去离子水为溶剂,木质素磺酸钠(LS)为抗紫外线剂,采用静电纺丝技术制备了具有紫外线防护功能的可生物降解PVA/LS复合纳米纤维膜。研究了LS对PVA/LS复合纳米纤维膜微观形貌、抗紫外线性能及透光率的影响。结果表明:PVA/LS复合纳米纤维膜的纤维形貌良好无串珠产生;LS添加量为4.5%(质量分数)时,复合纳米纤维膜对中波紫外线(UVB)、长波紫外线(UVA)的屏蔽率分别达到82.3%、65.4%,抗紫外线性能远优于纯PVA纳米纤维膜;PVA/LS复合纳米纤维膜在波长555nm处的透光率均大于70%,在阻挡部分可见光能量的同时保持了良好的透明度。

绿光作为三基色之一,具有不可忽视的作用。通过Suzuki偶联反应合成了芘基多孔有机聚合物(Py-POP),采用傅里叶变换红外光谱仪、荧光分光光度计、N₂吸附-脱附实验、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对其化学结构、晶体结构和微观形貌进行了表征。通过Hyperchem软件对Py-POP空间结构进行了模拟,模拟结果表明二乙烯基硅氧烷-双苯并环丁烯(DVSBCB)单体能够进入Py-POP孔道,先通过热开环反应得到预聚物Py-POP/pre-p-DVSBCB(pre-p-DVSBCB为二乙烯基硅氧烷-双苯并环丁烯预聚物),再进一步反应得到芘基交联固化物Py-POP/p-DVSBCB(p-DVSBCB为pre-p-DVSBCB的交联固化物),Py-POP/p-DVSBCB能够作为封装层和荧光层。由于pre-p-DVSBCB和p-DVSBCB具有紫外吸收-蓝光发射的特性,因此二者作为主体材料(Host)能够通过能量转移过程将蓝光转移到Py-POP客体材料(Ghost)。发光二极管(LED)光源性能测试结果表明,Host-Ghost能量传递体系能够减少蓝光,同时能够得到具有良好青绿色发光行为的LED光源。

采用熔盐燃烧法在300℃、400℃、500℃和600℃下燃烧反应1h,然后经650℃焙烧3h,制得4种 LiN_i0.05Mn_1.95O₄正极材料。结果表明:所制LiN_i0.05Mn_1.95O₄正极材料的原有立方尖晶石结构均没有被改变,随燃烧反应温度递增,粒径略微增大,由纳米类球形颗粒变为亚微米多面体类球形颗粒。其中,燃烧反应优化温度500℃制备的LiN_i0.05Mn_1.95O₄正极材料为纳米级多面体类球形颗粒,电化学性能优良,在1C下首次放电比容量和100次充放电后容量保持率分别是103.8mAh/g和90.3%,而5C和更高倍率10C时,首次放电比容量分别为98.4mAh/g和88.2mAh/g,分别经500和1000次循环后仍有79.0%和76.1%的容量保持率。该材料具有较小的表观活化能(25.7kJ/mol)及较大的锂离子扩散系数(3.54×10^-16cm²/s)。Ni掺杂提高了循环过程中LiMn₂O₄晶体结构稳定性,抑制了Jahn-Teller畸变,适宜的燃烧反应温度可制备纳米级颗粒样品,提升其高倍率容量和电化学性能。

采用水热法合成了系列NaGd(MoO₄)₂∶Er³⁺,Yb³⁺上转换发光粉。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和上转换发光光谱仪等对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。结果显示,合成的样品均具有四方晶系NaGd(MoO₄)₂结构;pH对样品的形貌有影响;980nm红外光激发下,NaGd(MoO₄)₂∶Er³⁺,Yb³⁺上转换发光粉显示来自于Er³⁺的 ²H_11/2→⁴I₁₅和 ⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁产生的绿光发射和 ⁴I_9/2→⁴I_15/2跃迁产生的红光发射。比较各样品的发光强度和绿光/红光相对积分强度比,结果显示上转换发光强度和绿光/红光相对积分强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌,以及Er³⁺和Yb³⁺掺杂浓度有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

通过不同温度煅烧获得不同比表面积的α-Fe₂O₃纳米颗粒,将纳米α-Fe₂O₃与壳聚糖制成复合材料。利用滴涂法,将纳米α-Fe₂O₃/壳聚糖复合材料修饰在玻碳电极上,并通过循环伏安法研究纳米α-Fe₂O₃/壳聚糖/玻碳电极对铁氰化钾电化学性能的影响。结果表明:随着烧结温度从280℃提高到700℃时,α-Fe₂O₃纳米颗粒的比表面积由136.5m²/g变为2.1m²/g。纳米α-Fe₂O₃/壳聚糖/玻碳电极能显著提高铁氰化钾的电化学性能,与裸电极相比,氧化和还原电流均显著提高,其电化学催化性能与其纳米α-Fe₂O₃比表面积密切相关,比表面积越大峰电流就越强。在最佳实验条件下,浓度在510^-4～510^-3mol/L范围内,铁氰化钾的还原电流与浓度呈良好的线性关系,检出限为1.25×10^-5mol/L,该修饰电极重复性和稳定性较好。

通过溶剂挥发法制备以十四烷-正辛酸二元相变材料为芯材,纳米TiO₂改性壁材聚砜的相变微胶囊。探究不同添加量的纳米TiO₂对微胶囊性能的影响,使用FT-IR、DSC、电子显微镜对相变微胶囊的化学结构、表面形态、相变特性及包裹率进行检测。分析发现,当纳米TiO₂添加量为3%时,相变微胶囊的表面形态最佳,粒径最为平均,其熔化焓和结晶焓分别为88.91J/g和80.4J/g,且包覆率可达44.42%。

采用溶胶-凝胶法制备了空位掺杂的La_xCo_0.5Mn_0.5O₃钙钛矿材料。利用MXene特殊的二维结构,分别采用球磨法和冷凝回流法将其与La_xCo_0.5Mn_0.5O₃复合制备了La_xCo_0.5Mn_0.5O₃/MXene复合材料。分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)对材料的结构、微观形貌和元素组成进行了表征测试,借助旋转圆盘电极研究了La_xCo_0.5Mn_0.5O₃/MXene复合材料的氧还原和氧析出催化性能。结果表明:冷凝回流法制备的La_xCo_0.5Mn_0.5O₃/MXene复合材料性能优于球磨法制备的样品,当A位La为0.7时,La_0.7Co_0.5Mn_0.5O₃具有纳米棒状微观形貌,La_0.7Co_0.5Mn_0.5O₃/MXene复合材料具有最好的氧还原性能和较好的氧析出性能,即氧还原电位为0.74V,氧析出过电位为560mV。

随着现代工业的迅速发展,水中重金属污染日趋严重。活性炭在重金属治理方面应用广阔,为提高其吸附能力,分别用亚氨基二琥珀酸(IDS)和乙二胺四乙酸(EDTA)功能化处理活性炭得到螯合剂IDS-AC和EDTA-AC。比较两种材料对水中铜离子吸附行为,筛选出对铜离子吸附效果最佳的材料。使用红外光谱(FT-IR)和X光电子能谱(XPS)等表征手段对作用铜后的功能化活性炭表征分析,并进行吸附实验。结果表明:IDS-AC对铜离子具有更好的吸附效果,与原始的AC相比,IDS-AC对Cu(Ⅱ)的吸附量提高了249.69%,EDTA-AC仅提高23.23%。在1mmol/L Cu(Ⅱ)水溶液中,IDS-AC最佳吸附pH为4.0,最佳投加量范围为0.4～1.6g/L,吸附平衡时间在4h左右。IDS-AC对于重金属的吸附是化学吸附,对重金属离子作用机理主要包括材料表面的配位原子N与重金属发生配位作用,重金属被固定在环状结构内,形成稳定螯合物。

基于纳米材料相变储能的研究进程,采用化学共沉淀法制备了Fe₃O₄包覆多壁碳纳米管(MWCNT)水基纳米磁流体。在引入浓硝酸和分散剂两种功能化方法的基础上,对磁场诱导取向MWCNT磁流体的凝固特性进行了实验研究。结果表明,反应温度70℃和反应时间30min可以制备高饱和磁化强度的磁性MWCNT,添加表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的MWNCT磁流体在磁场诱导取向下具有最佳的凝固特性,与水相比,过冷度降低68.6%,成核时间提前76.4%,总凝固时间缩短36.2%。此外,对凝固速率和热流密度进行研究,发现磁场诱导取向碳纳米管磁流体的凝固速率可达8mL/min,是水的1.60倍,前25%凝固时间内的平均凝固速率是总平均速率的2倍;且初始热流密度最高可达5500W/m²,为水的1.55倍。

为探索复合材料内部的微裂纹损伤,将水平和垂直方向的光纤等距排布,制备复合材料光纤阵列预浸料,并嵌入复合材料结构中,制成碳纤维-光纤复合材料板。搭建了实时在线识别裂纹损伤的光纤阵列复合材料板测损系统,基于复合材料损伤位置和光纤损伤位置的一致性,利用内光电效应,通过采集光电传感器的感光电压判断碳纤维-光纤复合材料板的光纤受损情况,水平和垂直的双向光纤阵列会给出具体损伤位置坐标,进而判断出相应位置复合材料受损情况。预先在复合材料内部制造损伤,通过实验数据与实际损伤进行对比,数据表明:实时在线识别裂纹损伤的光纤阵列复合材料板测损系统可以准确高效地识别出复合材料内部裂纹损伤位置及大小。

以热解法制备不同温度的玉米秸秆生物炭(BC-i)(i=400℃、500℃、600℃、700℃、800℃和900℃),并通过超声辅助真空浸渍法制备了一系列TiO₂/生物炭复合材料(TBC-i)。结果表明:TBC-i光催化活性的提高可归因于生物炭良好的结构特性、BC与TiO₂之间增强的化学相互作用以及促进的光生电子-空穴的分离和转移效率。TBC-i的光催化活性均高于纯TiO₂,TBC-800表现出最佳的光催化活性,在催化剂投加量为7g/L时,TBC-800催化剂经模拟日光照射270min后对50mg/L MO的去除率为93.02%。TBC-i复合材料的制备在一定程度上为模拟有机污染物在太阳光下的降解提供了思路。

对化石能源的过度使用导致全球CO₂排放量持续增加,气候变暖已成为人类面临的最为严峻的环境问题。金属有机骨架材料是理想的CO₂吸附剂,由于其优良的特性,可用于CO₂捕获。采用北京化工大学提供的NbOFFIVE-1-Ni@聚丙烯酸酯CO₂复合吸附材料,利用自搭建的固定床装置测试了低浓度CO₂的吸附穿透曲线,探究了流量、温度、浓度、气流湿度、床层厚度条件对吸附行为的影响,利用三种动力学模型对吸附数据进行拟合,并探究了NbOFFIVE-1-Ni@PA的循环稳定性。结果表明,随着气体流量的升高,NbOFFIVE-1-Ni@PA的CO₂吸附量出现先增加后降低的趋势。降低吸附温度、增加浓度、减小气流湿度和增加床层高度均有利于增强NbOFFIVE-1-Ni@PA的动态CO₂吸附性能。Avrami模型能更好地拟合实验数据,表明NbOFFIVE-1-Ni@PA对CO₂的吸附是物理和化学吸附共同作用。最后,经10次吸脱附再生后,NbOFFIVE-1-Ni@PA的吸附量仅下降4.5%,可再生性能优异。

采用简易研磨法将Ag₃PO₄颗粒负载在纳米片组装的BiOI微球表面,制备出p-n型Ag₃PO₄/BiOI异质结光催化剂。利用不同表征手段对Ag₃PO₄/BiOI复合材料的物相、形貌、化学组成和光学吸收特性进行了分析,并探索了其在可见光下光降解盐酸金霉素(CTC)的性能。结果表明:AB-2(Ag₃PO₄与BiOI质量比为1∶2)表现出最高的光降解CTC活性,可见光照射75min后AB-2对CTC(20mg/L)的去除率为79.2%,高于单一Ag₃PO₄与BiOI光催化剂。此外,AB-2光催化剂在循环使用5次后对CTC的去除率为70.3%,具有较好的重复使用性。p型BiOI和n型Ag₃PO₄构成p-n型异质结结构,促进了光生电子和空穴的有效分离,进而降低了电子-空穴对的复合效率,提升了Ag₃PO₄/BiOI复合材料的光催化活性。

以硼酸、尿素、硫脲为前驱体,采用溶胶-凝胶法对TiO₂进行表面掺杂改性,制备了B、N、S掺杂量不同的B-TiO₂、N-TiO₂、S-TiO₂光催化复合材料,在模拟太阳光下降解罗丹明B(RhB),研究了掺杂形式对TiO₂光催化活性的影响。扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪分析结果表明,硼元素以B³⁺价态渗入TiO₂晶格中,氮原子进入TiO₂晶格中形成间隙掺杂,而硫与TiO₂晶格化合取代氧形成S—Ti键,降低了TiO₂的带隙能。以质量浓度10mg/L RhB的光催化降解为靶向反应,考察了复合材料对RhB的降解率。结果表明:当硼掺杂量为6.0%(摩尔分数)、氮掺杂量为4.0%(摩尔质量分数)、硫掺杂量为0.25g时,B-TiO₂、N-TiO₂、S-TiO₂光催化性能最好,RhB降解率分别达到88.3%、93.6%和94.9%。掺杂形式影响光催化活性顺序为替换TiO₂晶格氧>间隙掺杂TiO₂>取代TiO₂晶格Ti。

以双氰胺单体、硝酸铁和磷酸氢二铵为前驱体,制备了铁磷共掺杂氮化碳(P/Fe-CN)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X光电子能谱(XPS)和BET比表面积分析等方法研究了P/Fe-CN的晶相、结构和元素组成。结果表明:Fe和P共掺杂的协同作用打开了原始氮化碳紧密的片层堆积结构和团聚状态,有效降低了原始g-C₃N₄的禁带宽度,增加了活性物质,提高了光催化性能。其中,P掺杂量为5%的双掺杂样品(5% P/Fe-CN)在可见光下对甲基橙(MO)表现出最优的光催化活性。其光催化降解MO的速率常数为0.03863min^-1,是g-C₃N₄光催化效率的4.7倍。紫外-可见光(UV-Vis)结果表明,5% P/Fe-CN的带隙宽度为2.248eV,较原始g-C₃N₄减小了0.331eV。

空气直接捕集CO₂技术(DAC)是一种灵活有效的减排方式,其中,变湿再生吸附技术仅利用常温常压下水分子的蒸发自由能即可实现超低分压CO₂的吸附分离,突破常规变温/变压再生吸附技术的高能耗限制,被认为是当下最具前景的低能耗捕集技术之一。针对空气直接捕集CO₂领域吸附剂的关键制备工艺,改进了相转换法成型工艺,并对最优的多孔复合吸附剂进行解吸性能研究。通过选用季铵型强碱性离子交换树脂D290作为活性吸附组分,醋酸纤维素(CA)和聚醚砜(PES)作为惰性载体,优化活性树脂与载体的配比,筛选出具有最优吸附解吸性能的多孔复合吸附剂。结果表明:活性组分和CA配比为6∶4的D290/CA型吸附剂的吸附性能(0.70mmol/g)和解吸性能(0.23mmol/g)最优;多孔复合吸附剂的解吸率随着解吸温度提高(45℃,解吸附率为85%)而上升;随解吸环境CO₂分压提高而下降,在85%吸附饱和度下,CO₂分压由1000×10^-6增至1500×10^-6时,解吸附速率由0.0005s^-1快速下降至0.00015s^-1;最后,合理减小多孔复合吸附剂的厚度可在一定程度上提高其解吸附速率。

生物基聚氨酯改性沥青是一种新型的道路工程材料,具有原料丰富,生产成本低,性能优异等特点。主要从生物质来源、制备工艺、性能这3个方面总结归纳了生物基聚氨酯改性沥青的研究进展。最后,提出目前生物基聚氨酯改性沥青研究中存在的主要问题,同时对生物基聚氨酯改性沥青的发展趋势进行了展望。

黄磷炉渣大量堆积不仅会造成资源浪费,还会污染环境,针对黄磷炉渣能够得到合理利用,研究了以黄磷炉渣为主要原料,经过硝酸酸浸制备SiO₂这一工艺流程。因SiO₂生物相容性好、化学稳定性高、表面易于功能化等优点,可以作为制备荧光材料的基体材料。稀土金属Ce³⁺直接掺杂到SiO₂上很难实现,所以SiO₂的表面改性是稀土金属掺杂SiO₂基制备荧光材料的一项关键因素,C16醇原料便宜,操作简单,并且改性效果明显,能够显著提高SiO₂基的接枝率,因此采用C16醇对SiO₂进行表面改性。为了探究优化的实验条件,考察C16醇投入量、改性时间、溶剂体积、改性温度和洗水用量对材料荧光强度的影响。结果表明:0.2g C16醇与30mL乙醇溶剂在175℃温度下反应2h,洗水用量为70mL为优化改性条件。

面对数量快速增长的废旧轮胎,热解是实现其资源化最为理想的处理方式之一。热解过程所产生的气、液、固三相产物均具有较高的回收再利用价值。聚焦废旧轮胎热解固相产物——热解炭黑,综述了近年来国内外废轮胎主要热解技术及其对热解炭黑品质的影响,分析了热解工艺参数对热解炭黑产率与性能的相关性,讨论了提升热解炭黑品质的改性方法,以及热解炭黑的应用现状与前景。

为了减少海洋污染的压力,有效回收海洋塑料垃圾,采用磷酸作为反应催化剂,对废旧尼龙6渔网水解反应工艺进行研究。使用红外光谱(FT-IR)、热重(TG)和紫外光(UV-Vis)对产物进行定性和定量分析。使用 Design-Expert设计实验,研究温度、时间和催化剂浓度对己内酰胺(CPL)转化率的影响。结果表明:反应后得到的固相产物为未反应完的废旧尼龙6渔网,液相产物主要为己内酰胺,当催化剂浓度为1.8mol/L、时间为300min、温度为223℃时,己内酰胺的转化率最高,为94.11%。采用磷酸作为催化剂可以有效水解废旧尼龙6渔网。

磷酸铁锂电池的需求大、市场垄断而导致原材料价格日益高涨。以铁锈红和废锂箔为原材料,采用磷酸铁工艺制备了LiFePO₄/C粉末,并测试其电化学储锂性能。结果表明:LiFePO₄/C粉末由粒径尺寸为110～400nm的颗粒组成,在1.0C循环350圈后的可逆比容量和容量保持率分别为129.7mAh/g和98.0%,与商业LiFePO₄正极材料性能相当。可见,该结果降低了LiFePO₄的制备成本,有利于循环经济和可持续发展。

碳载体的功能化是提高燃料电池电催化剂性能的重要手段。通过在碳载体表面引入特定原子或官能团,可以促进金属纳米粒子的均匀分散,提高电催化剂的催化活性。此外,通过金属-载体相互作用,还可以改善催化剂的电化学稳定性,提高其抗中毒能力。与共价功能化方法相比,非共价功能化方法具有反应条件温和、不破坏载体材料的表面结构完整性以及环境友好等优点。近年来,聚合物作为一类良好的非共价功能化试剂,被广泛用于电催化剂的制备。综述了聚合物功能化电催化剂的研究进展,重点探讨了阳离子型聚合物、阴离子型聚合物及导电聚合物的非共价功能化作用。

为了降低太阳光辐射给建筑物带来的能源损耗,提高涂料的隔热效果,主要研究了钛白粉、氧化铝、滑石粉、SiO₂气凝胶的含量对硅溶胶-苯丙乳液复合涂料性能的影响。通过对比实验制备了涂料样品,并测试了涂料的性能,确定各填料的最佳含量。结果表明:钛白粉和氧化铝的最佳含量分别为12%和2%,此时涂料具有较好的反射率。滑石粉含量在8%时涂料具有较高的硬度。SiO₂气凝胶含量在4%时涂料的隔热效果最好,隔热温差为8℃。通过微观形貌表征发现,SiO₂气凝胶含量超过4%之后涂料开始出现裂纹。选择各填料的最佳用量,制备了硅溶胶-苯丙乳液复合型隔热涂料,根据建筑涂料体系产品技术要求的标准测试了涂料的耐水性、耐碱性等性能,测试结果均合格。

由于具有丰富的孔隙率,活性炭(AC)的密度较低,导致其用于超级电容器储能难以获得高体积性能(能量密度<10.0Wh/L)。报道了一种单宁酸填充/碳化大孔和介孔的策略来提高其密度。结果表明:后填充的AC结晶度变化不大,密度大幅提高(0.55g/cm³增至1.32g/cm³),用作超级电容器电极实现了优异的体积容量性能,包括高容量(249F/cm³),高倍率性能(65.8%)和高能量密度(17.2Wh/L,在1188W/L下)。填充后的AC性能优于原始活性炭(10.1Wh/L,在495W/L下)和一些最近报道的炭基超级电容器。

尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄因无钴,具有高能量密度和高电压平台而受到人们的广泛关注,是具有潜力的正极材料之一。其制备方法有固相法、溶胶-凝胶法、水热法和共沉淀法等。综述了各种制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料方法的优缺点,以及近年来针对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料改性的研究进展,并对未来LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的改性方法进行了展望。

甲醛和微生物是典型的室内空气污染物,研究室温下2种污染物的同步去除对于净化室内环境具有重要意义。通过溶胶-凝胶法制备了MnCeZn(记为M)催化剂,并通过碱金属(Ca、Cs、Mg、Li)对其改性,考察了不同碱金属对催化剂室温催化氧化甲醛及抑菌性能的影响,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析了催化剂的形貌和结构。结果表明,当Cs掺杂量为3%(摩尔分数)时,3% Cs-M催化剂表现出最佳的室温催化氧化活性,24h内甲醛去除率达90%,同时兼有优异的抑制大肠杆菌生长的作用,其抑菌圈直径可达24mm。掺杂摩尔分数3%的Cs改变了金属氧化物的分布状态和团聚程度,使3% Cs-M催化剂具有甲醛去除和细菌抑制双重作用。