双电层电容器以碳材料为电极材料,具有功率密度高、循环性能好、充放电速度快等优点,但也存在能量密度低的问题。金属硫化物因具有独特的电子结构和丰富的氧化还原反应活性位点,被用于与碳材料复合构建复合电极以改善碳材料的电化学性能。主要介绍了通过水热硫化、高温硫化等方法实现金属硫化物对生物质炭、碳纳米管、石墨烯、碳气凝胶和碳纤维的改性,研究了复合电极的电化学性能,对比了超级电容器器件的储能性能,并展望了金属硫化物改性碳材料面临的挑战与发展趋势。

近年来,金属导电聚合物肖特基纳米发电机在学术界引起广泛关注。该发电机可以收集环境中的机械能,并将其转换成电子设备可以利用的直流电。然而,这种基于导电聚合物的纳米发电机产生的电流和电压较低,这限制了其在实际中的应用。可以通过对导电聚合物进行掺杂改性,提升材料性能,提高以此为基底的纳米发电机的输出性能。阐述了不同掺杂方法对导电聚合物影响的理论基础,以及这些改进对纳米发电机直流电输出性能具体的提升效果。最后,总结了导电聚合物基直流纳米发电机目前的发展趋势和面临的挑战。

基于可视化文献计量工具CiteSpace和文献分析,利用Web of Science核心库的文献题录数据源,对2000—2022年全球抗静电高分子材料的研究热点和发展趋势进行了分析和归纳。文献记录的时空分析表明2006年开始中国的科研力量主导了该领域的发展,并在2016年后引领该领域快速增长。合作关系图谱分析表明我国虽未形成核心作者群,但研究力量局部集中。通过对关键词聚类,将抗静电高分子材料的研究内容分为材料性能、材料制备、材料应用和抗静电剂4个部分;通过中介中心性探讨了聚类之间的逻辑关系。根据关键词时区图谱揭示了抗静电高分子材料演进路径和发展趋势,关键词突现表明石墨烯及其衍生物和离子液体作为抗静电剂有望成为下一阶段的前沿热点;将不同抗静电剂复用,以发挥协同效应将成为新的技术路径。

在锂离子电池中,正极材料是决定电池能量密度和循环寿命的关键因素之一,而粘结剂作为连接正极材料、导电材料和集流体的组分之一,对电极的结构稳定性和电化学性能发挥着重要的作用。聚偏氟乙烯(PVDF)是锂离子电池中使用的重要粘结剂,在充放电过程中,电极中脱锂和嵌锂的行为导致结构承受应力,引起PVDF粘结剂体积发生变化,这不仅导致了电池容量衰减,而且由于其相对较低的离子传导性,高倍率条件下性能表现不佳。总结了PVDF粘结剂在锂离子电池中的最新科研成果,深入分析了改性PVDF对锂电池电性能和电解质/活性物质界面形成的影响机制,系统阐述PVDF改性方式对提高锂离子电池性能的作用机理,展望了高性能PVDF粘结剂的发展方向。

生物炭是一类符合绿色发展理念的碳中性材料,丰富的孔结构、芳香化结构与缺陷特性使其在染料吸附方面表现出巨大潜能。活化修饰可有效改善生物炭的孔结构和表面化学特性,是提升染料吸附效能的有效途径。综述了生物质活性炭的制备方法及其吸附处理染料污染物的研究进展,详细论述影响染料吸附过程的因素并结合动力学特性对吸附机制展开分析。最后对生物炭吸附染料面临的挑战和解决方案进行总结和展望,以期推动生物炭在水处理领域的实用化进程。

随着材料科学、制备工艺以及传感技术的不断发展,基于电阻应变计和弹性体的刚性电阻应变传感器的性能有了很大提升,也在更多领域得到了广泛应用。基于柔性材料(如织物、高分子弹性体等)的新型柔性电阻应变传感器因高稳定性、轻量化、高灵活性、高应变系数等特性而备受关注。介绍了电阻应变传感器的主要参数,从材料组成、制备方法和创新应用等方面综述了刚性、柔性电阻应变传感器的研究进展并展望了其未来的发展前景。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种典型的碳基无金属光催化剂,具有低成本和环境友好的显著优点,逐渐成为催化和环境等领域的研究热点。然而,g-C₃N₄存在电导率低、电荷载流子复合率高等固有缺陷,基于g-C₃N₄的改性研究以提高其光催化性能已成为研究者的主要工作。对近年来有关g-C₃N₄的改性策略进行系统总结,主要包括结构微调和复合体系构建,并对其在光解水产氢、CO₂还原、环境污染物去除等环境领域的应用进行总结,对目前工作中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

天然橡胶乳液(NRL)资源丰富可再生、价廉、环境友好、综合性能良好,在电绝缘材料、轮胎制造、医疗器械、航空和食品包装等领域具有广阔的应用前景。NRL改性分为化学改性和物理改性,介绍了化学改性(卤化、环氧化、接枝共聚)和物理改性(添加天然高分子材料、纳米粒子)对NRL力学性能、粘接强度、热稳定性等的影响;综述了NRL在薄膜制品、胶粘剂、传感器及其他领域的应用进展,指出了NRL应用中存在的问题及改性发展方向。随着改性工艺的不断优化,NRL的研究将朝着低成本、高性能化方向发展。

相比传统制造方法,3D打印技术更为灵活,无需组装和额外增加成本,同时也更能满足对产品高精度、高质量、高效率的要求。其中,熔融沉积成型(FDM)技术因成本低、操作简单和使用方便而得到广泛应用。但是FDM技术使用的材料有限,打印的制品存在尺寸精度较差、表面粗糙和打印部件各向异性等缺陷。综述了FDM技术用打印材料的类型、工艺参数及应用进展,并展望了未来FDM技术的发展前景。

钼酸铋(Bi₂MoO₆)因其独特的层状结构和较窄的带隙而被广泛研究,钼酸铋基改性催化剂在废水治理、净化空气、绿色产能等方面均有优异的表现,在可见光响应下具有高催化活性和高稳定性的钼酸铋基改性光催化材料是目前研究的主要方向。简述了近几年Bi₂MoO₆的制备方法及其影响因素,重点介绍了二元及三元钼酸铋基改性催化剂的研究进展,分析了钼酸铋基复合催化剂材料目前存在的问题,并对今后的研究重点做出展望。

抗生素废水的排放会影响水生生物的生长,诱导产生危害性更大、更难以处理的耐药菌,对人体健康的影响已经引起广泛关注。光催化技术作为一种先进的高级氧化处理技术,在环境污染治理和能源转化等领域具有较强的代表性,在难降解的抗生素废水治理中已成为当前研究热点之一。介绍了光催化技术及其原理,综述了半导体耦合、纳米金属氧化物、贵金属负载、吸附性担载和钙钛矿光催化材料在降解抗生素废水中的研究进展,并分析了光催化技术与其他技术联用的优点,指出了未来光催化技术发展中需要解决的问题。

以双酚S、2,2-二(3-氨基-4-羟苯基)-六氟丙烷、4,4-二羟基二苯砜为原料,通过Williamson法制备一种含氨基的聚醚砜共聚物,通过与异氰酸酯-磺丙基甜菜碱反应得到两性离子聚合物;将其与聚醚砜(PES)共混溶解,经非溶剂致相分离法制膜。得到的共混膜渗透性提升1.18倍,蛋白截留率保持95%以上,具备良好的抗污性和力学性能。

将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)自支撑薄膜应用于摩擦纳米发电机(TENG)中的电极与正极摩擦材料,以代替传统的金属电极。在PEDOT∶PSS中掺杂离子液体(IL)以提高薄膜的导电性和力学性能,同时可以增强摩擦电的输出,从而实现摩擦纳米发电机的高效制备。研究了不同含量的IL添加下薄膜的电导率、力学性能及对摩擦电输出的影响,并对发电机的稳定性、输出功率和压力的响应进行了评估。结果表明,IL的加入使得自支撑薄膜的电导率提升了两个数量级,同时改善了其机械性能。在IL含量为40%时,摩擦纳米发电机的输出达到最大,在1Hz频率、12N作用力下开路电压和短路电流分别达42V和0.2μA,电压输出约为未掺杂薄膜的4倍;相应器件在4000次循环下仍具有优异的稳定性,在100MΩ负载电阻下的功率密度可达11.5mW/m²,灵敏度在 0～30kPa的压力区间下可达1.1V/kPa,表现出良好的自供电柔性压力传感器的应用潜力。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)被广泛用作气体分离复合膜中间层,但强疏水性的PDMS与大多数CO₂选择性材料界面粘附弱,严重影响膜分离性能和使用寿命,故需要进行表面改性。以无纺布基聚砜膜为支撑层,PDMS为选择层,通过添加氨基交联剂、预交联和控制热处理等方式制备了氨基修饰的PDMS复合膜,实现了PDMS表面功能改性和亲水性改善,同时有效抑制了带侧链基团的交联剂对膜空间结构的破坏,保持了CO₂高渗透通量与高选择性。研究了3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)用量对复合膜结构、性能的影响。结果表明:m(APTMS)∶m(PDMS)=0.8时复合膜综合性能最优,其CO₂渗透率为5437.407GPU,CO₂/N₂选择性为10.680;m(APTMS)∶m(PDMS)大于0.4时,复合膜表面水接触角小于91°,相较于未改性PDMS复合膜水接触角(117.84°),水接触角降幅超过22%。

利用四氢呋喃(THF)、甲苯和二甲基甲酰胺(DMF)形成的混合溶剂,以超声波喷雾沉积方法在航空铝合金基材表面制备了氟端基聚氨酯涂层,研究了不同混合溶剂成分的条件下涂层的显微形貌和表面相位,表征了制备涂层的紫外-可见光光吸收性能。结果表明:高挥发性的四氢呋喃在混合溶液中含量超过20%时,涂层表面均可观察到咖啡环现象,容易诱发针孔缺陷。然而涂层表面的微观波动随溶液起伏明显,其接触角大于100°。所制涂层样品的紫外线透过率在紫外线区域小于20%,而透过率在紫外-可见光波长范围内显著变化。

分别采用80目与150目可膨胀石墨(EG),在制备阻燃聚脲(PUA)弹性体的基础上,采用热重分析、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热、扫描电镜、拉伸、撕裂等一系列测试对PUA热性能、阻燃性能、燃烧行为及力学性能进行了系统研究。结果表明,两种粒径的EG对PUA均具有较高的阻燃效率,在5%的80目EG或15%的150目EG添加量下,PUA在垂直燃烧测试中均能表现出离火自熄性,熔滴现象消失,通过UL-94 V-0等级。同时,其热释放速率峰值、总热释放、总烟释放等火安全行为参数大幅下降。阻燃PUA燃烧后表面形成蠕虫状的膨胀炭层,有效保护了内部PUA基体。EG加入后PUA的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度的保持率在74.0%以上,且在168h热氧老化处理后仍具有较高的力学性能及阻燃性能。

P2型层状正极材料Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂具有成本较低、工作电压较高等优点,是目前钠离子电池代替铅酸电池最有希望的正极材料,但其较差的循环保持率,制约了它的实际应用与发展。采用痕量ZnO包覆对P2型层状正极材料Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂(NNMO)进行痕量包覆改性。结果表明:在2.0～4.3V、2.0C的充放电条件下,NNMO和0.5 ZnO@NNMO的首圈放电比容量分别为84mAh/g、101mAh/g,100圈后NNMO保持率仅为68%,而经过ZnO改性的0.5 ZnO@NNMO保持率高达94%。与空白样品相比,0.5 ZnO@NNMO电化学性能更好,可逆性更强。这是因为即使是痕量的ZnO包覆亦能与基体材料协同作用提升材料的离子导电性。可见,痕量ZnO包覆对提升钠电池层状正极材料的实际应用性有很大作用。

通过双螺杆挤出注塑成型技术制备了一种聚芳醚腈基玄武岩纤维增强复合材料(PEN/BF),通过万能材料试验机、热失重分析仪和动态热机械分析仪研究了添加不同含量玄武岩纤维对复合材料力学性能及热性能的影响,并采用扫描电子显微镜和摩擦磨损试验机对材料的表面形貌和摩擦磨损性能进行了测试和分析。结果表明:通过加入玄武岩纤维,聚芳醚腈基玄武岩纤维复合材料的力学性能、热性能和耐磨性能相比于聚芳醚腈基体材料均得到了较大提高。

以不同比例的正硅酸甲酯(TMOS)和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)为原料,以盐酸为催化剂,采用一步法制备了类液态有机硅溶胶,通过旋涂法将其涂覆在铜合金表面并在60℃条件下烘干成膜。通过红外光谱、场发射扫描电子显微镜、接触角测量以及电化学性能测试、中性盐雾试验对类液态有机硅涂层的官能团、微观形貌、疏水滑动性及耐蚀性进行分析和研究。结果表明,当TMOS与FAS-17物质的量比达到4∶1时,涂层静态接触角为106.8°,滑动角为25.7°,自腐蚀电流密度为5.38×10^-8A/cm²,频率0.01Hz处电化学交流阻抗为2.73×10⁵Ω·cm²,涂层防护效率达到99.41%,涂层具有最佳的防腐蚀性能、疏水性和水滑动性能。中性盐雾测试中,样品TF-4在10d内未出现腐蚀,在第25d基底出现少量腐蚀斑点,具有最佳的抗盐雾性能。涂覆类液态有机硅涂层的玻璃片可见光透过率超过91%。

以软锰矿为原料,通过酸浸碱浸并结合高温固相法合成了钠离子电池正极材料锰酸钠(化学式Na_0.44MnO₂),通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线光电子能谱仪以及恒流充放电测试、电化学阻抗和循环伏安等测试方法,分析了Na_0.44MnO₂的晶体结构、微观形貌和电化学性能等。结果表明:制备的Na_0.44MnO₂为结晶良好的棒状结构,宽度为200～400nm,长度为2～5μm;在0.5C和1C倍率条件下首圈放电比容量分别为117.5mAh/g、84.8mAh/g,循环100圈后容量保持率约为90%。

采用氧指数仪、垂直燃烧仪、同步热分析仪、锥形量热仪和电子万能试验机,系统研究了ZnO、CuO、CeO₂、La₂O₃、ZrO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃等7种过渡金属氧化物(MOs)及其含量对硅橡胶复合材料阻燃性能、热稳定性和力学性能的影响。结果表明:MOs能提升硅橡胶复合材料的极限氧指数(LOI),其中以ZnO的效果最为显著,添加5份后硅橡胶复合材料的LOI数值由24.4提高至27.2;添加MOs后硅橡胶复合材料的垂直燃烧等级仍为无级,MOs在改善垂直燃烧性能方面作用不明显;CuO和La₂O₃会降低硅橡胶复合材料的最大热分解温度,而ZnO能提高复合材料的初始热分解温度、最大热分解温度和高温下的残炭等热稳定性相关参数,其中添加5份ZnO的复合材料的初始热分解温度、800℃下残炭分别达到了446.9℃、646.7℃和31.8%;MOs对硅橡胶复合材料的火安全性提升较为明显,添加5份ZnO的复合材料热释放速率峰值(PHRR)、总产烟量(TSP)分别降低了35.8%和23.4%;除添加5份La₂O₃降低了SR复合材料的力学性能之外,ZnO、CuO的添加均提升了复合材料的拉伸强度和断裂伸长率。

采用甲基乙烯基硅橡胶110-2与不同苯基含量的苯基硅橡胶121-1、121-2和121-3作为生胶制备了混炼胶,并探究了硫化胶的耐高低温与耐介质性能。结果表明:121-1硫化胶与121-2硫化胶在250℃以上的耐高温性能比110-2硫化胶更好,并且表现出更优异的低温性能,它们不存在低温结晶峰,玻璃化转变温度(T_g)分别为-105℃与-85℃,-70℃时的压缩耐寒系数分别为0.49与0.46。在耐介质性能测试中,苯基硅氧烷链节的引入并没有对硅橡胶在IRM-901标准油与航空煤油RP-3的耐介质性能产生明显影响。但在磷酸酯液压油skydrol LD-4中,苯基硅橡胶的耐介质性能变差,并且随着苯基含量的增加而明显下降;采用121-1制备的吸波胶具备优异的低温性能和隐身性能,可满足宽温域吸波橡胶密封型材的使用需求。

采用三聚腈胺作为固相碳源、氯化铁粉末作为原料,设计了一种新型的化学气相沉积方法,一步法合成了超长碳纳米管包裹的Fe₃C纳米晶(Fe₃C-CNT);随后用熔融法与硫粉混合,得到Fe₃C-CNT/S复合材料。得益于Fe₃C-CNT优异的导电性和固硫效果,该复合材料用作锂硫电池正极材料,表现出显著改善的电化学性能,在1C的电流下,循环500圈仍能保持378.4mAh/g的比容量。

采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底表面沉积不同厚度的MoS₂纳米薄膜,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光分光光谱(UV-Vis)和荧光光谱等手段对MoS₂薄膜结构及光谱性质进行表征。结果表明:溅射时间越长,MoS₂薄膜的结晶性越好。薄膜形成条状纳米结构相互交叠的表面形貌,样品表面形貌均匀致密。MoS₂纳米薄膜在可见光波段对短波长光源吸收较强,对长波长光源透射较强。随着溅射时间的增加,薄膜厚度增加,导致MoS₂纳米薄膜的吸收系数增加,透射率减小,光学带隙也逐渐减少。在MoS₂薄膜的发射谱中,位于675nm的A激子峰,对应的带隙为1.8eV。发射峰的强度随着MoS₂薄膜层数的增加而减小,发射峰的位置随着MoS₂薄膜层数的增加而蓝移。

分别采用3种不同偶联剂FX4、174、175改性油页岩半焦(SC),用于代替农用地膜中部分聚乙烯和炭黑,探究了其不同使用比例,不同改性温度和改性时间对复合材料性能的影响,发现改性油页岩半焦更有利于提高复合材料的机械性能。结果表明:3%的174偶联剂在100℃,10min下所改性的油页岩半焦,制备的复合材料机械性能最佳,断裂伸长率达到822.63%。

对不同聚合度和醇解度的聚乙烯醇(PVA)进行溶液改性,改善了PVA的加工性能和热稳定性能。以乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)为基材,通过双螺杆挤出机与改性聚乙烯醇(TPVA)进行熔融共混,制备了改性聚乙烯醇/乙烯-乙烯醇共聚物(TPVA/EVOH)复合膜。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合膜的微观结构和晶体结构进行表征并测试了复合膜的力学性能、阻氧性能和透湿性能。结果表明:复合膜的热稳定性随着TPVA醇解度的增加而下降,随着TPVA聚合度的增加而增强;复合膜的拉伸强度随着TPVA聚合度和醇解度的增加而增大,随着TPVA含量的增加,拉伸强度都逐渐降低;复合膜的阻氧性至少提高了15%左右,氧气透过系数随着TPVA聚合度的增加而增大,随着TPVA醇解度的增加而减小。

以石蜡(PA)为相变材料,苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)为支撑材料,通过溶液共混高速剪切的方法制备了SEBS/PA混合物,在混合物中分别引入氮化硼(BN)和膨胀石墨(EG)作为导热添加剂,制备了2种定形复合相变材料SEBS/PA/BN和SEBS/PA/EG。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分析了复合材料的微观形貌和结构,并通过差示扫描量热仪、热重分析仪以及热常数分析仪对复合材料的相变性能及导热性能进行研究。结果表明,EG对复合材料内部热传导率的促进作用明显优于BN;EG质量分数为20%时,SEBS/PA/EG复合材料的导热系数最高,达到0.92W/(m·K),比纯PA提高了约441.2%,熔融焓达到152J/g。

选取月桂醇(DD)、棕榈醇(HD)为原料,采用熔融共混法制备了DD-HD二元相变材料,利用步冷曲线法对不同质量配比的混合相变材料进行研究分析。结果表明:当DD和HD质量比为83∶17时,二元相变材料为共晶相变材料,差示扫描量热仪(DSC)测得其融化温度为17.0℃、凝固温度为15.8℃、相变潜热为210.3J/g。傅里叶红外光谱(FT-IR)测试表明两者仅为物理结合。二元共晶相变材料进行了600次冻/融循环实验,400次冻/融循环后相变材料的相变温度变化不超过0.1℃,体系热稳定性良好。

通过超声复合制备了氧化石墨烯GO含量不同(质量分数分别为2.5%,5%,10%)的氧化石墨烯/氧化钨(GO/WO₃)复合材料,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪、气敏元件测试仪对复合材料的结构、形貌和气敏性能进行了表征和测试。结果表明:制备的GO/WO₃复合材料对三乙胺具有良好的选择性和稳定性;最佳工作温度为190℃时,对100ppm三乙胺气体的灵敏度达到了12.1;响应时间和恢复时间分别为21s和29s。

石蜡(PA)作为相变储能的储能介质因导热系数低限制了其在工业领域的应用,重点探究不同功能化石墨烯与石蜡共掺对复合相变材料(CPCM)热导率及玻璃化转变温度的影响,建立了纯十八烷体系模型、未功能化石墨烯(GN)以及分别接枝羟基(—OH)、氨基(—NH₂)和羧基(—COOH)官能团的石蜡/功能化石墨烯复合体系模型。使用非平衡分子动力学方法得出了材料的热导率、玻璃化转变温度。通过计算体系结构参数,从均方位移、径向分布函数分子层面阐释了材料热力学性能增强的内在机理。结果表明:各项石蜡复合相变材料体系热性能均有不同幅度的提升,其中PA/GN-NH₂在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,其热导率较掺杂前提升了69.19%、玻璃化转变温度提升了2.3%;从均方位移(MSD)可以看出,GN的引入提高了玻璃化转变温度,增强了体系的稳定性,尤其以GN-NH₂最为明显,玻璃化温度达到307K,从径向分布函数看出,添加GN可以显著改变烷烃分子有序度,改善热输运效果。所得结果可为复合相变材料的掺杂设计、性能调控提供理论支持。

用液氮在-150℃下对锂离子电池正极材料LiMn₂O₄进行深冷处理,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能等表征手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试。结果表明:深冷处理不改变LiMn₂O₄的立方尖晶石结构,但对电化学性能影响显著。当处理时长为30min时,效果最佳,材料的大倍率放电能力及循环性能提升明显,10C条件下放电比容量由原始的45.2mAh/g提高到65.6mAh/g,200周循环容量保持率(1C)高达97.9%。究其原因:深冷处理使电极颗粒产生微裂纹,电解液透过微裂纹渗入到颗粒的内部,增加了正极与电解液之间的有效接触面积,缩短了锂离子的输运路径,降低了电极极化和电荷转移阻抗,从而提升了材料的大倍率性能;同时,裂纹的存在缓解了锂离子在反复脱嵌过程中引起的电极体积变化,释放了晶格畸变而产生的应力,使材料结构的稳定性增加,循环性能提升。

Sn基钙钛矿太阳能电池具有环保和独特的光电特性,成为光伏研究领域的热点。利用SCAPS-1D软件研究不同电子传输层ZnO和WS₂对Sn基钙钛矿太阳能电池性能的影响。通过SCAPS-1D软件优化了光吸收层CH₃NH₃SnI₃、空穴传输层Spiro-OMeTAD以及ZnO和WS₂厚度。经优化后,ZnO和WS₂为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)分别为29.87%和28.4%。

为了得到循环稳定性和倍率性能优异的钛酸锂(LTO)负极材料,将质量浓度不同的氧化石墨烯与LTO材料进行物理混合,再通过热处理方法制备出还原氧化石墨烯包覆钛酸锂(LTO@rGO)复合材料。通过X射线粉末衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和电化学工作站对复合材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行表征和测试。结果表明:氧化石墨烯质量浓度为2mg/mL时,在电流密度为1C条件下,LTO@rGO复合材料初始比容量为168mAh/g,经过50次循环后容量为165.2mAh/g,具有优异的电化学性能。

过渡金属离子上转换发光是拓展稀土离子光谱范围的有效途径之一。使用高温固相法合成了Yb³⁺/Er³⁺/Mn⁴⁺掺杂的CaGdAlO₄纯相荧光粉,在980nm激光激发下,CaGdAlO₄∶Yb_0.1,Er_0.01,Mn_0.003荧光粉的上转换发光性能最优。室温发射谱图中,位于528、550、663和710nm处的发射峰分别归属于Er³⁺的 ²H_11/2→⁴I_15/2、⁴S_3/2→⁴I_15/2、⁴F_9/2→⁴I_15/2和Mn⁴⁺的 ²E→⁴A₂能级跃迁,均是双光子过程。300～573K变温实验表明,基于单一发光中心Er³⁺荧光强度比FIR_528/550参数,相对灵敏度S_R-528/550从0.95×10^-2K^-1(300K)单调减小到0.27×10^-2K^-1(573K);基于Mn⁴⁺-Er³⁺双发光中心荧光强度比FIR_710/663参数,相对灵敏度S_R-710/663从0.37×10^-2K^-1(300K)先增大到 2.08×10^-2K^-1(418K),随后减小为1.35×10^-2K^-1(573K)。当温度为420K时,S_R-710/663相比于S_R-528/550增大了近4倍。结果表明,CaGdAlO₄∶Yb_0.1,Er_0.01,Mn_0.003荧光粉在双探针光学温度传感领域具有潜在的应用价值。

采用两步水热法制备SnO₂/TiO₂复合体光催化剂,以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物分别用SnO₂质量分数为2%、5%、10%的SnO₂/TiO₂复合体及纯TiO₂纳米管做吸附和固相光催化性能实验。吸附实验表明,催化剂均展示出快速的吸附速率,在3min基本都达到吸附平衡。光催化实验结果表明,5%SnO₂/TiO₂复合体固相光催化效果最好,其12h后光催化效率达到了44.1%。

以柠檬酸、聚乙烯亚胺、硫脲为原料,通过水热法制备了绿色荧光碳量子点(GCQDs)和红色荧光碳量子点(RCQDs)。采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂,通过物理方法制备GCQDs/TiO₂及RCQDs/TiO₂二元复合光催化剂,将2种复合光催化剂与氧化石墨烯(GO)复合制备了GCQDs/TiO₂/GO及RCQDs/TiO₂/GO三元复合光催化剂。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜对CQDs/TiO₂、CQDs/TiO₂/GO进行了结构形貌表征。以次甲基蓝溶液模拟污染物,通过紫外光谱对CQDs/TiO₂、CQDs/TiO₂/GO的光催化降解性能进行了研究,并采用正交试验优化了三元复合光催化剂的合成条件。结果表明:光照10min条件下,GCQDs/TiO₂、RCQDs/TiO₂对次甲基蓝的降解率分别为72.13%、53.46%,GCQDs/TiO₂/GO、RCQDs/TiO₂/GO光催化性能明显优于二元复合光催化剂,降解率分别达到97.03%、99.6%。通过正交试验和单因素实验得到RCQDs/TiO₂/GO最佳配比为:0.5g TiO₂、0.4g RCQDs、m(GO)/m(RCQDs/TiO₂)为1∶10。

以核桃壳为原料制备生物质活性炭,对比了不同热解温度的核桃壳生物炭对Sb³⁺的吸附性能,并对核桃壳生物炭使用Fe/Mn共沉淀法进行改性,采用扫描电镜(SEM)、BET比表面、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FT-IR)等手段对两种生物炭进行表征,分析其对Sb³⁺的吸附性能和机理。结果表明:与单纯热解碳化相比,Fe/Mn元素的引入增加了原始生物炭表面的含氧官能团,比表面积从13.801m²/g提高到305.732m²/g。核桃壳及Fe/Mn改性生物炭对水溶液中Sb³⁺的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温模型。改性生物炭对Sb³⁺的最大吸附量为68.062mg/g,吸附机制主要有铁氧化物络合、Sb³⁺—π键相互作用及锰氧化物的还原反应。

为寻找一种简便且具有良好孔结构的光催化剂合成路径,提升并拓宽其光催化应用范围,通过将N掺杂的双金属Ti-Fe MOFs在500℃的空气气氛中直接热解制备N掺杂TiO₂-Fe₂O₃/C纳米结构。获得的产物显示出独特的树枝状结构,且具有较大比表面积和良好的介孔结构。同时,红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实,在空气条件下煅烧后,衍生物仍保留了N和C成分。此外,将制备的N掺杂树枝状双金属结构多孔材料作为光催化剂用于降解亚甲基蓝(MB)染料。结果表明:N掺杂TiO₂-Fe₂O₃/C比N掺杂非Fe参与的TiO₂/C和非N非Fe掺杂TiO₂/C具有更好的光催化性能,且N掺杂TiO₂-Fe₂O₃/C对MB染料的有效降解率达到81%。

2-壬烯醛是“老人味”的主要产生原因之一,可采用铜掺杂锰氧化物/醋酸纤维素(AT-CuMn/CA)复合纤维膜去除2-壬烯醛。首先通过氧化还原法制备铜锰混合过渡金属氧化物,再对其进行酸处理制备非晶态催化剂(AT-CuMn);以AT-CuMn/CA为溶质,丙酮和二甲基乙酰胺为溶剂,通过静电纺丝制得不同AT-CuMn掺杂量的AT-CuMn/CA复合纤维膜。利用SEM、XRD、EDS和GS-MS对催化剂粉末和复合纤维膜的形貌、结构和氧化性能进行表征。结果表明,掺杂AT-CuMn(铜锰摩尔比为1∶4)的质量分数为10%的AT-CuMn/CA复合纤维膜对2-壬烯醛的去除效果最好,达到80.70%。

热绝缘性织物可以有效减弱高温对人体的伤害,生物质材料因其可再生和来源丰富的特点备受青睐,但在隔热材料领域的应用中仍面临挑战。以纤维素粉为原料,LiOH/尿素/水溶液为溶解体系,通过湿法纺丝和冷冻干燥相结合,制备再生纤维素气凝胶纤维,采用万能机械试验机测试纤维素气凝胶纤维的机械强度;并通过单因素实验分析了凝固浴、纺丝液浓度、纺丝速率、凝固时间和洗涤时间这5个因素对再生气凝胶纤维结构和性能的影响。结果表明:二级凝固浴,6%的纺丝液浓度,1.8mL/min的纺丝速率,2min的凝固时间和20min的洗涤时间制备的再生纤维素气凝胶纤维表现出优异的力学性能。此外,基于该纤维组装的织物表现出良好的隔热能力,红外热像仪观测到其在100℃下产生30℃的温差,拓宽了可再生生物质材料在隔热领域的应用。

通过溶液热法将氢氧化镍(Ni(OH)₂)引入,采用自由基原位聚合法制备成多孔结构和高比表面积的聚丙烯酰胺/3-丙烯酰胺基苯硼酸@-氧化镍[PAM/3-APB@Ni(OH)₂水凝胶]。对水凝胶进行一系列测试表征,分析水凝胶的化学组成与微观形貌以及比色传感性能。结果表明:该水凝胶在酸性条件下分解过氧化氢(H₂O₂)生成羟基自由基,生成的羟基自由基进一步将无色的3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)氧化为蓝色的氧化TMB(ox-TMB),在紫外光652nm处表现出明显的吸收值。该生物传感器对H₂O₂的检测范围为0～800μmol/L,且在30min内,含量20mg,pH=4且反应温度40℃时实现了非常低的检测限(LOD)(约3.34nmol/L),在H₂O₂检测中显示出巨大的潜力。

以纤维素纳米晶(CNC)为增强相,通过自由基聚合制得CNC/聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂(PAMPSLi)复合水凝胶。分别通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机、流变仪和四探针测试仪对水凝胶材料的结构、微观形貌、力学性能、流变性能和电性能进行了表征与测试。结果表明:CNC在水凝胶基体中均匀分布;随着CNC含量的增加,复合水凝胶的综合力学性能显著提高;弹性模量和损耗模量增加,但电导率有所降低。1‰ BIS/5% CNC/PAMPSLi复合水凝胶综合性能最佳,抗拉强度0.25MPa,断裂伸长率836%,电导率0.10S/m,在柔性传感材料领域具有潜在的应用前景。

钾离子是生物体内重要的金属元素之一,钾离子紊乱会导致多种疾病,因此钾离子的灵敏、快速、高选择性分析检测具有重要意义。以聚烯丙胺盐酸盐为前驱体,通过水热法制备了荧光碳点。通过高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪对碳点的形貌、化学成分和光谱性能进行表征。通过四苯硼钠的荧光猝灭和钾离子竞争性结合引起的荧光恢复,建立了荧光测定钾离子的新方法。基于碳点的荧光恢复的传感方法对钾离子的分析检测是一个有效的补充。

高吸水树脂是一种良好的吸水保水材料。工业固体废弃物粉煤灰(FA)通过碱改性后与丙烯酸(AA)作为主要原料,并以过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,采用水溶液聚合法制备了性能优异的改性FA基高吸水树脂,聚合过程中不通氮气。探讨了反应温度、AA与AMPS的质量比、AA的中和度、MBA的用量、APS的用量、改性FA的添加量对树脂吸水性能的影响,并采用吸水倍率测试、扫描电镜等研究了FA的改性条件和吸水树脂的性质。结果表明,FA改性的最优方法为 NH₃·H₂O∶KOH∶CaO∶FA=2∶1∶1∶3加水混合反应。添加最优改性FA的吸水树脂的制备条件为:合成温度40℃,AA与AMPS质量比为2.12∶4,APS、MBA和改性FA用量分别为单体AA质量的2.45%、3.1%和7%。制备的添加最优改性FA的吸水树脂吸水倍率最大为502g/g,吸盐水倍率为58g/g。

以自然界中生物质为前体合成功能性碳量子点(C-CDs)是一种绿色环保的合成策略。本研究以小茴香阴干草质茎作为碳源,通过简单的一步水热法合成水溶性良好的C-CDs。该C-CDs在紫外灯照射下能够发出明亮的蓝色荧光,最佳激发波长和最佳发射波长分别为381nm和460nm。实验发现,C-CDs具有良好的抗光漂白性,以及优秀的pH稳定性。此外,C-CDs对金属Cr⁶⁺具有较高的选择性,在460nm处的荧光强度随Cr⁶⁺浓度的增加而降低,具有显著的荧光猝灭效应。C-CDs的荧光猝灭与Cr⁶⁺浓度在0～100μmol/L范围内呈线性关系(R²=0.9964),最低检出限为0.30nmol/L。在实际应用中,自来水和湖水中的Cr⁶⁺检测回收率在97.1%～100.25%。因此,小茴香C-CDs可作为荧光探针检测Cr⁶⁺。

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对MgO/Ag纳米粒子进行表面改性,并将改性纳米粒子加入聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)基质中制备改性PBST/MgO/Ag复合膜,并对复合膜的微观形貌、力学性能、阻隔性能、抗菌性能和食品保鲜性能进行研究。结果表明:硅烷偶联剂的加入明显改善了纳米粒子与PBST基质的相容性,薄膜的力学性能和阻隔性能显著提高。此外,复合薄膜还具有优异的抗菌性能和食品保鲜性能。对金黄色葡萄球菌(S.aureus)、大肠杆菌(E.coli)和乙型副伤寒沙门菌(S.Paratyphi B)的抑菌率均超过99%。在保鲜实验,使用3%改性抗菌剂所制复合膜(K5-PMA-3)包裹的樱桃番茄的质量损失率仅为5.6%。所有这些性能表明,制备的生物膜作为食品包装薄膜具有巨大的应用潜力。

以海藻酸钠(SA)为接枝骨架,油页岩半焦(CC)为添加组分,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,丙烯酸(AA)为接枝单体,通过一步水溶液聚合法制备了CC新型保水剂。考察了反应条件对保水剂吸水、保水和耐盐性能的影响。采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(FESEM)及热重分析(TG)等表征手段对新型保水剂微观结构及理化性能进行了详细研究。结果表明:CC的加入有利于提高保水剂网络结构的规整性和强度,从而提升吸水和保水能力。当半焦添加质量为10%时,保水剂在蒸馏水和0.9% NaCl溶液中的吸水量达到最优,室温下2h溶胀倍率分别达到260g/g和98g/g。保水能力在3d内仍然保持在60%,重复使用6次后,该保水剂的吸水能力仍达87.5%左右。小麦种植实验表明:添加了CC的保水剂小麦种子发芽率较高,小麦长势较好。这一结果进一步为CC的高值利用提供新的技术和理论参考。

以棉织物为主要材料,十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)为低表面能物质,采用纤维素酶刻蚀法和浸涂法制备出了超疏水棉织物。制备的超疏水棉织物具有良好的超疏水性(接触角154.4°)、耐洗涤性和抗污性,以该材料作为分离膜的油水分离装置实现了多种油水混合物的高效分离,并且具有良好的重复使用性,对四氯化碳-水、正十六烷-水混合液重复工作循环25次后的分离效率仍能达到95%以上。该实验方法对环境友好、安全性高、成本低,具有一定的应用价值。

采用KBr作为软模板引导富氮前躯体3-氨基-1,2,4-三氮唑经热聚合得到具有高比表面积的棒状C₃N₅(R-C₃N₅)。利用R-C₃N₅上含氮官能团的作用将粘胶纤维转化制备成微纤化高长径比的纤维素(MFC)相互堆叠的稳定网络结构,进而将R-C₃N₅均匀负载嵌入到MFC堆叠的网络中组装成R-C₃N₅@MFC复合体。结果表明:在光照条件下,R-C₃N₅@MFC能够对盐酸四环素(TC)产生高效催化降解。经光照120min后,TC的降解率为89%,催化降解速率为0.0155min^-1。

为改善废旧聚乙烯(PE)改性沥青的储存稳定性和低温性能,采用双螺杆挤出机对废旧PE进行预处理,将其与生物油复合制备了生物油/预处理废旧PE复合改性沥青。通过正交试验优选出生物油/预处理废旧PE复合改性沥青的最佳制备工艺;通过离析试验和流变性能试验研究复合改性沥青的路用性能;通过车辙试验、低温弯曲梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验研究了复合改性沥青混合料的路用性能。结果表明:与未处理废旧PE改性沥青相比,预处理废旧PE改性沥青具有更好的储存稳定性且加入生物油后,复合改性沥青的储存稳定性得到进一步改善;添加预处理废旧PE和生物油会降低复合改性沥青的高温性能,但能显著提高其低温性能;预处理废旧PE能够提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性,但会降低其低温抗裂性能,与生物油复合后沥青混合料的高温性能与水稳定性均会出现不同程度的降低,而低温抗裂性能提升明显且均优于基质沥青混合料。