化工新材料是指在化学化工研发、制备和应用过程中,有新结构、新方法、新性能指标、新应用的化工材料,是国民经济基础性产业。近些年,我国化工新材料科技和产业发展速度较快,特别表现在储能材料、光电转换材料、光催化材料、电子材料、先进复合材料用树脂及高性能纤维材料、功能性涂料和粘合剂等方面,已在风电光电、新能源汽车、航空航天、半导体封测等多个领域发挥重要作用,形成新质生产力。中国化工学会化工新材料专委会将每年组织学会专家学者编写当年的化工新材料的科技产业进展情况,发表在《化工新型材料》杂志上与广大读者见面。

纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能在许多行业中得到了广泛的应用。但由于纤维增强聚合物基复合材料本身的结构特点,以及所处环境和荷载情况的复杂性,对其整体性和耐久性进行分析比较困难。采用结构健康监测(SHM)技术对复合材料的结构状况进行监测,提高了复合材料结构的安全性和可靠性,在许多行业得到了广泛的应用。综述了基于电阻传感的纤维增强聚合物基复合材料的SHM方式及其应用,并对纤维增强聚合物基复合材料SHM的发展进行了展望。

无机质增强植物纤维高分子复合材料已成为功能型复合材料领域中的重点关注对象,其具有性能优异、附加值高、应用领域广等优势。系统综述了国内外关于蒙脱土、云母、氧化物、碳酸钙、滑石粉、石墨烯、炭黑及碳纳米管等无机质增强植物纤维高分子复合材料在阻燃、耐老化、导电及电磁屏蔽等功能方面的研究现状和进展,针对无机质增强复合材料在功能性拓展、无机质与基体材料复合、功能性内在机理分析等方面提出存在的问题,并展望功能型复合材料领域的发展前景,以期为进一步推动高附加值功能型复合材料的研究提供科学理论依据。

具有结构化孔道的介孔碳材料是纳米颗粒物良好的载体,可以有效抑制纳米颗粒物的聚集。在介孔碳上负载纳米金颗粒物(AuNPs)合成的复合材料具备大比表面积、优异的热稳定性、可调控的孔径和孔道结构、良好的分散性以及可再生性等多重优势。综述了介孔碳负载AuNPs复合材料的合成方法,如浸渍法、离子交换法、沉积沉淀法和溶胶-凝胶法等,以及复合材料在化学传感器、能源储存和分离吸附等领域的应用,介绍了透射电子显微镜、X射线衍射和电感耦合等离子体发射光谱等表征技术在揭示复合材料组成、结构和界面特性中的作用,指出复合材料与其他活性材料结合或将人工智能应用于复合材料的设计和优化是未来的研究方向。

随着我国农业生产稳定发展,废弃生物质碳的数量也在不断增加。由于废弃生物质碳的堆放与焚烧对环境造成严重的污染,人们越来越关注生物质碳资源的回收问题。综述了现阶段生物质碳在不同领域的应用,并对生物质碳制备电极材料的方法进行总结,并简要分析了不同方法所制备电极材料的性能与工艺特点。最后对生物质碳制备电极材料现状进行了概括并提出展望。

首先以乙酰丙酮铁[Fe(C₅H₇O₂)₃,98%]、乙酰丙酮铜[Cu(C₅H₇O₂)₂,97%]、二缩三乙二醇(TEG)为原料制备小型双金属氧化物纳米颗粒(CuFe₂O₄)。小型双金属氧化物纳米颗粒(CuFe₂O₄)通过静电吸附作用负载在过氧化镁(MgO₂)纳米片上以形成金属氧化物型复合纳米材料(CuFe₂O₄@MgO₂)。该复合纳米材料在肿瘤酸性条件下能产生大量高毒性的羟基自由基(·OH),对肿瘤细胞有较大的损伤作用。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱技术、Zeta电位等手段对复合纳米材料进行表征。结果表明:CuFe₂O₄纳米颗粒分布在过氧化镁(MgO₂)纳米片的表面,同时结合Zeta电位等表征证明该复合纳米材料的成功制备。体外细胞实验证明该复合纳米材料具备抗肿瘤治疗效果。

使用高浓度的氧化石墨烯溶液(GO)为碳源,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物,组氨酸作为氮掺杂剂和间隔剂,通过一步水热法制备了纳米纤维素/组氨酸功能化石墨烯水凝胶(NCGHiss)复合材料。因其具有丰富的杂原子官能团(N,O)和良好的孔径结构,NCGHiss在对称型超级电容器中展现了优异的电化学性能。基于NCGHis10的超级电容器在0.3A/g电流密度下质量比电容达到232.39F/g,在10A/g时其比容量保持率高达76.36%。此外,组装的器件在10000次充放电循环后电容保持率高达100.35%。

节能降耗技术是推动设施农业绿色低碳转型升级的关键,相变储热技术因较大的储热密度和优异的温度调节能力,在太阳能热利用、温室墙体、土壤保温等设施农业领域展现了广阔的应用前景。简述了相变材料的主要类型和物理化学性质,介绍了适用于设施农业的相变材料宏封装、定型相变材料和相变胶囊这3种相变材料形式及其制备方法,从主/被动相变储热系统的角度综述了相变材料在设施农业中的应用进展,指出相变材料性能强化、相变储热系统优化、设施农业室内环境控制系统智能化是未来设施农业用相变材料的发展方向。

吸波材料已成为应对电子产品无线通信网络所产生的电磁辐射问题及提升雷达隐身能力的有效手段。特别是鉴于装备轻量化的发展趋势,轻质吸波材料的研究与应用显得尤为重要。通过分析2005—2024年间关于轻质吸波材料的专利数据,系统总结相关专利的申请趋势、地域分布特点以及主要专利申请人等信息。聚焦于泡沫、气凝胶和蜂窝结构三大领域,深入探讨了轻质吸波材料的发展现状,并在此基础上提出了技术发展的未来方向及知识产权布局策略,旨在为规避知识产权风险、促进产业技术创新与未来发展提供有力支持。

混合基质膜(MMMs)通过结合无机填料的优异选择性和聚合物基质的卓越渗透性,展现出超越传统聚合物膜的气体分离性能。针对目前流行的用于预测混合基质膜的有效介质(EMA)渗透模型,讨论了其基本假设和局限性。通过对渗透模型预测值与实验数据的比较分析,揭示了这些模型在预测MMMs渗透性能时的应用范围。在此基础上,提出了未来模型发展的方向,旨在为高性能气体分离膜材料的设计和优化提供理论基础和指导。

超疏水材料因具有非凡的润湿特性而得到广泛应用。但是,目前制备的大部分超疏水表面耐久性较差,因而严重限制了其实际应用。从超疏水机理出发,介绍了超疏水表面的失效机理,综述了近年来提高超疏水表面耐久性的方法,包括在材料表面构建多级的微纳米粗糙结构、加入粘合剂、制备一体化结构或者自修复性能的超疏水表面。最后总结了超疏水表面存在的一些问题,并展望了其未来的发展方向。

MXene是继石墨烯后,又一类新兴的无机二维(2D)结构材料,近年来在材料科学、生物医药、纳米技术等领域中引起了广泛的关注。MXene具有良好的热稳定性、独特的层状结构、优异的催化活性和可调的化学性质,若用作阻燃剂对材料进行阻燃处理,将赋予材料优异的阻燃性能。详细阐述了MXene的刻蚀法和化学气相沉积制备法,以及MXene的阻燃机理和MXene阻燃材料的研究进展;重点阐述了MXene阻燃材料通过添加改性剂、表面官能团修饰和共价键功能化等方法进行改性的研究进展,以及MXene协同其他阻燃剂增强聚合物阻燃效果的研究现状;并对MXene阻燃材料的发展前景进行了展望。

碳点是一种新型荧光碳纳米材料,具有光致发光、荧光稳定、无光漂白和水溶性好等特点,被广泛应用于环境监测、分析检测及光电元器件等领域。介绍了荧光碳点的制备方法,如电化学合成法、激光烧蚀法、水热法、超声波法、微波法和模板法等,分析了荧光碳点在检测重金属离子过程中出现荧光淬灭的主要原因,综述了荧光碳点在重金属离子检测中的应用,并对其未来发展方向进行了展望。

沸石咪唑酯骨架材料是由过渡态金属离子与咪唑或咪唑衍生物配位形成的具有沸石拓扑结构的新型金属-有机骨架材料,具有大比表面积、大孔隙度和化学稳定性好等特点,被广泛用于吸附废水中的重金属离子、抗生素、染料等污染物。综述了近年来不同形式的沸石咪唑酯骨架材料在吸附水中污染物方面的研究进展,包括其制备方法、吸附性能及吸附机理,并对沸石咪唑酯骨架材料的优点和局限性进行了讨论。

用于盐湖提锂的钛系锂离子筛(β-H₂TiO₃)粉体的尺寸属于微纳米级别,需要对其进行颗粒化成型才能填柱使用。针对β-H₂TiO₃的实际应用工况(碱性环境提锂,酸性环境脱锂),采用可耐酸碱的聚砜(PSF)作为粘结剂对β-H₂TiO₃粉体进行滴粒成型。通过探究PSF用量、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)用量、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K15)用量、凝胶浴温度及滴粒针孔直径对β-H₂TiO₃-PSF颗粒性能的影响,确定滴粒成型的配方及工艺。获得的β-H₂TiO₃-PSF颗粒对Li⁺的体积吸附容量为4.70g/L,堆积密度为0.455kg/L,且该材料在循环100次后,体积吸附容量仍为原来的95%。

以四羟甲基硫酸鏻为原料合成三胺甲基氧化膦,并将其和4,4′-联苯二甲酸作为原料合成含磷超支化半芳型聚酰胺。通过红外光谱(FT-IR)、核磁(氢谱 ¹HNMR、碳谱 ¹³CNMR、磷谱 ³¹PNMR)对三胺甲基氧化膦和含磷超支化半芳型聚酰胺进行结构表征,并计算聚合物的支化度为0.69。采用热重分析(TG)、动态热机械分析(DMA)、微型量热仪(MCC)对聚合物的性能进行分析。结果表明,含磷超支化半芳型聚酰胺具有较高的热稳定性和阻燃性。

以全氟聚醚硅烷、氟烃基硅烷、氨基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和苯基硅烷等为原料,经水解共缩聚,制备得到γ-甲基丙烯酰氧基丙基与全氟聚醚共改性的光固化氟硅树脂(PFSi)。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等表征方法对其进行测试,并对涂层整体性能进行研究。结果表明:氟组分质量含量为20%时所制树脂所构筑的光固化涂层UVPFSi表面疏水效果较好,水接触角可达到118°,透光率达到90.83%,涂层经5%硫酸浸泡及耐盐雾测试后表面完好,整体表现出优异的耐化学腐蚀性。

通过耐高温抗氧化、抗密闭降解体系和催化剂体系研究,制备得到一种聚酰亚胺固化成型用有机硅密封剂,并对其密封性能进行了考核验证。研制得到的有机硅密封剂耐温等级可达380℃,在350℃×24h老化后仍具备一定弹性,具备优异的耐高温抗密闭降解性能。此外,该有机硅密封剂在高达380℃的聚酰亚胺固化温度下,3MPa的压力下,能够保证热压罐成型工艺所需的密封作用,满足聚酰亚胺复合材料的批量固化成型的需求。

采用相同工艺条件对均聚和共聚聚丙烯腈(PAN)基原丝进行梯度预氧化处理,通过有机元素分析、X射线衍射、傅里叶红外光谱、光学显微镜分析两种原丝在预氧化过程中微观结构的变化规律。详细探讨了共聚单体的引入对原丝和预氧丝结构的影响,以期为碳纤维实际生产提供一定的理论基础。研究结果表明,共聚单体的引入影响了PAN分子链的规整度,降低了原丝的结晶度,增大了晶间距和晶粒尺寸,使原丝的晶体结构在预氧化过程中更容易被破坏,可以使原丝的预氧化反应变得缓和,从而使更多的PAN分子链形成稳定的交联结构,同时可以减弱皮芯结构,改善纤维的匀质性。

为了提高液体硅橡胶的性能,设计合成了一种活性六(2-烯丙基苯氧基)环三磷腈衍生物(HAPPCP)改性剂,研究了HAPPCP对加成型液体硅橡胶力学性能、热稳定性能、耐烧蚀性能及阻燃性能的影响。结果表明:相比于未改性体系,3份HAPPCP改性加成型液体硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率分别提升40.5%与204.4%,质量烧蚀率和线性烧蚀率分别降低了19.90%和55.70%,5份HAPPCP可使800℃的质量残留率提升由18.86%提升到30.15%;HAPPCP改性加成型硅橡胶的阻燃性能获得改善,使改性硅橡胶材料从易燃材料变为可燃材料,燃烧过程中总热释放速率下降、热释放速率峰值降低、释烟量下降,材料燃烧时的危险等级减轻。

采用静电纺丝制备了醋酸纤维素纳米纤维膜,并进行去乙酰化处理和引入Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃无机颗粒对聚氧化乙烯(PEO)电解质进行改性,可提高离子电导率,锂离子迁移数以及锂硫电池的循环稳定性。结果表明:经纤维素纳米纤维和LATP改性的PEO固体电解质在60℃下离子电导率达3.43×10^-4S/cm,锂离子迁移数达0.44,高于PEO固体电解质。改性PEO固体电解质在60℃,0.1C下初始放电比容量为844.13mAh/g,且达到了50圈循环。

分别采用绿色还原剂抗坏血酸(AA)和单宁酸(TA)对氧化石墨烯(GO)进行还原,制得还原氧化石墨烯(RGO)和TA修饰的还原氧化石墨烯(RGOA)。通过对RGO和RGOA进行表征和测试。结果表明:在水溶液体系中AA和TA均可有效地还原GO。制得的RGO和RGOA形貌、亲水性和导电性存在显著区别:RGO为具有较大比表面积且碎裂、无序固体结构,电导率显著提高,与RGOA相比还原程度更高,但亲水性较差;RGOA则由于TA的多酚羟基的引入,呈现为膨胀卷曲絮状结构,电导率有所提升,亲水性得到了明显的改善。

在共沉淀和阳离子交换法的基础上,采用无氢氟酸液相法制备了K₂TiF₆∶Mn⁴⁺窄带红色荧光粉,研究了氟化铵与硫酸(NH₄F+H₂SO₄)用量以及Mn⁴⁺掺杂量对样品结构形貌和发光性能的影响,将K₂TiF₆∶Mn⁴⁺与商用Y₃Al₅O₁₂∶Ce³⁺荧光粉及氮化铟镓(InGaN)蓝光芯片组合封装出白光发光二极管(WLED)器件。结果表明,制备的K₂TiF₆∶Mn⁴⁺红色荧光粉在～360nm和～465nm附近对紫外光和蓝光具有强烈的吸收,在600～650nm范围呈现出尖锐的发射峰。荧光粉的发光强度随着NH₄F+H₂SO₄用量的增加先增强后降低,当Mn⁴⁺掺杂量为10%(摩尔分数,下同)时样品表现出浓度猝灭效应。在NH₄F和H₂SO₄用量均为60mmol,Mn⁴⁺掺杂量为8%条件下,制备的荧光粉量子效率达到67%,用其封装的WLED器件显色指数为79.4,流明效率为80.62lm/W。

以硼酸盐为基质材料,通过溶胶凝胶-高温固相法制备了比表面积不同的球状、海胆状二氧化硅(SiO₂)纳米球前驱体,共沉淀法-高温固相法制备单掺杂YBO₃∶Eu³⁺和共掺杂YBO₃∶Eu³⁺、Tb³⁺包覆SiO₂纳米球核壳结构荧光材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、荧光光谱表征和CIE色度计算对制备的荧光材料的形貌及发光性能进行分析。结果表明:掺入Eu³⁺后,YBO₃晶格发生微小畸变且FT-IR谱图中吸收峰发生微小位移,证明Eu³⁺掺杂到YBO₃晶格中;YBO₃以块状结构包裹在SiO₂核结构表面。在395nm光激发下,单掺杂Eu³⁺荧光材料的612nm处发射峰强度最强,表现为Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁;基质材料在456nm光激发下,自激发蓝光;加入发射绿光的Tb³⁺进行白光的调制。利用275nm激发复合材料SiO₂@YBO₃∶5% Eu³⁺、7% Tb³⁺,对应色坐标为(0.3130,0.2936),色温为6834.43K,色纯度为7.4%,是一种近白光核壳结构荧光材料,有望应用于WLED的核壳复合荧光材料。

柔性电子器件是未来发展的趋势。柔性器件需要柔性的电源相匹配,而柔性电极材料作为柔性电源的核心,其重要性不言而喻。通过电化学沉积法将金属镍沉积在碳布表面,进而利用溶剂热硫化的方法制备了电化学性能良好的柔性硫化镍电极材料,采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、电化学工作站对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析。结果表明,在电流密度10A/g条件下,经过3000次循环后柔性硫化镍电极材料的比容量仍保持在1620F/g,具有良好的电容性能。

我国工业余热资源丰富,利用相变换热器回收余热用于建筑供暖为清洁供热提供了可靠的新途径。按不同比例制备了石蜡和硬脂酸二元混合相变材料,并对混合相变材料的相变温度、相变潜热、热导率的变化规律进行了实验研究,旨在寻找适合回收余热用相变换热器的储能材料。研究结果表明,62^#石蜡与硬脂酸混合物的相变温度在43～66℃范围内波动;当62^#石蜡与硬脂酸的配比为20∶80时,相变温度为62.73℃,相变潜热较大,为205.53J/g;二元混合物熔化潜热与凝结潜热相差不大,材料过冷度较小,是用于低温余热回收的相变蓄热换热装置的理想储能材料。将储能材料用于相变换热器中,储能材料熔化回收工业余热进行蓄热,蓄热量用于加热散热器回水,实现间歇性工业余热转变为连续输出热量进行供暖。

提出了一种抗老化、耐高温和力学性能优异的酚醛树脂基(PF)共固化阻尼复合材料制备工艺和界面性能表征方法。根据高分子合成理论和正交试验研制了氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)在150℃与酚醛树脂基体共固化的材料组分,解决了HXNBR与酚醛树脂不同步共固化的问题,开发了可与酚醛树脂共固化的粘弹性材料薄膜的制备工艺,研究了酚醛树脂基共固化复合材料的层间结合性能随HXNBR的厚度变化规律,并通过X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)证明了界面处化学反应的发生。

针对聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(PBAT)材料拉伸强度低的问题,通过物理共混法制备聚乳酸(PLA)增强的PBAT复合材料,研究了PLA用量对PBAT拉伸性能、微观相结构、热力学性能及化学组成的影响。进一步加入聚乙二醇400(PEG400)后,将复合材料制备成膜,并对薄膜拉伸性能和微观形貌进行研究。结果表明:随着PLA占比的提升,PBAT/PLA/CaCO₃复合材料的拉伸强度先增加后减小,而其断裂伸长率减小;PEG400的加入虽然在一定程度上降低了PBAT/PLA/CaCO₃复合材料的拉伸强度,但其提升了PBAT与PLA的相容性,故可显著提升复合材料的断裂伸长率;PLA含量为10%时,PBAT/PLA/CaCO₃/PEG400复合材料的拉伸强度和断裂伸长率较纯PBAT分别提升了9.43%和6.94%,使其应用范围得到广泛扩展。

采用溶胶-凝胶法在钠基蒙脱土(MMT)表面原位生长具有良好内部界面力的SiO₂,得到MMT接枝SiO₂(记作MMT-SiO₂颗粒),以十八烷基三甲基溴化(STAB)阳离子型改性剂对MMT-SiO₂颗粒进行插层疏水改性,得到改性MMT接枝SiO₂(记作MMT-SiO₂-STAB复合颗粒)。以MMT-SiO₂-STAB复合颗粒为增强相,聚二甲基硅氧烷改性环氧树脂(EP/PDMS)为基体,制备了EP/PDMS//MMT-SiO₂-STAB复合涂层。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、接触角仪对复合涂层的形貌、结构、接触角进行分析和测试。结果表明,STAB与MMT-SiO₂发生离子交换反应后附着在MMT端面,随着STAB用量的增加,MMT的层间距呈现先增大后减小的趋势。MMT-SiO₂-STAB中MMT的层间距越大,增强相与树脂之间的相容性越好,可有效改善增强相在基体中的分散稳定性以及复合涂层的耐磨损性能。制备的复合涂层接触角为(153.7±1.2)°,滚动角达到(8.9±0.6)°,超疏水特征明显。

含氟聚芳醚酮具有优异的力学性能、热性能和较低的介电常数,广泛应用于电子电器、集成电路等方面。随着科技的快速发展,对聚合物的疏水性能和防污性能提出了更高的要求。通过4,4′-二氟二苯甲酮和六氟双酚A、双酚A共聚制得一系列氟含量不同的聚芳醚酮共聚物(FPAEK),将其与全氟辛基三乙氧硅烷改性SiC纳米颗粒(F-SiC)复合,制备了超疏水F-SiC/FPAEK复合涂层。结果表明:随着六氟双酚A比例的增加,即含氟量的增大,FPAEK的玻璃化转变温度由151.5℃升高至160.4℃,水接触角从63.3°增大到105°,拉伸强度由50.2MPa提高到65.1MPa;当F-SiC含量为1%(质量分数)时,复合涂层的超疏水性能最强,水接触角可达173°。该复合涂层具有极低的浸润性、吸水性以及优异的自清洁性能。

以双马来酰亚胺树脂(BMI)为基相,碳纤维为增强型,氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)为粘弹性材料。用分子动力学模拟揭示180℃下HXNBR与BMI共固化机理,根据正交试验法通过改变硅烷偶联剂KH550和加工助剂WB212的含量,设计出性能优良的BMI基嵌入式共固化阻尼复合材料(ECCDS)。通过硫化性能进行测试,表明KH550和WB212的加入增大了阻尼材料的交联度和硫化特性。对其进行红外光谱和微观形貌分析,验证了 HXNBR与BMI之间确实有大量新的新化学官能团产生,并形成了互穿网格结构,使复合材料的层间结合性能显著提高。

采用溶胶凝胶-硬模板法制备介孔钙钛矿(LFO)前驱体,采用高温固相反应法制备g-C₃N₄,并采用冷凝回流法将LFO与不同比例的g-C₃N₄进行复合。通过X射线衍射、比表面积分析、扫描电子显微镜、循环伏安、线性扫描等方式对复合材料结构和性能进行表征测试。结果表明,LaFeO₃-70% g-C₃N₄(LFO-70%)氧还原电位为0.75V,半波电位为0.65V,初始电位为0.8V,具有最优异的氧还原催化性能。

以不同阴离子酸作为氧化步骤电解液,采用电化学剥离法制备氧化石墨烯。结果表明:SO^2-₄、NO^-₃和PO^3-₄这3种阴离子存在下均可制得氧化石墨烯。相同工艺条件下,当以硫酸为电解液时,SO^2-₄可通过促进生成 ·OH和降低石墨插层化合物表面张力生成氧化程度较高的氧化石墨烯。氧化石墨烯的氧化程度与其电容性能、循环稳定性和阻抗均呈正相关。硫酸作为电解液时制得的氧化石墨烯,在0.5A/g电流密度下比电容为30.5F/g,循环500圈后循环保持率为83%。

以天然植物酚酸-没食子酸为还原剂,在温和水热反应条件下一步合成制备了Ni_1-xSe(x=0和0.15)纳米粉体。同时,研究了水热反应中反应温度和溶液pH对产物组成的影响。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学测试等方法对水热产物进行分析与表征。结果表明,在水热温度为180℃、pH=12的溶液中,所得产物为单相NiSe;在水热温度200℃,pH=7的溶液中产物为单相Ni_0.85Se。其中,NiSe纳米颗粒表现出明显的电催化析氢反应活性,在电流密度为10mA/cm²时,NiSe电极的过电势为398mV,Tafel斜率为152mV/dec,并具有良好的稳定性。

将甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)与乙烯-辛烯共聚物(POE)进行机械共混和化学交联,制得具有热响应形状记忆特性的共交联VMQ/POE共混物,其形状记忆性能由交联、结晶、熔融所决定,其中交联程度对结晶和熔融有显著的影响。将着重分析交联剂对共混物的硫化特性以及热学、拉伸和弯曲形状记忆性能的影响规律。结果表明:添加交联剂的共混物胶料的硫化曲线呈现出焦烧、热硫化、平坦硫化等典型硫化特征,且胶料的交联速率和凝胶率均随交联剂用量增加而呈现增大的趋势。在相同的拉伸应力载荷下,随着交联剂用量的增加,共混物的最大应变值和固定率逐渐减小,而回复率先增大后减小;共混物的循环拉伸形状记忆稳定性较好,最大应变和固定率变化较小,而回复率有明显的增大。在相同的弯曲应力作用下,共混物的固定角度、回复角度、回复速度均随交联剂用量增加而呈现出增大的趋势。对比发现,当交联剂添加份数为0.5～1.0内,共混物具有较为理想的拉伸和弯曲形状记忆性能。

传统吸附剂只能对染料进行吸附而无法兼顾染料的降解。将二茂铁(Fc)作为芬顿反应活性基团及交联剂,壳聚糖(CS)作为骨架,通过乳液交联法制备了一种新型功能化多孔微球材料(CS-Fc)。CS-Fc不仅能够对阴离子染料甲基橙(MO)迅速吸附,通过引入催化降解也能够对阳离子染料亚甲基蓝(MB)实现迅速去除。其中,对MO的去除效率从32%提高到了99%,MB从5%显著提高到了99%。CS-Fc/H₂O₂体系在中性及高浓度废水条件下依然能保持95%以上的高去除率。通过自由基猝灭实验可知,羟基自由基是参与降解的主要活性氧。微球通过简单的离心、水洗快速回收,五次循环后去除率超过85%。这种功能化的绿色环保多孔微球有望成为处理广谱污染物有前途的材料。

采用氧化-还原聚合制备了聚丙烯酰胺/桃胶多糖/凹凸棒土杂化水凝胶(PAAm/PGP/ATP),以其作为吸附剂去除水溶液中阴离子染料新胭脂红。采用傅里叶红外光谱、热失重、扫描电子显微镜等手段对杂化水凝胶进行了表征,并研究了杂化水凝胶的吸附动力学、热力学和等温吸附行为。结果表明:通过氧化-还原聚合制备了含有微米孔道的杂化水凝胶,最大吸水率为11.2g/g。PAAm/PGP/ATP杂化水凝胶达到吸附平衡的时间为10min,吸附过程符合准一级动力学模型,为吸热的自发过程,且符合Langmuir等温线模型,杂化水凝胶对新胭脂红的最大吸附容量为504.5mg/g。

以小麦秸秆生物炭(BC)作为载体,采用原位聚合法,通过控制BC热解温度和N-苯基甘氨酸/生物炭(NPG/BC)质量比等合成条件,制备了一系列生物炭/聚(N-苯基甘氨酸)(BC/PNPG)复合吸附剂,研究合成条件对Sb(Ⅲ)吸附性能的影响,并通过SEM、FT-IR和XPS等表征手段揭示吸附机理。结果表明,BC对Sb(Ⅲ)的吸附量随热解温度的升高而增大,最大为7.55mg/g。热解温度为800℃、NPG/BC质量比为5∶5、合成环境为酸性条件下,制备的BC₃/PNPG-5∶5-S对Sb(Ⅲ)的吸附量为17.65mg/g,是BC的2.3倍。该复合吸附剂对Sb(Ⅲ)的吸附机制包括苯胺基与Sb(Ⅲ)的螯合作用、带正电荷的质子化双极化子对Sb(Ⅲ)的氧化作用和带正电的PNPG与Sb(OH)^-₆之间的静电相互作用。

以废革屑作为载体,通过戊二醛交联剂将壳聚糖嫁接于革屑上,制备胶原纤维基吸附材料,研究了其对酸性红A-2BF的吸附性能。分析了染料废水的pH、吸附剂用量、染料初始浓度、吸附时间对吸附性能的影响,对该吸附过程建立了适当的模型,描述了其吸附行为,对吸附机理进行了探究,用红外光谱表征了改性前后废革屑的结构。结果表明,在废液初始浓度为100mg/L,pH=4.0,吸附剂添加量为0.05g/100mL条件下吸附2.0h,吸附剂对溶液中染料的吸附率和吸附容量分别达到96.7%和188.2mg/g。该吸附过程符合拟一级动力学和Freundlich等温吸附模型,且为自发的吸热过。FT-IR分析表明,壳聚糖成功接枝到性废铬革屑,可为吸附染料提供吸附位点。

随着抗生素的广泛使用,多重耐药菌的不断出现已经成为影响人类健康的重大问题。传统低分子量抗菌材料在单独使用时难以达到预期的抗菌效果,此外生物相容性和稳定性等问题亦使其应用范围受到限制。具有多样化合成策略且更加高效的高分子抗菌材料的出现为对抗病原微生物提供了新方法。与低分子量的有机或无机抗菌材料相比,高分子抗菌材料有着良好的生物相容性、功能可控性和更多样的结构设计,可通过多种方式对细菌产生抑制和杀灭作用,现已在治疗耐药菌感染、伤口敷料、靶向抗菌、抗菌涂层等方向得到广泛使用。根据合成策略和作用机制对现有高分子抗菌材料进行了总结分类,提出目前发展存在的问题并对其未来的发展方向提出了展望,以期发挥高分子抗菌材料的优势并将其应用于更加广泛的领域。

石墨烯具有优异的导热性、导电性、机械强度高、且柔韧性好,同时还兼具高比表面积与易进行化学改性的特点,广泛被作为电催化剂载体/电催化剂用于燃料电池。首先对近5年石墨烯基材料负载贵金属催化剂的制备方法进行了综述;其次着重分析了还原氧化石墨烯载体(rGO)、掺杂石墨烯、改性石墨烯这三类石墨烯基载体负载贵金属在电催化反应中的最新研究成果与进展,并且比较了不同石墨烯基材料构筑电催化剂的电催化性能,探讨了石墨烯基载体作为电催化剂载体的优势和挑战;最后对石墨烯基材料作为电催化剂载体的发展趋势进行了总结和展望。

敷料作为覆盖伤口的医用材料,是关乎人们健康的重要产品。作为皮肤替代物的敷料,在创伤性伤口的治疗中发挥着重要的作用,然而,传统的医用敷料存在易感染、造成二次伤害、患者舒适度低等问题。因此,开发新型伤口敷料并改进传统敷料具有重要意义。碳材料作为敷料材料,具有生产成本低、生物相容性好、吸附性强以及机械性能优异等优点,因此碳材料敷料具有良好的杀菌活性和更强的伤口愈合能力,具有广阔的发展前景。阐述了伤口愈合的原理,简要介绍了碳材料作为医用敷料的发展历史,综述了碳材料敷料的种类及应用情况并展望了未来碳材料敷料的发展前景。

为了响应国家“双碳”战略,绿色制备了高强伸耐老化的乙丙胶粉基聚丙烯热塑性弹性体,优化了乙丙胶粉与聚丙烯的橡塑比,确定了相容剂的品种、用量,优化了乙丙胶粉与聚丙烯的化学接枝工艺。结果表明:环保相容剂2,4-二叔丁基过氧化异丙苯(BIBP)与硫磺S₈并用,乙丙胶粉基聚丙烯热塑性弹性体的力学和耐老化性能优异,拉伸强度达20MPa,扯断伸长率达800%以上,可用于耐老化汽车配件、码头缓冲器、各种胶管胶板等产品的负碳制备。

Janus是一种两面具有不同结构,具有可调控性和两亲性的颗粒。根据其可调控性的特点开发了多种响应性Janus颗粒并应用于不同领域。磁响应性、光响应性和pH响应性Janus颗粒是技术较成熟且应用较广泛的材料。介绍了磁响应性、光响应性和pH响应性Janus颗粒的制备方法、催化性能及应用情况。

作为一种新型的三维石墨烯材料,石墨烯泡沫具有独特的网络/骨架结构,在诸多领域表现出比二维石墨烯更大的性能优势,但其自身结构的高孔隙率和低机械强度也给石墨烯泡沫的应用带来很大限制。采用化学气相沉积(CVD)方法,以2mm厚商用泡沫镍为生长模版制备出石墨烯片/层厚度在150～350nm,可独立支撑的三维石墨泡沫。进一步通过优化制备过程的碳氢比和压缩生长模板,获得了高质量的压缩石墨泡沫。实验证实石墨烯层更厚,结晶度更高,网络骨架结构更加致密的压缩石墨泡沫具有十分优越的电热性能。在3V的低驱动电压下,适度压缩的高质量石墨泡沫电加热温度可达580℃,比常规制备石墨泡沫加热温度提升了220℃左右。还证实了压缩石墨泡沫电热除冰效果显著,在具有高效传导加热的同时,兼具优越的辐射加热能力。作为一种高效节能的新型电热材料,压缩石墨泡沫在家用电器、人工智能、健康医疗、能源、热管理等领域都有巨大的潜在应用价值。

成炭剂作为膨胀阻燃炭层形成的基础,在膨胀阻燃体系中发挥着至关重要的作用。多羟基类成炭剂主要为多元醇及其衍生物类成炭剂和生物质多糖类成炭剂,总结了多羟基类成炭剂的特点及应用情况,并对多羟基类成炭剂的发展趋势进行了展望。

掺杂氯化锌、氯化锂、二水合氯化铜、氯化铁、氯化镁等无机盐,采用原位聚合法制备了无机盐掺杂聚苯胺棉织物,通过场发射扫描电子显微镜、超快速显微拉曼成像光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪等对棉织物的微观形貌、结构和热稳定性进行分析并研究了其光电热性能。结果表明:聚苯胺在棉织物上发生聚合反应,赋予棉织物出色的导电性,电导率可达15.7S/m;氯化锂掺杂聚苯胺棉织物的光热性能最佳;在电热性能方面,氯化铜掺杂聚苯胺棉织物电导率最高,可达57.4S/m。发热织物能够根据人体需求调节温度,氯化锂掺杂聚苯胺棉织物在600W/m²光照强度下温度可达65.0℃,氯化铜掺杂聚苯胺棉织物在9.0V电压下表面平均温度可达40.1℃,与聚苯胺棉织物相比,光热和电热性能分别提高了8.2%和45.8%

二维材料是指电子仅可在两个维度的纳米尺度上自由运动的材料,由于其独特的层状结构、高比表面积及良好的化学可修饰性,在物理、化学和纳米技术领域有着广泛的应用前景。此外,不同的二维纳米材料具有潜在导电性、高导热性、催化活性及抗紫外能力,可满足不同材料的特殊使用需求。当二维材料作为阻燃剂使用时,可以形成有效物理屏障,提高基材热稳定性,降低材料的易燃性,保障材料的使用安全。对层状双氢氧化物(LDHs)、过渡金属二硫化物(TMDs)、黑磷(BP)和六方氮化硼(h-BN)等二维材料作为阻燃剂使用时的制备技术和阻燃性能进行了详细阐述,并对二维材料未来的研究发展方向进行了展望。

以稀土冶金过程产生的废渣(稀土石膏)为原料,采用微波法制备硫酸钙晶须,随后探讨母液循环对硫酸钙晶须制备及其晶型转化的影响,明确了硫酸钙晶须晶型转换条件,最后探究硫酸钙的性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重-差热分析仪(TG)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和原子力-拉曼光谱仪和荧光光谱仪(F-4600)等仪器对硫酸钙晶须的结构、形貌和性能进行表征和分析。结果表明:母液循环3次后,晶须的形貌和晶体结构稳定,平均长度为92.4μm,长径比为13.7,可见母液循环方案可行。循环后的产物通过调控干燥温度进行烘干,在80℃、90℃和420℃下分别制备出二水、半水和无水硫酸钙晶须,3种硫酸钙晶须均具有吸收紫外光和发射蓝光的性能,其中半水硫酸钙晶须的发光性能最好。固废与母液循环提高了废渣和废液处理过程中的资源利用效率,减少了对环境的不良影响。通过对硫酸钙晶须晶型的调控并赋予硫酸钙晶须发光特性,为探究硫酸钙晶须应用领域提供新方向,同时为稀土冶金的清洁化生产提供了新思路。

以羧甲基纤维素(CMC)、竹粉(BP)为主要原料,以聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)为交联剂,制备了可降解CMC/BP吸水树脂。探究了BP用量、交联剂用量和反应温度对CMC/BP吸水树脂性能的影响,通过X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜对CMC/BP吸水树脂的微观形貌、结构进行表征并测试了其吸水性能和保水性能。结果表明当CMC用量为4g,BP用量为5g,PEGDE用量为13mL,反应温度为60℃时,制备的CMC/BP吸水树脂吸水率达到21.1g/g,吸水120h后保水率达到55%,吸水和保水性能最好。