金属有机骨架(MOFs)具有独特的多孔结构、大的比表面积和丰富的活性位点,在光催化产氢研究中常作为高效助催化剂的载体和分散平台,也成为设计新颖结构的模板牺牲剂。近年来,出现了一些具有窄带隙的MOFs,其自身就可以实现高效产氢,显示出在光催化产氢中的巨大应用潜力。综述了近十年MOFs基材料在光催化产氢方面的研究进展,在总结前人工作的基础上进一步展现了MOFs基材料在光催化产氢应用的潜力,并为未来的研究方向提出建议。

柔性金属有机框架(F-MOFs)是一类具有独特动态孔隙系统的多孔吸附材料。形变机理和结构设计的差异直接影响材料的柔性特性,进而改变其气体吸附、分离性能等。首先介绍了F-MOFs的柔性机制和形变机理;探讨了优化F-MOFs的调控策略与设计方法;进一步总结了柔性材料在CO₂捕获、烃类纯化等方面应用的研究成果;最后展望了其未来发展的方向和可能性。

全球变暖加剧了氮和磷的排放,导致水富营养化问题日益严重,严重污染了水生环境。因此,寻求高效、经济、环保的藻类去除技术已成为一个重大热点问题。金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子或团簇与有机配体结合形成的具有纳米孔的结晶材料,具有吸附率高、比表面积大、吸附容量高、反应活性好、孔径可调、功能设计性强等优点。光催化是一种“绿色”技术,在光照射下产生电子和空穴,随后产生强大的活性氧物种(ROS),可以同时破坏藻类细胞结构及其在水体中产生的毒素或其他代谢物。MOFs和光催化在藻类去除领域都具有显著优势。总结了不同MOFs材料通过光催化去除藻类的原理和效果,并展望了该领域的未来研究方向,旨在为后续研究提供参考和指导。

随着工业化进程的加速与农业生产活动的扩大,废气废水的排放以及化学物质的滥用日益严重,对人类健康和动植物栖息地构成严峻挑战。因此,研发高效、精准、便捷、可重复且能实现可视化、快速准确检测的环境污染物监测技术显得尤为重要。金属有机框架(MOFs)材料作为一类新型的多孔晶体材料,在环境污染物检测领域展现出了卓越的性能。其中,稀土元素掺杂的MOFs(REMOFs),凭借其独特而优异的光学性质在环境污染监测领域具有巨大应用潜力。深入探讨了REMOFs的发光原理及其荧光检测机制。一系列具有代表性的研究成果表明,REMOFs能够巧妙地利用荧光传感技术,实现对环境中各类金属阳离子、阴离子以及有机污染物的精准检测。REMOFs的这些创新应用,为环境污染物监测技术的发展注入了新的活力,也为环境保护与人类健康保障提供了强有力的技术支持。

捕获并分离乏核燃料燃烧过后的放射性气体氪气(Kr)和氙气(Xe)在环境保护和经济发展等方面具有重要意义。使用巨正则蒙特卡罗方法研究了12种阴离子柱杂化的金属有机骨架材料(AP-MOFs)对Kr/Xe的吸附与分离性能,计算了AP-MOFs对Kr和Xe的单组分吸附及不同比例Kr/Xe二元混合体系的吸附。在单组分吸附过程中,互穿结构对Kr和Ar气体的吸附量和吸附热都远远高于非互穿结构。从密度分布可视图中能够看出气体分子均匀地占据在非互穿材料中骨架附近的位置,而对互穿结构的AP-MOFs材料,气体分子则是占据在孔道中心。在二元组分的混合体系分离中,当压强较低时,具有互穿结构的AP-MOFs对Xe的吸附选择性明显大于非互穿结构,但随着压强的增加,吸附选择性明显降低,而非互穿结构的MOFs材料选择性则无明显变化。

电子元器件中的热量集聚会导致热失效问题,同时器件产生的电磁辐射会干扰器件正常工作,降低器件使用寿命和影响人体健康。基于电子产品散热和电磁屏蔽的共同需求,重点阐述了导热、电磁屏蔽双功能碳纤维复合材料(CF/MXene)表面改性、结构设计等方面的研究,总结出开发该材料的关键突破点:构建三维网络、解决堆叠问题、增强界面效应;指出对应的优化手段,包括探索多种制备工艺、调控薄膜材料微观结构、优化材料内部界面性能及拓展研究多种MXene材料。研究该材料对于解决电子信息时代科技发展的桎梏具有重要意义。

生物质能源生产需要分离和提纯水中的乙醇,而目前传统乙醇分离富集技术获得的醇类纯度低且能耗高,新型高效分离提纯回收技术亟待开发。渗透汽化膜分离技术是一种绿色高效、操作简单的分离工艺,有望替代传统蒸馏技术用于醇类分离。膜材料作为渗透汽化膜分离技术的核心,是技术开发的关键。然而常规渗透汽化膜均存在分离小分子醇类效率低、选择性差等问题。介绍了渗透汽化膜分离水中乙醇的原料及国内外渗透汽化膜材料的开发现状,总结了传质原理的技术瓶颈,并提出了高效分离乙醇的渗透汽化膜材料开发与改性制备方案。

碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)复合材料因其优异的耐高温性、力学强度及摩擦学性能,在航空航天、汽车轻量化等领域的高端摩擦部件中展现出重要应用潜力。系统综述了近年来CF/PI复合材料摩擦学性能的研究进展,重点探讨了CF表面改性处理、多尺度协同增强复合材料和聚合物填充改性调控策略等对复合材料摩擦磨损行为及性能的影响,揭示了不同改性技术的适用特性及技术瓶颈,建立材料结构优化与摩擦学性能的构效关系,最后总结当前CF/PI复合材料在摩擦磨损领域应用中存在的问题,并对其未来发展进行展望。

对近10年来纳米颗粒嵌入型阻变存储器(RRAM)的性能和电阻的转换机制进行了综述。在RRAM器件的电阻转换层中嵌入纳米颗粒能够有效地改善或提升器件的性能。首先,电阻转换层中的金属纳米颗粒作为电荷捕获和释放的场所,增强局域电场,促进氧离子迁移,促使氧空位缺陷沿着最短路径形成导电通道;其次,在纳米颗粒组装层中,纳米颗粒之间存在着边界,这些边界为导电细丝的形成提供了便利;第三,插入到介质层中的纳米颗粒引导导电细丝的形成和断开,并通过减小导电细丝形成的随机性,改善了器件电阻转变的均匀性和稳定性。因此,从阻变存储器的结构、组成和电阻转换机理进行了论述,总结了将金属或金属氧化物纳米颗粒嵌入介质层中对器件电阻转变性能的影响,最后,展望了纳米颗粒嵌入型阻变存储器的发展趋势和应用潜力。

电极材料是影响超级电容器、电池等储能元件性能的核心要素。双金属氧化物电极材料具有比单一金属氧化物高几个数量级的电导率因而可以实现更高的输出功率密度。其中,双金属氧化物钴酸镍(NiCo₂O₄)由于具有良好的高电导率、超高的理论比容量、耐腐蚀性和低毒性等优点备受关注。通过对NiCo₂O₄形貌的调控可以获得高性能电极材料。主要针对纳米线、纳米片、纳米管、纳米球、纳米花等多形态双金属氧化物NiCo₂O₄电极材料,探索了各种制备方法的基本原理、特点以及对纳米NiCo₂O₄形貌的调控规律;简要说明了材料形貌与尺寸对其性能影响的机理及规律。

螺旋结构纤维作为一种新兴的纤维材料,凭借其独特的三维螺旋结构以及优异的伸长率和弹性特性,在吸附过滤、柔性电子设备、生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。总结了螺旋结构纤维材料的制备方法,介绍了螺旋结构纤维材料在不同领域的应用进展。随着对螺旋结构理解的不断深化,螺旋结构纤维材料在医疗诊断、组织工程和传感等领域有望实现更为广泛的应用,展现出极具吸引力的发展前景。

共价有机框架(COFs)的可功能化、高比表面积和可调节的孔径使其具有了各种各样的应用。环糊精起到的包合作用使其在医药业、食品业、药物分析上都有广泛的使用。将上述两种物质合成的材料即环糊精修饰共价有机框架(CD-COFs)进行总结概括,综述了CD-COFs的合成制备方法,包括“Click”反应、席夫碱反应、中和反应等。CD-COFs作为一种多功能的多孔材料,在气体吸附、药物传递、荧光传感和分离分析等领域得到了独特的探索和应用。

固体推进剂的燃烧性能是决定火箭发动机性能指标的关键因素。系统综述了近年来固体推进剂燃烧性能调控技术的研究进展,重点分析了固体推进剂不同组分、粒径及催化剂对燃烧速度、压强指数的影响。通过减小高氯酸铵粒径、使用超细铝粉及引入六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)或碳材料的复合催化体系可显著提升推进剂燃速、降低压强指数并增强稳定性;同时提出含能金属配合物通过原位生成的纳米复合材料兼具高效催化和环保特性,是替代传统铅铜盐催化剂的重要发展方向,未来需重点研发绿色多核含能配合物以解决能量损失与环境污染问题。

过渡金属碳化钼被认为是可替代贵金属的潜在催化材料之一,其性能主要依赖于制备策略,尤其是钼前驱体的设计和合成直接影响纳米碳化钼的粒径、分散性及纳米碳载体的结构和形貌。综述了近年来制备纳米碳化钼前驱体的设计策略及主要优缺点,介绍了纳米碳化钼在电催化、储能、传感和吸波领域的应用进展。

以木质纤维素生物质的再生利用为背景,聚焦于一类小众但独到的纤维素体降解策略,重点介绍了纤维素体的结构组成和作用机理,归纳了改善纤维素体结构稳定性和催化活性的优化工程,并指出了纤维素体在工业应用中面临的挑战。

对近年来水性丙烯酸树脂相关研究现状及研究热点进行可视化分析,为今后该领域的研究和理论发展提供建设性的参考。检索中国知网(CNKI)和Web of Science(WOS)自2000年1月1日—2024年6月30日发表的水性丙烯酸树脂的相关文献,利用CiteSpace 6.1.R4软件可视化分析年发文量、国家、机构、作者及关键词等。与水性丙烯酸树脂相关的文献检索结果分别纳入348和220篇中、英文文献,发文量总体呈阶梯式上升趋势。中文核心作者为于国玲、乔永洛、王学克,外文核心作者为Yan Xiaoxing、Guo Zhanhu、Shao Qian;国内外机构合作较为频繁,关于水性丙烯酸树脂的国内外研究主要集中在水性材料、改性、水性树脂等方面。水性丙烯酸树脂近25年来研究热度不断上升,粘合剂、涂料、包装材料等成为水性丙烯酸树脂的主流研究热点,医药高分子材料、生物基材料等将是水性丙烯酸树脂未来新的研究方向。

采用聚四氢呋喃(PTMO)与马来酸酐(MA)合成了羧基封端聚四氢呋喃(PTAC),将PTAC与环氧树脂(EP)共固化制备了PTAC/EP形状记忆复合材料。对其热性能、力学性能及形状记忆性能进行了表征,探究了固化温度(75℃和129℃)及PTAC含量对材料性能的影响。结果表明:两种固化温度下的PTAC/EP复合材料的热分解温度都在325℃以上,相较于未改性EP,PTAC/EP复合材料的最大热分解速率温度上升40℃,热稳定性良好;随着固化温度的升高,PTAC/EP复合材料的拉伸强度增加,断裂伸长率降低;随着PTAC含量的增加,PTAC/EP复合材料的韧性增加,75℃固化的50% PTAC/EP复合材料的断裂伸长率达139.35%;动态热机械分析(DMA)测试表明PTAC/EP复合材料的玻璃化转变温度在45～70℃范围内可调节;经过3次形状记忆循环测试后,129℃固化的PTAC/EP复合材料的形状固定率和形状回复率都大于129℃下固化的PTAC/EP复合材料,其PTAC含量为5%～40%的形状固定率均在95%以上。

SiO₂气凝胶优异的隔热性能使其受到广泛关注,但其特异的声学性能尤其是隔声性能仍需进一步发掘。以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源,去离子水为溶剂,冰醋酸和氨水为酸碱催化剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,通过溶胶-凝胶和CO₂超临界干燥工艺制备出柔性SiO₂气凝胶。分析了SiO₂的微观形貌、导热系数、力学性能以及隔声量。结果表明:所制备的样品(25mm厚)隔声量可达28.99dB。CTAB可在不改变样品密度的条件下通过调节样品孔径同时提高其隔热、力学以及隔声性能。而MTMS用量可以同时改变SiO₂气凝胶的孔结构以及密度,对材料隔声性能影响较大。

通过对多种增韧剂进行筛选,制备了一种高韧性环氧树脂及其碳纤维复合材料。研究了不同增韧剂的增韧效果以及核壳粒子增韧剂对树脂冲击韧性、固化行为、工艺性及复合材料层压板力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜对树脂浇注体及碳纤维复合材料层压板的冲击断面进行了形貌分析。结果表明:核壳粒子增韧剂增韧效果较好,当核壳粒子质量分数为12%时,树脂浇注体冲击强度达到了64.90kJ/m²,与未增韧树脂相比提高了39.27%,碳纤维复合材料层压板冲击强度达到了134.21kJ/m²,比增韧前提高了43.7%,而且不影响树脂的固化反应;制备的高韧性环氧树脂工艺性较好,工艺窗口期长,有利于预浸料的制备。

针对传统温致变色微胶囊制备方法存在工艺复杂、对环境不友好且稳定性较差等问题,以热敏红、十二醇、双酚AF为复合芯材,聚醚砜为壁材,采用溶剂挥发法制备了温致变色微胶囊,通过扫描电子显微镜、动态光散射仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、差示扫描量热仪对其微观形貌、粒径分布、结构及热稳定性进行了表征与测试。结果表明,制备的温致变色微胶囊具有良好的热稳定性和储能效果。通过测试总色差值和相对色差值,得出该微胶囊变色温度在15～20℃、变色温度范围为10～30℃、且具备变色循环次数高、耐酸碱、耐溶剂、贮存稳定性能好等特点。

随着碳纤维/酚醛树脂(CF/PF)复合材料的广泛应用,对CF与PF基体界面结合效果的要求越来越高。为了提高CF与PF基体的界面结合效果,对CF和碳纳米管(CNTs)进行表面酸氧化处理和硅烷偶联剂改性,然后作为增强体与PF基体复合,得到CNTs-CF增强PF基复合材料(CNTs-CF/PF)。通过宏观和微观方法对复合材料进行分析测定,结果表明,硅烷偶联剂能够有效活化CF和CNTs表面,改善CF表面化学惰性和CNTs易团聚的劣势,提高CF、CNTs和PF基体之间的界面结合强度,从而提高复合材料的摩擦性能。改性后的复合材料表现出优异的摩擦性能,磨损率由11.89×10^-13m³/(N·m)降低到5.83×10^-13m³/(N·m)。

双马来酰亚胺树脂(BMI)具有高强度、耐高温、透波等优异特性,在航空航天、电子通信等领域具有重要应用价值,但其脆性较大地限制了其更广泛的应用。以烯丙基双酚A(DBA)和氰酸酯(CE)与环氧树脂(EP)的反应混合物(CE/EP)为改性剂,制备出了一系列BMI/DBA/CE/EP树脂,并采用万能拉力试验机、傅里叶红外光谱仪和热重分析仪等对其结构、力学性能、热性能及介电性能等进行了研究。结果表明,所制备树脂体系展现出良好的耐高温特性,其中BMI/CE共混树脂的表现最佳,其初始分解温度达到440℃;在介电性能方面也表现出色,可以满足透波复合材料的性能指标要求,尤其0.5BMI/CE/EP显示出最佳的介电性能(介电常数为2.25,损耗角正切为0.009)。随着CE/EP含量的增加,交联密度增大,提升了材料的拉伸强度和冲击强度。其中,BMI/CEEP共混树脂的性能最为突出,拉伸强度达到78.3MPa,冲击强度为10.69kJ/m²。

为制备氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)与铜金属复合材料,设计了一种由粘合剂A(密胺型亚甲基给予体)、粘合剂rs(亚甲基接受体)、癸酸钴组成的粘合体系,模拟计算了443.15K(170℃)条件下HXNBR与粘合剂A和粘合剂rs反应的吉布斯自由能。通过力学性能和粘合性能测试,确定粘合体系最佳质量比为4∶3∶0.6。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪对HXNBR与铜金属复合材料的微观形貌、结构进行了表征,结果表明粘合体系的加入使层间形成大量的交联点,并且促进大量具有粘接作用的非化学计量硫化亚铜Cu_XS的产生,证实了在硫化过程中发生微观分子交联反应,使橡胶和金属紧密地结合,制备的复合材料粘接强度、力学性能优异。

通过自组装的方式,将水溶性杯[4]磺酸盐(C4)修饰到石墨烯(GN)表面,通过各种表征手段表明,获得了水分散性GN-C4二元纳米复合材料。将其修饰在电极表面,考察尿酸的电化学反应。结果表明:GN-C4既表现出C4的超分子识别和富集能力,又展现出石墨烯的大比表面积和导电性能,两者协同促进尿酸的电化学反应,表现出较好的电化学检测能力。GN-C4对尿酸的电化学检测具有较宽的线性范围(5～100μmol/L),也具有较低的检测限(1μmol/L)。

为提升热致型复合纤维的力学性能,以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)和改性聚酰胺粉(记作PA6)为原料,采用熔融共混法和熔融纺丝技术分别制备了具有形状记忆功能的热致型PETG/PA6聚合物和热致型PETG/PA6复合纤维。通过差示扫描量热仪、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、单纤维强力机对复合纤维的热性能、热稳定性、官能团及力学性能进行分析和测试,研究了PA6含量对复合纤维结构和性能的影响。结果表明:PA6质量分数为10%时,热致型PETG/PA6复合纤维力学性能较好,抗拉强度为69.5MPa,相较于纯PETG纤维抗拉强度提高了44.1%;热致型复合纤维的形状记忆固定率和形状记忆回复率分别为91.7%和88.9%,具有良好的形状记忆功能。

以脲甲醛树脂(UF)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)为原料,添加硅树脂聚醚乳液(MPS)和十二烷基硫酸钠(SDS),采用物理发泡技术制备了脲甲醛/羟丙基甲基纤维素泡沫吸水材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪分析了材料的微观形貌、化学结构及晶型结构。结果表明:当HPMC质量分数为1.1%、UF质量分数为20%、SDS质量分数为1.5%、MPS质量分数为2%时,泡沫吸水材料性能最佳,其吸自来水倍率可达12.36g/g,吸去离子水倍率为14.55g/g,吸质量分数0.9% NaCl溶液倍率为10.42g/g,保水时间超过168h;重复吸水10次后仍能达到第1次吸水倍率的50%左右。

采用原位生长法,在紫铜网表面构筑氢氧化铜微米级粗糙结构,在均苯三甲酸的作用下,氢氧化铜微米级粗糙结构进一步转化为铜基-金属有机框架(HKUST-1)晶体层,制备了具有超亲水水下超疏油特性的HKUST-1复合网(HCM网)。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线多晶粉末衍射仪对网表面的微观形貌、化学官能团及晶体结构进行了表征,评价了HCM网的润湿性、油水分离性能、重复利用性及化学稳定性。结果表明:由于HKUST-1晶体固有的亲水性及网膜表面微纳米晶体堆积的粗糙结构,HCM网在空气中的水接触角为0°,在水下二氯甲烷的接触角为152.6°;对汽油、煤油、柴油、正己烷、二氯甲烷与水混合物的分离效率均大于99.5%,通量最高可达78526L/(m²·h),经过30次重复实验后,油水分离效率仍高于98.6%,通量衰减小于3%,表现出优异的油水分离性能及可重复使用性。经过-10～250℃温度变化、2～22h紫外线照射、pH=2～12强酸碱浸泡、质量分数 1%～5%氯化钠溶液浸泡后HCM网的分离性能没有受到显著影响,油水分离效率高于98.3%,通量衰减小于2%,具有良好的热稳定性和化学稳定性。

为了提高纳米ZnO光催化剂的光利用效率,以羊毛蛋白质基生物碳为载体,通过原位沉淀法以不同煅烧时间制备了纳米ZnO/生物碳复合光催化剂。采用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、荧光发射光谱等对其进行表征,探究了复合光催化剂结构与光催化性能的关系及光热协同催化性能。结果表明,随着煅烧时间的延长,纳米ZnO在生物碳表面的负载量增加,制成率下降;500℃煅烧60min所制备的复合光催化剂对直接桃红12B的光催化降解率最高,为88.9%,降解过程符合准一级动力学模型,20℃时降解速率常数是纳米ZnO的2.2倍,5次循环利用后光催化降解率仍能达到初次使用的89.3%。纳米ZnO/生物碳复合光催化剂具有比纳米ZnO更优异的光热协同催化性能。

基于熔喷非织造技术,以流动性助剂/尼龙6(H-30/PA6)共混体系为主要原料,研究了助剂含量、温度对共混体系流变性能及热性能作用机制,并成功制备PA6熔喷非织造材料。结果表明,流动性助剂含量对共混体系的最大分解速率对应温度(T_max)、熔融温度无影响,但可提升纤维的结晶度。当流动性助剂质量分数为7%时,PA6共混体系熔融指数达到286g/10min;剪切速率在0～3000s^-1范围内时,共混体系表观黏度下降了47.73%;黏流活化能在720～4510s^-1范围内降低了22.77%。流动性助剂的加入提升了PA6的流动性能,降低了PA6熔喷材料的制备难度,利用PA6共混体系制备的H-30/PA6熔喷布呈现经典的三维网状结构,纤维的直径在2～4μm,分布概率约为60%。

选用三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)和10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)为阻燃剂,采用熔融共混法制备尼龙56(PA56)/DOPO-HQ、PA56/MCA阻燃复合材料,基于Jeziorny法和Mo法探讨了DOPO-HQ和MCA对PA56非等结晶行为的影响。结果表明:两种阻燃剂均能使PA56晶体的生长方式由二维片状转变为一维针状,但对结晶动力学的作用相反,其中加入DOPO-HQ使PA56的结晶速率减小,半结晶时间延长。Jeziorny法不能准确反映阻燃剂对PA56非等温结晶动力学的影响,而Mo法表明DOPO-HQ削弱了PA56结晶对降温速率的依赖性。可为优化PA复合材料的加工工艺参数和性能调控提供理论支持。

为了最小化生物质前驱体不稳定所带来的影响,探究其微观结构、储钠规律以及用以提高其电化学储钠性能,采用不同的方法对生物质碳材料进行改性处理。通过对生物质碳材料不同程度的碳化、利用石油基材料对其进行复合、利用水蒸气对其进行改性并进一步修饰来构建更理想的微观孔隙结构。结果表明:当碳化终温在1300℃时,其首圈库仑效率(85.29%)、首圈放电比容量(381.16mAh/g)及循环稳定性的综合性能达到最优。采用石油基材料对生物质碳材料进行包覆复合处理,其微观形成了墨水瓶状孔隙结构,电化学性能也有相应提升。另外,采用水蒸气刻蚀法能很大程度地修饰生物质碳材料的微观结构,进而对其电化学性能的提升提供了巨大的增长潜力和可能。

为了揭示纬密对芳纶三维贯穿角联锁复合材料拉伸性能的影响规律,制备了3种规格的复合材料(经密均为24根/cm,纬密分别为18根/cm、21根/cm和24根/cm)。分别采用实验和有限元分析法对上述材料进行了拉伸性能研究,并分析了材料的失效机制。结果表明:经向拉伸强度随纬密的增加单调递减,纬向拉伸强度随纬密的增加单调递增;增加经纱数量可以改善三维贯穿角联锁复合材料经纬向拉伸性能的差异性;复合材料在承受拉伸载荷时,与拉伸方向取向相同的纱线为主承载体,树脂起到固定纱线和传递应力的作用。

采用浸渍-热分解工艺,在氟掺杂氧化锡玻璃表面制备了钛掺杂改性赤铁矿(Ti∶α-Fe₂O₃)光阳极,并通过一系列表征测试手段对Ti∶α-Fe₂O₃光阳极的物相性质和光电催化水分解性能进行了研究。结果表明:Ti掺杂处理为光阳极材料提供了更多的电化学反应活性位点,增大了其电化学活性表面积,提高了光阳极的载流子浓度,同时降低了电子转移电阻;与原始赤铁矿(α-Fe₂O₃)光阳极相比,Ti∶α-Fe₂O₃光阳极的光电催化水分解性能显著提高,产氢速率达到0.86μmol/h,在1.23V(vs.RHE,RHE为可逆氢电极)条件下光电流密度高达1.08mA/cm²,约为α-Fe₂O₃光阳极的2倍。

“中熵”是近年来出现的材料设计理念,中熵材料具有独特的性能。采用简单的固相反应法制备了中熵钼酸盐(MnCoNiZn)MoO₄,采用扫描透射电子显微镜、X射线多晶粉末衍射仪、X射线光电子能谱仪对其微观形貌、晶体结构和元素组成进行了分析和表征。将(MnCoNiZn)MoO₄用于超级电容器电极并研究了其电化学性能。结果表明:电流密度为1A/g时,(MnCoNiZn)MoO₄的比电容为407F/g;电流密度增加到15A/g时其比电容为321F/g;经过10000次充放电循环后,(MnCoNiZn)MoO₄的比电容保持值为73.4%,表现出较高的比电容保持率。

粘结剂作为电极材料中不可或缺的部分,具有固定活性物质、增强电极稳定性等作用。将4,4′-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)与2,2′-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷二胺(BAPP)通过缩聚反应得到聚酰胺酸粘结剂PAA-1,加入3,5-二氨基苯甲酸(DABA)进行共聚得到粘结剂PAA-2,将2种粘结剂分别与硅碳纳米材料、导电剂混合涂覆制作成锂离子电池负极片。通过傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪对粘接剂的结构和热稳定性进行分析,通过扫描电子显微镜观察含不同粘接剂的硅碳电极的形貌并测试了电极的电化学性能。结果表明:与商业粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)相比,PAA-1和PAA-2粘结剂与硅碳负极形成良好的交联网络结构,具备更好的粘结性能;在0.5C下充放电循环75圈后,PAA-1@Si/C和PAA-2@Si/C电极比容量分别为423.1mAh/g和437.7mAh/g,容量保持率分别为96.6%和99.8%,在5C下可逆比容量为284mAh/g,循环后形成了稳定均匀的固态电解质膜,为进一步开发硅碳负极用新型粘结剂提供了参考。

传统交联聚苯乙烯合成时,由于涉及含卤素的交联剂(如四氯化碳)进行Friedel-Crafts交联反应,与聚苯乙烯反应过程中不可避免地会释放出氯化氢气体,对环境和工业设施造成危害。鉴于此,使用非卤素型交联剂(二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷和二乙氧基乙烷)与废旧泡沫反应制得三种非卤素型交联聚苯乙烯材料(HCP),并将其应用于废水中酚类物质的脱除。研究发现,HCP利用其多孔结构、Lewis碱性和疏水性,与酚类物质形成π-π堆积、氢键、疏水作用等相互作用,对苯酚、对氯苯酚、2,4-二甲基苯酚等七种酚类物质均有良好的吸附性能,吸附量最高可达230.910mg/g,吸附速率在0.01～0.1min^-1。由此可见,HCP是一种绿色且具有实用前景的新型吸附材料。

氟硼二吡咯类有机分子因其优异的发光特性成为了近年来研究热点,其已广泛应用在框架材料、生物医学等领域。主要对两种氟硼二吡咯类化合物的合成进行了研究,优化了反应条件。与文献对比,两类分子的合成收率均有大幅提高,分别可达50%和80%以上,并对其结构进行了质谱和核磁氢谱表征。同时对BODIPY分子结构做了衍生化拓展,研究卤化反应及Suzuki偶联反应,丰富了此类分子的种类,拓展了氟硼二吡咯类的应用范围。最后对各类BODIPY分子进行荧光光谱表征。

混合基质膜结合了无机膜和聚合膜的优点,有望突破气体分离膜中选择性和渗透性之间存在的“Trade-off”限制。然而,提高气体分离性能的关键是选择结构与性能相匹配的无机填料和高分子材料,以及优化混合基质膜的制备工艺。选择多孔米糠基活性炭(RBC)作为填料,高CO₂亲和能力的聚醚嵌段酰胺(Pebax)为聚合物基质,利用溶液浇铸技术制备混合基质膜(Pebax/RBC)。采用BET比表面积和红外光谱(FT-IR)表征了RBC的微观结构,并借助FT-IR、X射线衍射(XRD)和热重(TG/DTG)对膜结构和热稳定性进行了表征。研究了RBC添加量、气体压力、测试温度和湿膜厚度对CO₂分离性能的影响,并采用混合气作为进料气探究了混合基质膜的气体分离性能及稳定性。结果表明:RBC被高分子链紧密缠结形成完好的有机-无机相界面,并且增加了高分子的链间距。制备的混合基质膜的渗透性可达580Barrer和CO₂/N₂选择性为61,超过了2008年的Robeson上限。此外,进料气为混合气(CO₂/N₂=15/85,体积分数)的测试条件下,Pebax/RBC连续测试360h后,其平均CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性仍能保持463Barrer和49。

利用低压冷喷涂技术在AZ91D镁合金上制备了Zn含量不同的Ni-Zn-Al₂O₃复合涂层。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层的微观结构与形貌进行分析,并对其沉积效率和力学性能进行研究。结果表明:喷涂过程中粉末未发生氧化或相变;随着Zn粉含量的增加,复合涂层截面孔隙率先减小后增大,Zn粉质量分数为14%时截面孔隙率达到最小值1.70%。Zn粉质量分数为14%时,复合涂层更容易沉积,沉积效率为15.87%,此时复合涂层的综合力学性能最佳,表面显微硬度和体积磨损率分别为193.3HV_0.2和2.29×10^-13m³/m。

当下水资源污染问题日益严重,淡水中有机染料污染物的去除面临重大挑战。γ-Al₂O₃作为一种新型孔材料可被广泛应用于吸附、催化、医药及新能源领域,但由于粉末γ-Al₂O₃材料在实际应用时的回收率较低,因此γ-Al₂O₃材料的制备及应用成本始终偏高。以异丙醇铝作为有机铝源,在不加入任何助剂的条件下通过溶胶-凝胶法和油-氨柱成型法制备出了纯度高、球形度好、抗压强度大、孔结构可调且具有较高染料去除能力的球形介孔γ-Al₂O₃材料。同时,探究了酸加入方式对材料孔结构等物化性质的影响。选取刚果红(CR)染料对制备出的球形γ-Al₂O₃进行吸附性能测试。结果表明:球形γ-Al₂O₃对CR染料溶液的去除率接近100%,在进行5次循环吸附试验后,对CR的吸附率仍维持在97%以上。这一简便、精细制备球形介孔γ-Al₂O₃材料的途径具有被广泛应用于废水净化、工业催化、材料生产及医药领域的潜在价值。

食品安全关乎民众健康,推动检测技术创新刻不容缓。量子点材料中的碳量子点,作为新兴碳纳米材料,因独特光致发光特性、来源丰富、合成环保及低细胞毒性等优势,在食品安全检测领域备受关注且前景广阔。整合了近5年前沿成果,详述碳量子点荧光机制、合成策略,探讨其在食品防腐、新鲜度评估、添加剂检测、污染物监测等方面的应用,并分析该领域面临的挑战与发展趋势,为后续研究提供参考。

以肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和石蜡(PS)为原料,采用熔融共混法制备了MA-PA-PS(MPP)三元复合相变材料,并对其进行性能表征。结果表明:MPP中MA、PA与PS的最佳质量配比为42∶20∶38,MPP的相变温度与相变潜热分别为40.63℃与177.27J/g;MPP中各组分是通过物理作用结合,并未发生化学反应;MPP具有良好的储热性能;MPP在温度不高于144.54℃时不发生分解,具有较好的热可靠性;在经历500次冷热循环后,MPP相变温度与相变潜热的最大偏差均小于10%,具有良好的热稳定性与化学结构稳定性。因此,MPP在建筑节能领域具有较好的应用前景。

以羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、纳米纤维素纳米晶(CNC)、螺吡喃(SP)为原料,在碱性条件下与环氧氯丙烷(ECH)发生交联反应,制备稳定性强、透明度可调控的纤维素-PVA光致变色水凝胶(PVA-SP-CPHs),并研究了纤维素与PVA质量比对水凝胶溶胀性能、变色性能等的影响。结果表明:当纤维素∶PVA=1∶1时,PVA-SP-CPHs具有优异的结构稳定性,干燥-溶胀循环次数经12次以上仍保持良好的结构稳定性。在此基础上,对PVA-SP-CPHs的形成机理进行详细阐述。可为新型光致变色材料、水凝胶织物整理剂及智能化变色织物的开发奠定基础,在单次信息解密防伪领域有应用潜力。

以智慧芽专利数据库检索碳纤维复合材料回收技术及研究专利,基于专利申请人、申请量等总结和分析了碳纤维复合材料回收发展趋势,并结合案例分析回收工艺、回收碳纤维的性能改进及应用状况。结果表明:碳纤维复合材料的回收应在工艺开发、环境保护、回收纤维性能等方面进行攻关,并对我国该领域的专利发展进行了总结和展望。

难降解有机废水是环境领域中的难题,若处理不当会对人类健康和生态环境造成严重危害,但目前常用的处理方法难以完全去除难降解有机物。薄膜型催化剂可同时实现物理分离和化学催化,且该技术具有废水处理效率高、无二次污染等特点,在环保领域备受关注。基于此,介绍了薄膜型催化剂的反应机理,综述了薄膜型催化剂的制备方法,包括共混法、表面涂层法和自下而上法;举例了薄膜型催化剂在几种难降解废水中的应用。最后,提出了当前薄膜型催化剂存在的问题并对未来的研究方向做出展望,为后续的技术研究提供启发与参考,以期制备出更加高效、廉价的薄膜型催化剂,提高难降解废水处理效果、减少环境污染。

聚氨酯泡沫(PUF)在多个领域均有较高应用需求。对PUF的制备及发展方向进行了系统综述,概述了PUF的制备方法,并从生物质PUF、PUF功能化、医用PUF和PUF的绿色回收四方面对PUF的研究现状进行总结分析。最后,在此基础上讨论了PUF材料的发展趋势,展望了PUF材料在不同领域的发展前景。

脊髓损伤是一种致残性和破坏性的中枢神经系统损伤,治愈难度大,是临床医学面临的一大难题。三维(3D)生物打印可以制造具有解剖学上精确的复杂几何形状和神经干细胞的空间分布的活神经结构,这在脊髓损伤的治疗中至关重要。介绍了脊髓损伤修复用3D生物打印支架材料的种类、3D生物打印技术的特点以及3D生物打印支架材料的应用情况。

高比容量的硅/碳材料在嵌锂-脱锂过程中,Si的大体积膨胀容易引起电极粉碎和脱落问题,最终导致循环性能衰减和电池寿命缩短,通过设计新型硅/碳材料粘结剂可以有效提升电池循环性能。利用戊二醛(GA)的双醛基团与聚乙烯亚胺(PEI)和多巴胺(DPA)的胺基能发生反应生成亚胺键(—CN—)的原理,制备三维网状结构的粘结剂(PEI-GA-DPA),并用于高比容量的硅碳负极材料的性能研究。与纯PEI和商业化PVDF粘结剂对比,研究PEI-GA-DPA粘结剂的粘结性能和循环性能。结果表明:当PEI∶GA∶DPA的质量比为90∶0.2∶9.8时,制备的Si/C@PEI-GA-DPA电极的平均剥离强度为3.28N,高于Si/C@PVDF电极(1.43N)和Si/C@PEI电极(1.33N)。在0.5C电流密度循环100圈,Si/C@PEI-GA-DPA-2电池的充电比容量为540.8mAh/g,优于Si/C@PVDF电池(489.6mAh/g)和Si/C@PEI电池(412.0mAh/g)。因此,通过亚胺键的生成制备的粘结剂PEI-GA-DPA具有更优异的粘结力,能显著提升Si/C电极的循环性能。

MXene作为一种创新的二维材料,具备诸多显著特性,如出色的电子迁移能力、多样的层状结构、较大的比表面积、显著的亲水性、丰富的表面活性位点以及优异的化学稳定性,使其在环境修复方面展现出巨大的应用潜力。简述了MXene及其复合材料的制备工艺,介绍了MXene基复合材料对水中重金属、染料、放射性物质以及抗生素等的处理研究进展,总结了MXene复合材料在水处理应用中的优缺点,指出了其应用的局限性和前景。

以甲苯胺蓝(TB)为模板分子,丙烯酰胺为功能单体,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,通过溶液聚合方法制得TB分子印迹聚合物。而后通过自组装法将聚合物附着于壳聚糖修饰的金电极表面制得TB分子印迹电化学传感器。采用差分脉冲伏安法(DPV)、循环伏安法(CV)和电化学阻抗法(EIS)表征了传感器的电化学性能,用扫描电镜对传感器膜表面进行形貌表征。优化模板分子的最佳投放量、洗脱时间对传感器制备的影响因素。实验结果表明,在0～40.0×10^-10g/L浓度范围内,TB分子印迹电化学传感器与TB有良好的线性关系,线性方程为y=0.0031x+0.0057,R²=0.9903,检出限为4.45×10^-9g/L。而且传感器的选择性、重现性和稳定性较好。将TB分子印迹电化学传感器应用于水样中的TB检测,测得加标回收率为102%。

基于中药材废渣高值化利用目的,以黄芪水提废渣为碳源前驱体,乙二胺为钝化剂,水热法一步绿色简便合成黄芪水提废渣衍生碳量子点(N-ACQDs)。通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱(FL)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的N-ACQDs进行表征。结果表明:所制备的N-ACQDs表面富含—COOH、—OH和—NH₂,可基于内滤波效应对Co²⁺进行特异选择性定量快速测定,荧光猝灭线性范围为2～60μmol/L(R²=0.99651),检出限为0.31μmol/L。将该方法应用于实际水样中Co²⁺测定,加标回收率为97.28%～103.24%,RSD<3.14%。此外,N-ACQDs也对革兰氏菌(S.aureus和E.coli)表现出良好的抑制活性,当其浓度为0.025μg/mL时可完全抑制自来水中S.aureus和E.coli的生长。因此,N-ACQDs在环境水体Co²⁺检测及抑菌方面均有良好的应用价值。