能源的高效利用促进了以超级电容器为主的新型储能装置的开发与应用。钒基双金属氧化物(M_xV_yO_z,M=Co,Ni,Mn)又称钒酸盐,具有出色的电化学活性、结构稳定性和电导率,在超级电容器领域备受关注,已成为最具应用潜力的电极材料之一。介绍了钒酸盐的制备方法及其研究进展,指出了钒酸盐及其复合材料在超级电容器应用中面临的挑战。

固态储氢是目前最具发展潜力的储氢方式之一。铝氢化锂(LiAlH₄)、铝氢化钠(NaAlH₄)和氢化镁(MgH₂)等轻金属氢化物具有储氢容量高、成本低等优点,是固态储氢材料研究的重点,但较高的吸/放氢温度、缓慢的动力学性能阻碍了其实际应用。掺杂催化剂可以有效降低LiAlH₄、NaAlH₄和MgH₂等轻金属氢化物的动力学能垒,是改善吸/放氢性能的有效途径。介绍了轻金属氢化物LiAlH₄、NaAlH₄和MgH₂的基本性质、储氢原理、掺杂改性及催化机理的研究进展,并展望了轻金属氢化物未来的研究方向。

讨论了不同交联体系对正温度系数效应(PTC)材料性能的影响,重点分析了对电阻率、PTC强度和负温度系数效应(NTC)的调控作用。研究表明,适当的交联处理可以优化复合材料的微观结构,构建稳定的导电网络,从而提升PTC性能并显著减弱或消除NTC效应。在单一交联体系中,辐照交联通过形成三维交联网络有效抑制高温下导电填料的迁移,增强了材料的热机械稳定性;化学交联则通过基体改性和基体-填料桥连,进一步改善了导电填料的分散性及相容性。双重交联体系结合了辐照和化学交联的优势,展现出更大的潜力,不仅在提升PTC强度方面效果显著,还能有效改善材料的稳定性。

氢能作为一种清洁、高效的能源形式,是解决全球变暖和能源危机的关键之一。然而由于氢气的重量轻、原子半径小、稳定性差,其高密度储存是影响发展和应用的瓶颈问题。氢化镁(MgH₂)具有高储氢容量(7.6wt%、110kg H₂/m³)、低成本和高安全性,被认为是极具潜力的固态储氢材料之一,但是其缓慢的动力学和高热力学稳定性难以满足实际应用的要求。纳米化改性可以提高MgH₂的比表面积和晶界密度,同步改善其吸/放氢动力学与热力学性能。目前通过纳米化改性提升MgH₂的储氢性能,已经取得了一系列研究成果。以纳米MgH₂的制备方法、储氢性能和改性机理为重点对其进行归纳,并对纳米化MgH₂储氢材料的发展和挑战进行了总结与展望。

聚酰亚胺(PI)是一种聚合物,其是由二酐和二胺单体经过缩聚反应生成,主链上含有酰亚胺环。由于其具有独特的热稳定性、耐高温性、机械性能和易成膜性等特点,因此在航空航天、电力电子等领域得到广泛应用。综述了聚酰亚胺及其薄膜的制备工艺,其中涵盖了平面薄膜、可展曲面膜和非可展曲面膜这3种类型。同时对聚酰亚胺薄膜在共形电路领域的发展进行了展望,重点强调了聚酰亚胺非可展曲面膜在未来军事航空航天领域的重要性。

针对深色、多色、复杂背景的客体,提取其表面上的潜在手印一直是侦破犯罪案件的疑难点,而通过使用具有光致发光性质的检验材料可以有效缓解客体背景干扰带来的问题。首先基于悬浮液技术的低毒害性、客体适应性广等特点,介绍了用荧光染色剂配制悬浮液显现手印的应用,然后依据荧光纳米颗粒出色的吸附性、荧光强度、可修饰特性,重点介绍用荧光染料包覆表面改性的纳米颗粒、量子点纳米颗粒、碳点纳米颗粒、稀土发光纳米颗粒配制成的悬浮液对不同种类、表面状态客体的显现效果与研究进展,并列举了可应用于未来微粒悬浮液技术的潜在纳米材料。最后基于目前荧光微粒悬浮液技术显现手印的现状提出展望。

抗菌材料对防止感染传播、预防疾病传播、减少抗生素耐药性及保障医疗环境安全具有重要意义,抗菌材料也是维护公共健康、环境清洁、保护医疗和食品行业安全的重要支持,但目前抗菌材料面临环境适应性、细菌抗性、成本及抗菌效果可持续性等挑战。因此,需要不断研发新型抗菌材料以应对挑战。稀土复合抗菌材料比传统抗菌剂具有高效广谱、长效稳定、安全环保的显著优势。综述了稀土抗菌材料的研究进展及其发展趋势,对稀土抗菌材料的抗菌机理进行了归纳和总结,最后介绍了稀土抗菌材料在医疗卫生、食品加工、环保等方面的应用。

抗生素残留是食品和环境中的主要污染物之一,对人类健康造成严重隐患。分子印迹荧光传感器对抗生素残留提供了快速、灵敏、简便、低成本的检测手段。分子印迹荧光传感器的设计有不同模式,包括单发射、多发射比例、传感器阵列等。相较于传统分析技术,分子印迹荧光传感器更加高效,可用于复杂基质中抗生素的检测。概述了分子印迹聚合物与荧光材料的结合设计,荧光机理及不同类型分子印迹荧光传感器对抗生素检测的应用。并对分子印迹荧光传感器检测抗生素的未来研究进行展望,可以对从事相关研究的工作者提供参考。

TiO₂具有光催化活性高、无毒、稳定性好,成本低廉,可重复使用等优点。在污水处理、还原CO₂、光催化产氢、抗菌等方面具有很大的应用前景。但由于TiO₂的自身结构限制了它的光催化性能,因此需要对其进行改性。简单介绍了TiO₂的光催化机理及其限制因素,同时对掺杂改性TiO₂的方法进行了总结归纳,最后对提高改性TiO₂的光催化效率应用于工业生产提出展望。

膜截留技术在水处理中的应用日益广泛,尤其在病毒去除方面展现出独特的优势。通过对膜技术去除水中的病毒进行综述,重点分析膜去除病毒的机制及影响膜去除病毒的关键因素。膜的性质,包括孔径大小、表面电荷性质和亲疏水性等都会对病毒的去除产生影响。针对不同膜工艺的特性,提出了相应的强化措施。综合而言,膜过滤技术在病毒去除中展现出广阔的应用前景。然而,对于不同水质和病毒特性的适应性以及膜工艺的持续改进仍然是未来研究的关键方向。

石墨相碳化氮(g-C₃N₄)作为最有潜力之一的光催化剂广泛应用于光催化制氢、CO₂还原、水中污染物降解以及挥发性有机化合物去除等方面,然而,如何加速电荷转移和提高光生电子-空穴对的分离效率是亟待解决的问题。利用其他二维(2D)材料对2D g-C₃N₄纳米片进行改性,通过构建2D/2D异质结来抑制电荷载流子复合,可以提高其分离效率。综述了2D碳化钛(Ti₃C₂)材料与g-C₃N₄纳米片复合构建异质结的制备方法、作用机理以及在光催化析氢、有机物降解等领域的应用。

光催化技术能清洁有效地转换太阳能,是解决能源危机和环境污染问题的理想途径之一,开发性能优异的光催化材料已成为该领域的研究重点。金属-有机框架(MOFs)材料具有大比表面积、高孔隙率、孔径可调、高导电性等优异性能,经简单热处理后可形成MOFs衍生的碳基复合材料等,因而在光催化领域受到广泛关注。综述了热处理MOFs衍生的光催化剂及其应用研究进展,并对热处理MOFs材料未来的发展前景进行了展望。

与二元复合材料相比,石墨烯/BiOX基三元复合材料具有更宽的可见光响应范围、更高效的载流子迁移率和更优异的可见光催化活性。综述了石墨烯/BiOX/碳材料、石墨烯/BiOX/金属硫化物、石墨烯/BiOX/磁性材料、石墨烯/BiOX/银系半导体复合材料的制备方法,介绍了这些复合材料在有机污染物降解、光解水析氢和还原重金属离子等方面的应用,并对石墨烯/BiOX基三元复合材料未来发展及实际应用方向进行了展望。

聚苯胺(PANI)是一种具有独特电化学特性的π键共轭导电高分子,将其与p型金属氧化物半导体(MOSs)复合可以降低MOSs基气体传感器的工作温度,实现传感器件的低能耗。采用水热-原位聚合两步法制备Co₃O₄/PANI复合材料,通过促进复合物耦合界面电荷转移及增加活性位点的策略,实现了室温下对低浓度三乙胺(TEA)的检测。研究结果表明,室温(25℃)下Co₃O₄与苯胺单体摩尔比为5∶6的Co₃O₄/PANI复合材料对质量浓度100mg/L TEA的灵敏度为9.36,与Co₃O₄(室温下无响应,最佳工作温度173℃)相比,工作温度降低了148℃。Co₃O₄/PANI气体传感性能的提高源于两相耦合界面电荷转移特性的有效提升和氮的引入增加了氧空位浓度,为室温型气体传感器的开发提供了新的思路。

利用激光刻蚀技术,在一定的激光参数下(激光能量250mJ、重复频率1Hz、脉冲宽度30ns、光斑直径150μm)对单晶硅进行刻蚀,4s后得到了硅基微腔样品。利用准分子外延设备,对样品进行了脉冲激光沉积实验。真空环境中对镱靶进行沉积,在微腔表面镀上一层Yb³⁺膜。拉曼光谱检测结果表明:在694nm和580nm处出现了特征峰,该双峰特性可能与硅镱键发光有关。随后,将掺Yb的微腔样品放入1000℃的高温管式炉中进行退火处理。退火后的样品经拉曼光谱检测,发现630nm处的硅氧特征峰,属于Si—O—Si桥键的局域态发光,并伴随580nm处硅镱键的特征发光。

硅储量丰富,低放电电压和高理论比容量使其成为新一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。但是硅负极在锂离子嵌入脱出的过程中极易粉化,导致容量快速衰减。通过调控硅与氧化石墨烯的比例,采用静电自组装法制备了柔性自支撑氮掺杂还原氧化石墨烯/硅(N-rGO@Si)复合材料。透射电子显微镜和X射线光电子能谱分析表明纳米硅颗粒被还原氧化石墨烯(rGO)片层包裹同时被氮掺杂。相比于纯硅电极,柔性自支撑复合电极的电化学性能明显提升,其中N-rGO@Si-2表现最优,在电流密度100mA/g条件下经过100次循环后可逆比容量仍保持1090.92mAh/g,这得益于碳包覆和氮掺杂,氮掺杂提高了复合材料的导电性,薄膜型石墨烯约束了纳米硅颗粒的体积变化,维持了结构和界面稳定性,并为界面提供了有效保护,使其具有优异的储锂性能。

以CaCl₂·6H₂O-SrCl₂·6H₂O为相变基材,尿素、氯化铵、乙二醇、丙三醇、氯化钠和氯化钾为相变温度调节剂,分析不同类型温度调节剂对CaCl₂·6H₂O-SrCl₂·6H₂O复合相变材料相变温度与相变潜热值的影响。结果表明:乙二醇、丙三醇能够显著调节复合相变材料的相变温度,过冷度较小,且能够保持较高的相变潜热值,其次是尿素、氯化铵,而氯化钠和氯化钾温效果不佳,同时增加了复合相变材料的过冷度,影响复合相变材料的储热能力。

针对水包油乳液难以分离的问题,采用简单便捷的共沉积法对乙酸纤维素(CA)膜进行改性,将没食子酸(GA)、聚乙烯亚胺(PEI)和铜离子共沉积在CA膜表面,制备了新型超亲水/水下超疏油CuSO₄@GA@PEI@CA复合膜。通过扫描电子显微镜、能量色散谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪对复合膜的形貌结构和化学组成进行了表征。结果表明:通过增加表面粗糙度和表面能,CuSO₄@GA@PEI@CA复合膜表现出良好的亲水性和水下超疏油性能,其水接触角和水下油接触角分别为26.7°和162.1°;复合膜可以分离6种水包油乳液,渗透通量保持在478.18～577.73L/(m²·h);复合膜具有良好的循环使用性能,分离10次后其渗透通量仍能保持91%以上。

以甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)、甲基苯基硅橡胶(PVMQ)和氟硅橡胶(FVMQ)为生胶制备了防火硅橡胶,研究VMQ、PVMQ与FVMQ生胶侧基结构对防火硅橡胶阻燃性能的影响。结果表明:加入的防火填料体系相同时,PVMQ防火硅橡胶的防火性能最好。在厚度为1mm时,PVMQ防火硅橡胶经1050～1100℃的火焰烧蚀15min不烧穿,迎火面可以形成体积膨胀比为1.24的连续陶瓷防火层,垂直燃烧等级可以达到FV-0,而VMQ与FVMQ防火硅橡胶的垂直燃烧等级为FV-1,并且无法形成陶瓷防火层。PVMQ防火硅橡胶具有优异的高低温性能,-70℃的压缩耐寒系数大于0.4,在200℃的老化性能衰减＜30%,热分解温度高于VMQ与FVMQ防火硅橡胶。3种侧基结构中,PVMQ的侧基结构对硅橡胶的防火性能具有明显的提升作用。

太阳能界面蒸发器是利用太阳能这一可持续能源来缓解水资源短缺问题的最有前景的技术之一。为了解决以往太阳能蒸发器工艺复杂、材料成本高及能耗大等问题,以具有分级多孔结构、优异的光吸收性以及超亲水性的碳化玉米芯(C)为原料,在其表面包覆能进一步提高光吸收性能的四羧基苯基卟啉(TCPP),得到了具有较强光热转换效应的C/TCPP整体材料,其在200～2500nm范围具有较强的光吸收性。以C/TCPP作为太阳能界面蒸发器,在1个太阳(1kW/m²)的光照强度下,蒸发速率为5.83kg/(m²·h),实现了快速的海水蒸发。

采用氮等离子体对聚偏氟乙烯超滤膜(PVDF)表面进行改性,气相接枝丙烯酸(AA),进而负载Cu₂O光催化纳米颗粒,以提高膜的抗污染性能和自清洁能力。结果表明:氮等离子体处理的最佳条件为改性时间150s,压强35Pa,射频功率80W,距放电中心40cm处。接枝丙烯酸后接触角降至65.98°,并为负载Cu₂O提供了载体。红外光谱和扫描电镜结果均表明Cu₂O负载在PVDF超滤膜表面。负载Cu₂O后,PVDF超滤膜(复合膜)纯水通量和牛血清蛋白(BSA)通量均有所提升,截留率由59%提升至85%,污染率由68%降至49.8%。光照30min后,复合膜的纯水通量恢复率为86.19%,远高于原膜的19.82%,具有自清洁性能。

双向拉伸聚丙烯(BOPP)膜广泛应用于软包装材料领域。由于BOPP膜是一种非极性亲油高分子材料,通常导致水性油墨在其表面印刷性能较差。采用电晕处理法在BOPP膜表面修饰羟基,将聚丙烯酸(PAA)接枝在BOPP电晕膜表面,通过氢键作用将SiO₂@TiO₂纳米涂层牢固结合在BOPP/PAA接枝膜表面,制备出具有高透光性和优异印刷性能的BOPP/SiO₂@TiO₂纳米复合膜。通过拉曼光谱仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜等对纳米复合膜的结构和形貌进行表征,通过滚涂和丝网印刷工艺研究了稀释和未稀释水性油墨对BOPP/SiO₂@TiO₂纳米复合膜印刷效果的影响。结果表明:SiO₂@TiO₂纳米涂层可以均匀、牢固地附着在BOPP/PAA接枝膜上,且硅钛摩尔比为1∶1的纳米复合膜透光率超过90%;水性油墨在纳米复合膜上的印刷精度和附着性能相较于其他BOPP膜都得到显著提升。

新能源汽车和移动通讯的迅猛发展,亟需柔性高效低电压电热材料。采用真空抽滤法制备了晶须碳纳米管(w-CNTs)/多壁碳纳米管T3复合膜(记作w-CNTs/T3)和多壁碳纳米管T1/多壁碳纳米管T3复合膜(记作T1/T3),2种碳纳米管复合膜厚度均控制在100μm。通过扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪、X射线衍射仪、万能力学材料测试仪对2种复合膜的形貌、结构和力学性能进行了表征和测试,研究了w-CNTs对复合膜结构和性能,尤其是电热性能的影响。结果表明:w-CNTs/T3复合膜结构疏松多大孔,其力学性能低于T1/T3复合膜;w-CNTs的结构缺陷少,结晶度高,呈近乎完美的石墨烯结构;w-CNTs/T3复合膜的导电和电热性能优异,电导率为42.87S/cm,外加电压为6V时,其表面温度高达318℃,电磁屏蔽性能达到43.27dB,优于T1/T3复合膜。低长径比w-CNTs的引入既可以降低成本,又可以获得更加优异的导电、电热和电磁屏蔽性能,为制备低压高效的电热材料提供了实验和理论支持。

以高性能的碳纳米管(CNT)薄膜为骨架,利用超声雾化喷头将环氧树脂(EP)喷涂到CNT薄膜的孔隙中实现CNT/EP复合材料的一体化成型。在复合过程中较好地保留了CNT薄膜的结构完整性,一定程度上解决了其他方法中CNT难分散的问题,简单有效的工艺也更有利于实现复合材料的大规模制备。通过优化树脂含量并采用预拉伸的方式来提升CNT在复合材料中的取向性,成功制备出高取向、高致密性且性能均匀的高性能复合膜,其拉伸强度达到1.9GPa,韧性达到47.7J/cm³。如此高性能的CNT/EP复合材料在多个领域具有重要的应用前景。

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体材料,油茶果壳(COS)作为增强材料,通过挤出注塑工艺制备了COS/HDPE复合材料。深入研究了复合材料的微观结构,并在此基础上探讨了COS的加入量对于复合材料力学性能及热学性能的影响。结果表明,复合材料的弯曲性能及热稳定性随着COS加入量的增加而提高。当添加的COS量达到40%时,复合材料具有最大抗弯强度、模量及最佳的热稳定性。同时,热重分析表明,COS的加入能够略微地阻止复合材料在高温下的热解。

以市售的煤质活性炭(AC)为原材料,进行氮掺杂/硝酸两步法改性,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、BET比表面积和电化学分析等手段对改性前后AC的表面性质和电化学性能进行探究。通过电吸附实验及吸附动力学模型研究其吸附机理。结果表明:经过尿素改性后再进行硝酸改性的AC(H-AC)在表面形貌方面得到了更大的比表面积和更丰富的孔隙结构;电化学性能方面比电容显著增加,内阻明显降低,亲水性能获得大幅提升,这些优点对于将其制备为电极表现出了非凡的潜力。H-AC在最优条件下比表面积为856.073m²/g、孔容为0.648cm³、且制得的电极比电容为370.41F/g,该电极在Cu²⁺初始浓度为80mg/L、工作电压1.5V、极板间距6mm的条件下Cu²⁺离子的去除率达到74.56%。

以石蜡(PW)和月桂酸(LA)为原料,采用熔融共混法制备了二元复合相变材料。利用步冷法探究了不同配比对PW/LA二元复合相变材料性能的影响,确定了PW/LA共晶体系中PW和LA的质量比为2.8∶7.2时为复合相变材料的共晶点,低共晶温度为34.2℃。以膨胀蛭石(EVM)为定形材料,PW/LA为相变材料制备定形复合相变材料。结果表明:制备定形复合相变材料的最佳条件为搅拌时间66℃,搅拌温度80min,相变材料含量55%;熔化温度和凝固温度分别为34.75℃和30.22℃,相变潜热为120.6J/g;傅里叶红外光谱测试表明EVM-PW/LA没有化学反应发生;热重测试表明EVM-PW/LA的失重区间在210.1～280.2℃,有良好的热稳定性。此定形相变材料在服装等低温领域有广泛的利用价值。

通过液相超声剥离法制备出超薄二维材料碘酸氧铋(BiOIO₃),使用超薄BiOIO₃对钙钛矿层和电子传输层之间的界面进行修饰。BiOIO₃晶格内电荷中心不重合,因此具有独特的自感应电场。这种特殊的自感应电场引入钙钛矿层和电子传输层间有利于电子提取和减少积累,实现场效应钝化。此外,BiOIO₃具有高密度的带负电荷的氧原子与钙钛矿薄膜表面未配位的Pb²⁺离子相互作用形成Pb—O键,有效钝化了钙钛矿表面Pb²⁺缺陷。在场效应钝化和化学钝化的双重钝化作用下,电池开路电压显著提升,光电转化效率从20.54%提高到22.12%。

采用共沉淀法,以聚乙二醇(PEG)为分散剂制备了前驱体,后经800℃热处理获得了系列YPO₄∶Er³⁺,Yb³⁺上转换发光粉。X射线衍射(XRD)结果表明:所有的样品均为四方结构的YPO₄相。PEG对样品的晶粒尺寸有影响。扫描电镜(SEM)结果表明:PEG的加入提高了颗粒的分散性和均匀性。红外光谱分析结果表明:PEG的添加对发光粉结构没有明显的影响。980nm红外光激发下,YPO₄∶Er³⁺,Yb³⁺发光粉的上转换发射光谱显示出来自Er³⁺离子绿光和红光的特征发射。各样品的发光强度和红光/绿光相对强度比与晶粒尺寸、晶粒表面形貌有关。讨论了可能的上转换发光过程,并计算了样品的色坐标。

二维磁性材料由于载流子迁移率、机械强度和热导率等独特的性质在许多应用中显示出巨大的前景。基于密度泛函理论,从电化学的角度对二维磁性材料CrN单层的储钠行为进行了理论研究,并探究了磁性质与钠含量的关系。研究结果表明,CrN单层对钠离子的最大吸附能为-0.78eV,在该位点上,钠离子的扩散势垒约为0.45eV。在较低的开路电压0.38V下,可以稳定容纳4个钠原子,理论容量为406mAh/g。随着钠离子的嵌入,居里温度和交换相互作用逐渐减弱,但不影响CrN单层的铁磁构型。

通过离子交联与原位还原组装制备了一种海藻酸钠改性石墨烯双网络水凝胶珠(CG),对样品的结构与形貌进行了红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜表征,研究了其对结晶紫染料的吸附性能。结果表明:氧化石墨烯与海藻酸钙之间存在较强的氢键相互作用,形成了石墨烯片层3D网络与海藻酸钙双网络结构水凝胶珠,凝胶球具有良好的力学性能,在pH=1.2及pH=7.4溶液中表现出不同的溶胀行为,呈现pH智能响应性。石墨烯凝胶珠内部呈现多孔结构,对结晶紫染料表现出较高的吸附能力与较快的吸附速率,最大吸附量为363.6mg/g。利用在不同pH溶液的吸附性能不同,实现水凝胶珠的再生和重复使用,重复使用5次后,去除率仍保持在90%左右。吸附等温模型符合Langmuir模型,Freundlich模型表明该吸附过程为有利吸附,吸附动力学符合伪二级动力学模型。

柔性二官能度化合物易与环磷腈形成环状结构,不能形成好的交联网络,使含醛基环磷腈(CP-3AP)与间苯二甲胺(MxDA)、己二胺(HDA)构筑的聚亚胺热可逆材料溶解到四氢呋喃中。增加CP-3AP中非交联侧基位阻,阻碍这种环化结构形成,实现了醛基环磷腈与不同氨基化合物均能构筑不溶的可逆交联网络,同时探讨了位阻对交联程度的影响。

孔隙是复合材料的主要缺陷之一,成型过程中孔隙演变的研究对低孔隙率成型T800/802双马树脂碳纤维复合材料制件起到积极作用。采用扫描电镜(SEM)表征了未固化预浸料的断面形貌;自主搭建了在线监测平台,原位观测802双马树脂145℃恒温加热过程中不同时刻气泡的形成与生长;设计了层压板成型断点实验,采用金相表征方法统计5个不同时刻点孔隙率。结果表明:成型前预浸料初始孔隙率为7.81%,成型过程中树脂反应生成气体,气体成核形成孔隙并长大,在压力和树脂状态共同作用下,孔隙经历形成-生长-缩小-稳定过程,孔隙率、孔隙数目和尺寸均先增大后减小。

采用水热法和水解法相结合制备BiOCl/ZnO,并对其形貌和结构进行表征。以甲基橙(MO)为降解目标,探究了BiOCl与ZnO的质量比、催化剂的质量、MO的浓度和溶液的pH等因素对BiOCl/ZnO降解MO性能的影响,并初步探讨了BiOCl/ZnO降解MO的光催化机理以及其催化动力学过程。结果表明,当BiOCl与ZnO的质量比为53时,合成了片状BiOCl/ZnO;在紫外光照射1.5h时,0.1g所制备的BiOCl/ZnO对100mL pH为10.8的25mg/L的MO的降解率达到96.61%;BiOCl/ZnO光催化降解MO过程符合一级动力学过程,且在此过程中·O^2-起主要作用。

纳米ZnO因来源广、廉价和无毒性等优点得到广泛的研究,但其可见光响应范围窄、较宽的禁带宽度和光生电子-空穴复合较快等问题已成为纳米ZnO实际应用的瓶颈。采用水热合成法制备了铁和镍共掺杂ZnO复合光催化剂Fe_0.02/Ni_x-ZnO,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪、电化学交流阻抗测试等对复合光催化剂的相结构、微观形貌、元素价态、光学性质和电化学性质进行表征,考察了复合光催化剂对罗丹明B的光催化活性。结果表明:当Fe³⁺掺杂量为2%、Ni²⁺掺杂量为10%(均为质量分数)时,Fe_0.02/Ni_0.1-ZnO复合光催化剂的禁带宽度明显减小,对罗丹明B的降解率最高。自由基捕获和电子自旋共振波谱分析证实,空穴是光降解罗丹明B的主要活性物种。

采用简单的低温湿化学法制备了一种具有刺猬状形貌的磁性石墨烯基氧化锌纳米棒阵列(RGO-MFe₂O₄-ZnO NRAs)。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱等手段对RGO-MFe₂O₄-ZnO NRAs进行了表征,并进行罗丹明B降解实验。结果表明:RGO-MFe₂O₄-ZnO NRAs由具有刺猬形状的ZnO NRAs垂直生长于磁性石墨烯纳米片表面(RGO-MFe₂O₄,M=Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺)。RGO-ZnFe₂O₄-ZnO NRAs的光催化效果明显优于其他6种复合材料,虽然经过5次重复使用,但仍表现出90%左右的良好光催化效率,并且由于其磁性能可以通过外磁铁分离回收,具有良好的可重复使用性。此外,还提出了可见光照射下基于协同效应和光敏效应的光催化性能增强机理,可为促进石墨烯修饰的半导体纳米复合材料在各个领域的应用提高参考。

煤矸石中富含SiO₂和Al₂O₃,可作为制备沸石分子筛的廉价原料。以陕西府谷地区某典型煤矸石为研究对象,破碎筛分经过高温煅烧除杂后,采用碱熔-水热法在80℃、90℃、100℃条件下制备煤矸石基沸石分子筛。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、全自动比表面积和孔隙分析仪、傅里叶变换红外光谱仪对产物晶体结构、组成、微观形貌和比表面积进行了表征。将水热温度90℃制备的沸石分子筛用于吸附废水中Cu²⁺,并考察沸石分子筛投加量、溶液pH、吸附温度和吸附时间对Cu²⁺吸附效果的影响。结果表明:水热温度90℃时产物形态较佳且结晶度较高,比表面积为66.27m²/g;沸石分子筛投加量为0.35g,溶液pH=6,吸附温度为45℃,吸附时间为55min时,对Cu²⁺吸附效果最佳。

利用正电的锌金属离子与超声剥离制备出带负电的氧化石墨烯,在水-乙醇混合介质中通过静电自组装将ZnO纳米颗粒与氧化石墨烯复合,成功制备ZnO/GO复合催化剂;再利用水热法将Fe₂O₃负载到ZnO/GO复合催化剂上,得到了全固体Z-Scheme光催化剂Fe₂O₃/RGO/ZnO。选用甲基橙测试材料的光催化性能,结果发现Fe₂O₃/RGO/ZnO具有最好的光催化性能。

随着公路里程的逐年增加,对公路养护的需求不断增长。道路超薄磨耗层技术的使用可以提高原路面的各种性能,改善路面早期病害,在道路预防性养护中具有较好的应用效果。基于目前国内外道路超薄磨耗层技术的研究成果,对超薄磨耗层使用的胶结料、矿料、添加剂和粘层材料的概况进行了阐述,对影响超薄磨耗层的抗滑性能、抗裂性能和层间粘结性能的因素进行分析,对其性能评价方法和指标等方面的研究进展进行了综述,随后介绍了两种应用前景较为广阔的功能型超薄磨耗层。最后,总结了道路超薄磨耗层材料的研究进展,对目前研究中存在的一些问题进行探讨,以期为未来超薄磨耗层技术的发展提供参考。

基于真空辅助树脂传递模塑成型技术制备石墨烯碳纤维复合材料层合板,研究了不同质量分数的石墨烯对碳纤维复合材料层合板阻尼性能的影响。通过锤击法对石墨烯碳纤维复合材料层合板进行固有特性测试并利用激振器进行振动响应测试。利用有限元法对石墨烯碳纤维复合材料层合板的固有特性进行求解,并与实验结果进行对比分析。采用动态热机械分析仪在不同扫描模式(温度)下对石墨烯碳纤维复合材料层合板进行评估。结果表明:在石墨烯的质量分数在0～0.1%范围时,质量分数为0.1%的石墨烯碳纤维复合材料层合板阻尼性能最好。

碳纤维复合材料在受到垂直于纤维方向的冲击时,易发生脆性断裂,导致结构完整性受损,进而产生安全隐患。为提升碳纤维层合板在低速冲击后的结构完整性,研究了不同层间混杂比例的碳纤维/超高分子量聚乙烯(CF/UHMWPE)纤维复合材料层合板的低速冲击性能。通过[0°/90°]_n铺层方式制备了4种等厚度、不同混杂比的层合板,并对其低速冲击性能及冲击后的破坏形貌进行了分析。结果表明:随着UHMWPE纤维在层合板中的混杂比例增加,层合板的低速冲击性能呈现出先提升后下降的趋势。当CF/UHMWPE层合板的UHMWPE纤维层间混杂比例达到11%时,层合板在冲击后的结构完整性最佳,冲击性能最优,落锤冲击载荷3197N,吸收能量25.47J,冲击后压缩强度(CAI)达到135MPa。与纯碳纤维层合板相比,其冲击载荷、吸收能量和冲击后压缩强度分别提升了10.6%、15.6%和9.7%。冲击后的破坏形貌表明,在碳纤维层合板的层间适量引入UHMWPE纤维插层,能够有效延缓纤维的脆性断裂,抑制裂纹的生成与扩展,从而显著提升层合板的抗冲击性能和冲击后的结构完整性。

以FeOOH/SBC作为渗透反应墙技术(PRB)填料,基于PRB模拟装置考察了填充材料对含水层盐酸金霉素(CTC)的去除效果。实验结果显示,随着CTC在含水层中的迁移运动,包气带土壤中CTC浓度从12.57mg/kg降至4.82mg/kg,水样的pH基本保持不变,而氧化还原电位(ORP)出现波动,溶解氧(DO)在经历初期上升后趋于稳定。在未添加过硫酸盐的条件下,CTC的去除效率可达79%。当添加2mmol/L过硫酸盐后,去除效率提升至84%。本研究结果可为CTC污染地下水的PRB研究提供理论参考。

随着《建筑和市政工程防水通用规范》的颁布,防水材料耐久年限获得了越来越多的而关注。作为广泛外露应用于屋面的热塑性聚烯烃(TPO)防水卷材,其耐久性研究是业内关注的热点。通过有温度梯度的热氧老化,对两种典型TPO防水卷材进行了长期的耐久性研究,利用宏观和微观表征手段,多角度分析材料老化后性能的变化,获得了TPO防水卷材的关键性能劣化规律。根据失效标准,增强型TPO在135℃下热老化63周后出现功能失效情况;均质型TPO截至70周功能未失效,但力学性能劣化严重。因此,对于存在严苛应力条件的服役环境,应当评估卷材的可靠性。同时,两种型号TPO均出现了一定程度的黄变现象,所以对于外观有要求的建筑,需要考量黄变程度是否可以接受。

电生理信号的长期稳定采集有助于疾病早期诊断康复和对人体的各种生理认知研究,与皮肤相接触的电极决定了所采集的电生理信号的质量水平。导电水凝胶由于其与生物组织相似的低杨氏模量,可调节的机械性能和高生物相容性的特点在生理电信号无创采集电极中得到了广泛应用研究。综述了近年来在提升导电水凝胶导电性能、机械性能、黏附性能、保湿性能和自愈性能的研究进展,介绍了导电水凝胶在心电、肌电和脑电无创生理电信号采集电极上的应用。

以改性后的天然高分子羟丙基纤维素和普鲁兰多糖为成纤聚合物,静电纺丝制备了一种升温可卷曲的温度响应性双面纳米纤维。利用其升温弯曲特性,构建了基于纤维缠绕作用的新型水凝胶网络体系,从而得到了一种可注射天然高分子水凝胶。通过扫描电镜确认了水凝胶的溶胶-凝胶转变源于热诱导自卷曲纤维之间的紧密缠结和纤维之间疏水相互作用的协同作用。流变测试证明了该水凝胶具有与软骨近似的物理性能,并能在人体温度下形成稳定的凝胶结构。该水凝胶采用天然高分子制备、凝胶过程无化学反应是一种良好的仿生材料或支架材料,在生物医疗材料领域有良好的应用前景。

工艺优化与晶格结构设计是影响3D打印材料性能的关键因素。通过研究层厚度、打印速度以及打印方向对碳纤维增强尼龙66力学性能的影响规律,优化其3D打印工艺,最后确定最佳的打印工艺条件为同心圆打印方向,层高0.1mm,打印速度70mm/s,获得的碳纤维增强尼龙66的拉伸强度为121.969MPa,弯曲强度191.603MPa。对类蜂窝晶格、加筋蜂窝晶格、异化蜂窝晶格的压缩强度进行了有限元模拟分析,结果显示异化蜂窝晶格的压缩强度最佳,类蜂窝晶格次之,加筋蜂窝晶格最差。最后通过压缩实验对3种晶格结构进行分析,结果显示其压缩强度与有限元分析结果一致,异化蜂窝晶格结构的压缩性能最佳,其压缩强度为111.37MPa,比压缩强度为7.05MPa/g。可为碳纤维增强尼龙66材料的3D打印应用提供设计参考。

高性能粘结剂的开发是改善硅基负极循环稳定性的有效途径之一。采用化学接枝法将苯胺(ANI)小分子引入到聚丙烯酸(PAA)结构中,合成一系列不同ANI含量的PAA-ANIx复合物。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等多种表征方法,分析并揭示了复合物的结构组成和微观形貌。然后将其作为粘结剂用于石墨掺混预锂氧化亚硅负极体系,组装成扣式半电池并进行电化学性能测试。结果表明:与PAA相比,以PAA-ANI7.5为粘结剂的硅基负极首效和循环300周容量保持率分别可提高2.01%和35.86%,而且倍率性能更加优异。这有助于推进高容量硅负极的规模化应用。

随着工业技术的不断发展,水污染日益严重,重金属、染料和药物分子等污染物随意排放,对人类健康构成威胁。吸附法因吸附效率高、成本低、操作简单等优点,在污染物去除领域得到广泛应用。生物炭在吸附材料中占据重要地位,但原始生物炭的比表面积、孔隙率、官能团种类等理化性质不够理想。为了进一步提高吸附能力,常常通过化学和物理方法来对生物炭作改性处理。完成吸附的生物炭以及其他废弃吸附剂常采用掩埋或焚烧的方法进行处理,这会对环境造成二次污染,尽管使用解吸试剂可将污染物洗脱,但解吸试剂往往会破坏生物炭原始结构,降低再利用率。目前,保留吸附剂负载的污染物,并将废弃吸附剂应用在催化、二次吸附、能源存储以及其他领域得到了初步研究,表现出较好的再利用率,为吸附剂的废物利用打开了新的思路。对生物炭常见的改性方法、实际吸附应用和其他类型废弃吸附剂的二次应用进行了总结,拓宽了废弃吸附剂的可应用领域,为废弃吸附剂的可持续应用提供论证。

为解决废旧聚乙烯(WPE)的回收应用问题和满足道路对沥青改性剂的需求,开展了WPE改性沥青相关研究。采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)对WPE进行化学改性,合成了改性剂废旧聚乙烯接枝甲基丙烯酸羟乙酯-异佛尔酮二异氰酸酯(WPE-g-HI)改性剂,探究了掺杂量不同的WPE-g-HI对改性沥青性能的影响。通过傅里叶变换红外光谱仪、接触角测量仪、热重分析仪对改性剂的结构和性能进行表征。利用三大基本指标(25℃针入度、5℃延度、软化点)及布氏旋转黏度试验研究了改性沥青的物理性能,并使用动态剪切流变仪分析改性沥青的流变性能。结果表明:WPE-g-HI改性沥青具有疏水性和可加工性;WPE-g-HI改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性能得到改善,WPE-g-HI掺杂量为5%(质量分数)时改性沥青性能较好。原因是WPE-g-HI中的—NCO与沥青的—OH发生化学反应形成氨酯键,从而使改性沥青的化学结构更加稳定,进而提升了其性能。与WPE改性沥青相比,WPE-g-HI改性沥青的复合剪切模量和车辙因子均增大,相位角降低,说明其具有更好的弹性恢复能力和抗车辙能力。

利用二氨基二环己基甲烷(氢化DDM)、甲醛、苯酚进行曼尼期反应,合成一种低温环氧固化剂。以苯基缩水甘油醚、聚氨酯改性环氧和双酚A环氧为基体树脂,筛选改性抗压耐磨填料,以合成的曼尼期碱固化,研制一种冰区船舶破冰用无溶剂环氧重防腐涂料。结果表明:涂料的综合性能优异,常温(23℃)下耐压强度为173MPa,低温(-65℃)下耐压强度为219MPa,耐磨性在1000g载荷,1000r/min的转速下磨损45mg。因此,该涂料具有优异的抗压强度和耐磨及防腐性能。