在绿色化工理念的引导下,无机膜以化学稳定性好、耐高温、孔径分布窄和分离效率高等优点在化工分离领域崭露头角。针对当前几种热门无机膜材料(无机炭膜、无机陶瓷透氧膜和无机分子筛膜),详细讨论了其研究进展、特性、应用领域以及未来的发展趋势。重点介绍了与这几类无机膜分离性能密切相关的几个关键因素,包括膜结构组成、制备工艺优化以及前驱体选择等。强调了合成过程中的局部膜缺陷形成是大规模生产无机膜的主要挑战之一,综述了无机膜领域抑制缺陷的最新方法。

CO₂电化学还原技术(ECO₂RR)是一项在常温常压、绿色条件下将CO₂直接转化、增值的重要技术。而阴离子交换膜作为CO₂电化学还原器件中的核心部件,其性能决定着整个膜电极的能量转换效率。理想的阴离子交换膜(AEM)应拥有高的离子传导率、机械性能与化学稳定性,并且能够有效地阻止产物和反应物的交叉渗透,减少ECO₂RR系统的能量损失。但阴离子交换膜在ECO₂RR中的应用还存在着诸多的障碍需要克服。总结了面向ECO₂RR应用的阴离子交换膜的设计、制备与性能,讨论了阴离子交换膜的各项性能对ECO₂RR性能的影响,并展望未来面向ECO₂RR应用的阴离子交换膜的研究方向。

长余辉发光是指激发光停止后发光仍能持续的现象,具有长余辉发光性质的材料称为长余辉材料。长余辉材料因光学性质独特而受到广泛关注。介绍了长余辉材料的发光机理以及缺陷对长余辉发光性能的影响,总结了目前用于调控长余辉材料发光性能的方法,包括材料的制备工艺(合成方法、反应温度和反应体系pH)、离子掺杂取代和表面包覆。最后展望了长余辉材料未来的研究方向。

生物基膜因绿色环保、可塑性强等优势,在食品、医疗、工业等领域得到广泛应用。近年来,聚乳酸基智能响应膜作为一种新型功能膜材料,因具有良好的生物降解性、可持续性、优良的机械性能和优异的智能响应功能等优势而备受关注。介绍了聚乳酸的基本性质,综述了聚乳酸基智能响应膜的制备方法及在食品包装、生物医药和环境保护领域的应用进展。

过渡金属硫化物作为一种可调带隙的类石墨烯材料,近年来受到研究人员的青睐。二维二硫化钨(WS₂)纳米材料是过渡金属硫化物家族的典型代表,因其具有多活性位点、大比表面积、化学性质稳定以及半导体等特点,在电子器件、电催化、生物传感等领域具有广阔的应用前景。结合近年来国内外研究现状,综述了化学气相沉积法、水热法、机械剥离法、离子插层剥离法和液相合成法等5种二维WS₂纳米材料的制备方法,总结了各种制备方法的优缺点,指出开发高效、结晶度高、层数可控的二维WS₂纳米材料制备方法是迫切需要解决的问题。

丝素蛋白水凝胶复合材料结合了丝素蛋白的生物相容性、生物降解性和可调控性,以及水凝胶的高吸水性和渗透性,因此在传感器领域展现出广阔的应用前景。综述了丝素蛋白水凝胶复合材料的制备方法,如物理交联法、化学交联法、酶催化交联法,以及该复合材料在应变传感器、化学传感器和环境传感器等方面的应用进展。基于丝素蛋白水凝胶复合材料的传感器具有灵敏度高、选择性好、性能稳定可靠的特点,有望在医疗诊断、环境监测和生物工程等领域发挥重要作用。

负极材料是钠离子电池的重要组成部分,肩负着负载和释放钠离子的重要作用,其效率直接影响电池整体的动力学性能。基于全球钠离子电池负极材料相关专利,总结了该领域专利的申请年度变化趋势,讨论了技术的主要来源地、优势机构、领域分布与创新态势,重点分析了嵌入型材料、转化型材料、合金型材料等不同类型的高价值专利。结果表明,钠离子电池负极材料技术及应用呈现高速发展趋势,中国是全球相关专利最大持有国,也是产业化进程最快的国家。我国的申请机构主要集中在广东、江苏、陕西、湖南等地,中国科学院物理研究所是最早开展相关研究的机构之一。在技术领域上,碳基材料与过渡金属硫化物、硒化物材料占据主导地位。碳基材料的重点在于提高首次库伦效率指标和理论比容量,而提升循环稳定性和导电性能是过渡金属硫化物、硒化物材料的研究重点。基于上述分析,提出相关高校、科研院所、企业应加强研发,并适当布局国际专利,推动钠离子电池技术和产业创新发展的建议。

铁基化合物负极(阳极)材料是一种新兴的锂离子电池负极材料,具有比容量大,电导率高,环境污染小,制备成本低等特点。介绍了以铁硫和铁氧两种铁基化合物为主的负极材料的制备方法和结构设计,归纳了铁基化合物作为锂离子电池负极材料的应用,并分析了铁基化合物作为锂离子电池负极材料存在的问题,指出了如何通过合理的结构设计获得电化学性能优异的铁基化合物负极材料。

制备高效、稳定和低成本的析氢反应电催化剂是目前氢能大规模利用面临的挑战之一。为了应对这些挑战,通常采用界面工程来提高催化剂的活性和稳定性。总结了酸碱性条件下析氢反应的机理,综述了NiS基异质结的构建方法及其在强化电催化析氢活性中的应用,分析了存在的问题并展望了未来NiS基异质结构催化剂的研究方向。

固体氧化物燃料电池是一种可持续、环保和高效的能量转换装置,其中低温化的发展趋势要求电解质材料在较低温度下具有高离子电导率和良好的稳定性。电解质材料是固体氧化物燃料电池最重要的组成部件之一,应具备高离子电导率、高致密性和稳定性好等性能。钇稳定氧化锆是研究最早的电解质材料,萤石结构的氧化铈基电解质材料因在中温范围内具有较高的离子电导率,被认为是钇稳定氧化锆的理想替代者。结合近年来氧化铈基电解质材料的研究现状,综述了元素掺杂和第二相材料复合2种优化策略下氧化铈基电解质材料的研究进展。

紫磷是最近几年发展起来的一种具有层状结构的新型单质磷,在催化、生物医药、传感等领域具有很好的应用前景。结合国内外相关文献,综述了目前开发的紫磷制备方法,包括等离子体辅助法、铋融化法、铅融化法、化学气相传输法和催化法。分析讨论了各种制备方法的优缺点,提出催化法具有工业化发展前景。但催化法制备紫磷的机制尚不完全明确,深入研究催化法制备紫磷的机理,简化其工艺流程,扩大制备规模,实现紫磷的低成本规模化制备是紫磷制备的发展趋势。

氟是关乎人体健康的必需元素之一,高氟或低氟的摄入都会严重危害人体健康。利用金属氧化物吸附除氟一直是环境领域研究的热点课题。简述了金属氧化物的除氟机理,综述了金属氧化物的改性方法,如掺杂改性、负载金属氧化物、复合化并归纳了改性金属氧化物的吸附机理,讨论了pH、共存离子、反应温度对改性金属氧化物除氟效果的影响。最后,展望了改性金属氧化物未来的发展趋势。

溴氧化铋(BiOBr)基复合光催化材料因具有诸多优点在国防军工、轨道交通、能源开发和环境治理等领域受到广泛关注。综述了近年来BiOBr基多元复合光催化材料制备方法研究进展,介绍了通过元素掺杂、半导体复合、改性复合制备的BiOBr基复合光催化材料的催化性能,从催化机理方面探讨了不同材料对光催化性能的影响,指出具有较宽可见光响应范围且光吸收性能较佳的Bi/BiOBr可以作为进一步提升BiOBr基复合光催化材料催化性能的基体材料,将基体材料与磁性材料复合有利于催化剂的回收利用。

使用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)作为异氰酸酯原料合成聚氨酯预聚体,并将其与聚天门冬氨酸酯反应制备聚脲。研究了稀释剂、填料、聚醚多元醇与扩链剂对聚脲性能的影响。结果表明:选用乙酸丁酯作为稀释剂时聚脲的力学性能最佳,选用二甲苯为稀释剂时,在失重率为5%的情况下,失重温度约为225℃,表现出较好的热稳定性;选用钛白粉作为聚脲的填料,当添加量为质量分数25%时聚脲力学性能最佳,拉伸强度约为22MPa,断裂伸长率约为285%,经过酸碱盐处理后,力学性能保持率均维持在90%以上,展现出较好的耐候性;低分子量、多羟基的聚醚多元醇可以提高聚脲拉伸强度,但会导致断裂伸长率大幅下降;加入甘油作为扩链剂可以显著提高聚脲的撕裂强度,当添加量超过质量分数5%时,聚脲的撕裂强度超过100N/mm。

基于间位芳纶纸(MAP)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),采用真空浸渍法构筑了具有三明治结构的全有机PMMA-MAP-PMMA(P-M-P)复合纸。P-M-P复合纸表面粗糙度的降低以及内部孔隙率的减少显著改善了其力学性能和击穿强度。当PMMA溶液浓度为15%时,P-M-P复合纸击穿强度达68.8MV/m,相较于纯MAP提升了73.7%;此外,通过密度泛函理论(DFT)计算发现,PMMA的禁带宽度高达7.21eV,有助于进一步改善P-M-P复合纸的绝缘性能。因此,在MAP表面形成高绝缘层有助于改善其绝缘性能和击穿强度,有望为开发具有更高击穿强度的MAP提供新方法和新思路。

以聚乙二醇基交联共聚物(MFPEG)为相变功能单元,采用木质纤维素作为支撑骨架,通过物理吸附将MFPEG与纤维素骨架复合,制备了具有固-固相变行为的新型木质纤维素/聚乙二醇复合相变材料。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜考察了复合相变材料的结构与形貌特征;采用差示扫描量热仪、热重分析仪和热常数分析仪研究了复合材料的相变特性、热稳定性与导热性能;进一步通过模拟控温实验研究了复合相变材料的控温性能。结果表明:MFPEG通过物理作用包覆在木质纤维素支撑骨架中,使得复合相变材料表现出一定的柔韧性;复合相变材料的MFPEG包覆量约为67.78%,升温过程中相变温度和焓值分别为35.15℃和75.25J/g。在18～32℃温区模拟控温实验中,复合相变材料的控温时间比对照组增加了108%,表现出优异的控温性能。

采用静电纺丝技术制备了聚偏氟乙烯/聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯(PVDF/PAN/PMMA)三元复合纳米纤维膜,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、接触角测量仪和电化学工作站等探讨了PVDF/PAN与PMMA质量比对复合纳米纤维膜形貌、结晶结构、热性能、亲疏水性能和电化学性能的影响。结果表明:与PVDF/PAN复合纳米纤维膜相比,加入PMMA后PVDF/PAN/PMMA三元复合纤维膜的纤维表面略变粗糙,并且纤维直径有所减小;PMMA的加入抑制了PVDF中β晶的形成,使得PVDF/PAN/PMMA三元复合纳米纤维膜的结晶度有所降低;PVDF/PAN/PMMA三元复合纳米纤维膜的物理阻抗较小,说明该复合纳米纤维膜与电解液浸润性较好;同时循环伏安曲线重合度很高,表明以PVDF/PAN/PMMA三元复合纳米纤维膜作为隔膜组装的钠离子电池在钠离子嵌入和脱出过程中能够保持很好的结构稳定性。

基于先进的静电纺丝技术,旨在制备出高质量的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,并系统地探究了影响纺丝工艺的关键因素。通过调控PVDF质量分数(12%)、溶剂体系中N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与丙酮的质量比例(5∶5)、供液流速(1mL/h)、外加电场强度(18kV),以及针尖至接收装置(转辊)的间距(15cm),以确立并验证最佳的纺丝工艺参数组合。结果表明:在上述最优工艺条件下制备的PVDF纳米纤维膜,展现出了优异的微观结构形态,且其β晶相含量高达83.1%,这一发现不仅验证了工艺参数优化的有效性,也为后续纳米材料在特定领域(如过滤、传感、能量存储等)的应用提供了坚实的基础和广阔的前景。

以高温固化型环氧树脂HG101为基体,高强高模量碳纤维为增强材料,通过热熔浸渍法制备了具有良好物理性能和工艺性能的预浸料,采用热压罐固化成型工艺制备出高强高模量碳纤维复合材料。通过扫描电子显微镜、万能试验机对复合材料的微观形貌、力学性能进行了表征和测试。结果表明:与中模量CF1碳纤维预浸料复合材料相比,高模量CF2、CF3、CF4碳纤维复合材料0°拉伸模量分别提高28.57%、31.55%、97.62%,碳纤维强度转化率也依次提高;同时短梁强度和面内剪切强度较高,表明环氧树脂HG101与高模量碳纤维界面结合性能良好。

利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维,通过溶剂热反应在PAN纳米纤维上负载Ni(OH)₂纳米片,结合低温煅烧和硫化处理,得到NiS纳米片包覆氮/硫共掺杂碳纳米纤维(NiS/NSCNF)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪对复合材料的形貌和结构进行表征,并通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗等对复合材料的电化学性能进行测试。结果表明:以6mol/L KOH为电解液,电流密度1A/g条件下NiS/NSCNF复合材料比电容为826F/g,电流密度为10A/g时比电容保持率为85.8%,连续充放电循环6000次后,比电容仍保持初始值的92.6%,展现了优异的循环稳定性。以NiS/NSCNF为正极,活性炭(AC)为负极组装的非对称超级电容器(记作NiS/NSCNF//AC),在功率密度800W/kg条件下,能量密度高达118Wh/kg,经过6000次恒流充放电循环后,比电容保持率高达94.1%。

以聚丙烯腈(PAN)纤维为基材,添加纤维素纳米晶(CNCs),采用静电纺丝技术制备了PAN/CNCs复合纤维膜,经预氧化及碳化处理得到自支撑碳化纤维膜,用其作为负极材料组装成锂离子半电池,并测试了电池的电化学性能和充放电循环性能,分析了CNCs的添加和碳化温度对自支撑碳负极材料性能的影响。结果表明,PAN/CNCs自支撑碳负极材料与电解液浸润性良好,较纯PAN自支撑碳负极材料具有更优异的电化学性能和电池循环性能。

硅因其高容量而被认为是非常有应用前景的新一代高容量锂离子电池负极材料。但硅的低电导率及差的循环性能而限制了其作为负极材料在锂离子电池中的应用。以富含硅的稻壳为原材料,沥青为导电剂,通过简单的铝热还原反应,制得多孔硅氧碳复合负极材料。结果表明:该复合负极材料展现出良好的电化学性能,在0.2A/g的电流密度下,具有高的首次充放电比容量1016.2mAh/g/1349.5mAh/g和75.3%的首次库仑效率,在200个循环后仍能保持812.8mAh/g/819.3mAh/g的比容量。优异的性能,主要得益于,氢/氩混合气氛对二氧化硅的还原提供了更多的反应活性位点。此外,沥青的加入一方面可以增强电极材料的导电性,另一方面熔融态的沥青可以填补材料中的孔隙,缓冲硅在充放电过程中的体积膨胀,从而提高材料的循环稳定性。

3D打印技术可以快速精确制备复杂结构组件,将其应用于碳纤维吸波材料制备是国内外新兴的研究方向。将不同比例的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)与热塑性聚氨酯弹性体(TPU)共混作为基体树脂材料,通过添加碳纤维(CF)制备了3D打印用TPU-ABS/CF复合吸波丝材,对共混树脂材料加入CF后的成型性能进行了评价,并探究了CF含量与吸波性能之间的关系。结果表明:将TPU与ABS共同作为基体树脂材料可大幅提高CF含量,当ABS与TPU质量比为2∶8时复合吸波丝材成型性能最好;CF质量分数为20%时,厚度为1mm的复合薄板在X波动和Ku波段实现了-1dB有效带宽全覆盖。

石蜡作为相变材料在热管理应用中存在导热系数低、易泄漏、与热管理器件接触热阻大的缺陷,限制了其大规模应用。为了改善石蜡相变材料的缺陷,以氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)为基体,膨胀石墨(EG)协同碳纤维(CF)作为高导热介质,制备了系列定形复合相变材料。结果表明:定形复合相变材料具有良好的定形特性和柔性;EG和CF协同形成的有效导热通道增加了石蜡的导热系数,且导热系数随着CF含量的增加而增加;当EG质量分数为1%、CF质量分数为3%时,定形复合材料的导热系数增加了44.5%;EG和CF协同强化的定形复合相变材料控温特性良好,是一种具有应用潜力的热管理材料。

采用湿法纺丝法将具有抗菌活性的碳量子点(CQDs)与粘胶纺丝液共混制备CQDs/粘胶抗菌复合纤维。通过台式扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、热重分析仪以及抗菌性能测试研究了CQDs对粘胶纤维结构与性能的影响。结果表明:CQDs/粘胶抗菌复合纤维表面纵向平直且有沟槽;随着CQDs含量的增加,复合纤维直径呈现先减小后增大的趋势,纤维直径分布在18～23μm之间;在湿法纺丝过程中CQDs已负载到粘胶纤维中,两者具有良好的相容性;添加CQDs有助于提升粘胶复合纤维的热稳定性。在光照条件下,复合纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率显著增强,其中CQDs质量分数为4%的CQDs/粘胶抗菌复合纤维抑菌率达到了99.99%,可用于抗菌功能纺织品以及医疗卫生用品。

受贻贝粘附蛋白中(左旋多巴)(L-DOPA)结构的启发,采用含邻酚羟基的没食子酸(GA)作为低成本仿生改性剂与含有伯胺基的氨基硅烷(KH792)通过水解缩合反应、迈克尔加成反应和席夫碱反应共沉积在聚酯(PET)纤维表面,在PET纤维表面形成具有反应活性的功能涂层。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS),接触角、吸油率,质量损失,力学性能等对改性后纤维进行分析测试。结果表明:GA/KH792聚合共沉积于纤维表面,形成了具有高表面能的聚合物微纳糙化形貌。改性后PET纤维的热稳定性、力学性能及表面润湿性得到提高,当GA和KH792的添加量为1∶1时,制备的G/K-PET-2纤维的接触角为128.71°,其吸油率、接触角、表面能相较于PET纤维,分别提高了66.3%、15.9%和76.4%;抗拉强度、断裂伸长率、断裂强力分别提高了13.7%、1.9%和6.9%。该方法可有效实现PET纤维表面的功能活化,具有成本低、操作简单等优势。

以不同粒径的锐钛矿型TiO₂为原料,通过熔盐法制备形貌优良、长径比可控的钛基晶须,并在该晶须基础上通过液相沉积法在其表面包覆一层掺杂氯化锑的氯化锡薄膜(ATO),结合高温煅烧获得浅色导电晶须。以此浅色导电晶须为填料,对聚酯纤维织物进行表面涂层处理以提升该织物的抗静电性能。分别通过扫描电镜、傅里叶红外光谱、织物表面静电半衰期对涂层的微观形貌与结构、抗静电性能进行测试表征。结果表明:原料混合比(TiO₂∶Na₂CO₃∶NaCl)为4∶8∶1、原料TiO₂粒径为100nm制备的导电晶须性能较好;涂料中导电晶须含量为4.76%时,涂层织物的静电半衰期为1.24s,达到了国家标准GB/T 12703—2008中规定的A级标准。

采用T700级湿喷湿纺碳纤维HF30G-12K和干喷湿纺碳纤维HF30T-12K分别搭配树脂MP60-01,含浸收卷制备预浸纱。使用预浸纱通过干法缠绕成型工艺制备NOL环、单向板、储气瓶等制件并进行力学性能测试。结果表明:在树脂基体相同的条件下,纤维等级相同的干喷湿纺碳纤维预浸纱与湿喷湿纺碳纤维预浸纱的工艺性、产品质量、材料界面性能等相近,但在NOL环拉伸强度、单向板0°拉伸强度和储气瓶水压爆破等方面,干喷湿纺碳纤维预浸纱性能比湿喷湿纺碳纤维预浸纱提高20%以上;干喷湿纺碳纤维生产的预浸纱产品性能更优。

提高短切碳纤维在水中分散性是湿法工艺制备碳纤维纸的重要工序。以不同上浆剂处理的聚丙烯腈基短切碳纤维为研究对象,研究了纤维长度、纤维含量不同时2种上浆碳纤维的分散率和分散等级,并通过傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪和X射线光电子能谱仪等对上浆碳纤维和上浆剂的化学结构及元素含量进行表征。结果表明:亲水上浆剂处理的碳纤维表面含有更高的氧碳比和更高比例的亲水官能团。在质量分数0.1%的聚氧化乙烯水溶液中,长度3mm、6mm、10mm的亲水上浆碳纤维质量分数分别为0.04%、0.03%和0.02%时,分散率均超过80%、分散等级均为一级,满足碳纤维纸对分散率和分散等级的要求。

以生物质碳气凝胶(CA)为阻燃剂基材,使用植酸(PA)对CA进行功能改性,通过优化改性工艺,制备了CA杂化复合碳气凝胶阻燃剂(CA-PA)。通过扫描电子显微镜、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪对CA-PA复合碳气凝胶阻燃剂的微观形貌、热稳定性、分子结构进行表征,并根据极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试对阻燃CA-PA/棉织物的性能进行评估。结果表明:最佳改性条件为PA质量浓度64g/L、酸化时间6h、酸化温度40℃,制备的CA-PA阻燃剂具有三维骨架结构,700℃时残炭量达到83.7%,热稳定性明显提升;CA-PA质量分数为20%时,阻燃棉织物的LOI值达到30.8%,UL-94垂直燃烧达到B1等级。

采用熔融共混法制备苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)、碳酸钙和不同种类抗氧剂的共混物,并探究了抗氧剂种类对于共混物力学性能与散发性能的影响。结果表明:单独引入0.1%的辅抗如RIANOX 168、ADK STAB PEP-36时,熔体流动指数有小幅度的下降,在辅抗的基础上进一步引入0.1%主抗氧剂,共混物的熔体流动指数进一步下降。结合撕裂强度、落镖冲击和拉伸测试的数据,0.1% 1790和0.1% RIANOX 168添加时,薄膜的综合力学性能最优。共混物中引入主抗氧剂时,气味没有降低,反而有不同程度的上升。引入抗氧剂后,甲苯、二甲苯和苯乙烯都无明显的变化,在引入了0.1% 1790和0.1% RIANOX 168时,样品的甲醛、乙醛和丙烯醛浓度分别下降了60%、41%和38%。对推广生物降解材料的应用有理论支撑,对塑料软包装领域的绿色转型有重要的研究价值。

采用水热法制备了双层空心多孔碳微球(DHPCMs),以其为载体制备了含N的磺酸型双层碳微球基固体酸(DHPCMs-SPT)催化剂,将DHPCMs-SPT用于催化煎炸废油与甲醇合成生物柴油。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、X射线光电子能谱仪、同步热分析仪以及傅里叶变换红外光谱仪等对DHPCMs-SPT的形貌、结构、热稳定性及元素含量进行了分析表征。结果表明:DHPCMs-SPT经过改性仍具有双层空心结构,且在碳微球上引入了含N的磺酸基团,其比表面积为10.96m²/g,表面酸密度为12.5mmol/g;在反应温度110℃,催化剂/油(质量比)为1∶25,甲醇/油(摩尔比)为16∶1、反应时间4h条件下,脂肪酸甲酯产率达92.2%。

通过一步水热法以柠檬酸和聚赖氨酸制备了碳化聚合物点,通过红外光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射对其形貌和组成进行表征;利用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对碳化聚合物点的荧光特性进行测试;采用生长曲线法检测其对细菌生长的影响。结果表明:碳化聚合物点在365nm处可观察到蓝色荧光;其可选择性吸附作为生物生长必要元素之一的Fe³⁺,可用于三价铁的定量检测,检出限为3.4318μmol/L,检测范围是0～100μmol/L。碳化聚合物点对革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌,S.aureus)和革兰阴性菌(大肠杆菌,E.coli)的最小抑菌浓度(MIC)分别是500μg/mL和250μg/mL。

运用高温固相法合成掺铕的氮化物荧光粉Sr₂Si₅N₈∶Eu²⁺。采用X射线衍射仪、能谱仪、荧光光谱仪对合成样品的结构、发光性能等进行研究,利用Rietveld方法对其结构精修,并计算了Sr_1.84Si₅N₈∶Eu²⁺_0.16的色坐标、色纯度和色温。结果表明:该荧光粉的色坐标为(0.6287,0.3708),落在红光区域,计算得到Sr_1.84Si₅N₈∶Eu²⁺_0.16的色纯度高达100%,具有非常高的纯度,相关色温为2021K,属于暖色光。该荧光粉在298～473K范围内表现出良好的热稳定性,活化能为0.14eV。通过第一性原理计算可知Sr₂Si₅N₈和Sr₂Si₅N₈∶Eu²⁺均为间接带隙结构,Eu的掺杂会在Sr₂Si₅N₈的导带与价带之间产生新的能级,从而充当中间能级的作用,新出现的能级为Eu的4f态。

通过水热法结合原位生长法,制备了CdS纳米颗粒修饰的ZnO纳米棒(CdS/ZnO)异质复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对CdS/ZnO复合材料的形貌、尺寸、元素组成以及表面化学吸附氧含量进行了分析表征。气敏测试结果表明在460nm LED灯珠激发下,CdS/ZnO异质复合材料对浓度5ppm的NO₂响应度可达28,检测下限低至100ppb,同时具备良好的稳定性、选择性和抗湿性。CdS/ZnO异质复合材料优异的气敏性能得益于CdS的可见光吸收能力以及CdS与ZnO之间的异质界面作用。

使用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了经过4种官能团(—CH₃、—OH、—NH₂、—O—Li)修饰过的Ni-MOF-74和未被修饰的Ni-MOF-74这5种金属有机骨架(MOFs)对CO₂和N₂的吸附与分离性能,获得了它们对CO₂和N₂分子的单组分吸附、混合组分吸附、等量吸附热以及混合组分时的吸附选择性等性能,并对这5种材料的吸附与分离性能进行了对比研究。结果表明:在单组分吸附中,官能团修饰的MOFs对CO₂和N₂的吸附热均大于未被官能团修饰过的Ni-MOF-74,显示出官能团的引入能有效增强气体的吸附能力。在0～6bar时吸附热对吸附量的影响较大,随着压力的增加,孔隙体积效应成为影响吸附性能的关键因素,具有更大孔体积和比表面积的Ni-MOF-74对CO₂的吸附容量明显提高,最后反超其他4种被官能团修饰的MOFs。在混合组分吸附中,经过官能团修饰的MOFs对CO₂的吸附容量和选择性均高于未被官能团修饰的Ni-MOF-74。其中CH₃-Ni-MOF-74和OH-Ni-MOF-74对CO₂的吸附选择性最好,表明这些官能团在提高CO₂吸附效率和选择性方面具有重要作用。

沸石咪唑骨架材料ZIF-67与石墨相氮化碳(g-C₃N₄)形成的复合材料具有一定的催化活性。为了进一步提升其活化过硫酸盐降解亚甲基蓝(MB)的性能,在复合过程中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)合成新复合材料ZIF-67/g-C₃N₄。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和比表面分析仪(BET)对材料进行表征。结果表明:ZIF-67/g-C₃N₄结构和形貌相较于ZIF-67发生较大变化,最可几孔径从2.58nm增至4.17nm,活性位点的结合能数值减小0.32eV。当MB浓度为20mg/L,降解温度25℃,pH为7,复合材料投加量为0.1g/L时,PMS浓度为0.3g/L,反应10min后MB的降解率高达99.2%。其降解过程符合准一级动力学模型且催化剂具有良好的稳定性和可回收性。

以氯化亚铁为铁源,硫酸钛为钛源,氨水作为沉淀剂,通过化学共沉淀法制备出硫掺杂钛铁尖晶石(S掺杂TiFe₂O₄,SDTF)磁性纳米吸附剂,并进行扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和振动样品磁强计(VSM)表征分析,将其应用于刚果红染料的吸附性能研究。结果表明:在优化条件下,SDTF对刚果红的最大吸附量达674.46mg/g,结果更符合Langmuir吸附,属单分子吸附;另外,该尖晶石纳米材料对刚果红经过5次循环吸附后,仍保持一定的吸附性能。因此,S掺杂的TiFe₂O₄纳米材料作为一种新型优良的吸附剂,可以潜在地应用于染料废水中刚果红的吸附去除研究。

建筑领域是能源消耗和二氧化碳排放大户,研究建筑被动节能技术是有效解决方式之一。其中矿物基相变材料因其良好的热性能、储能效果和成本优势被广泛研究。介绍了相变材料的分类、热性能、选择、封装及矿物特点,阐述了多种矿物基相变材料在围护结构中的应用进展。应用表明,使用矿物作为载体提高了相变材料热稳定性、导热性,有效解决了相变材料泄露问题。将矿物基相变材料应用于围护结构可以维持室温相对稳定,减少供暖空调负荷,降低能源消耗。

为进一步提升路用水性环氧树脂(WER)与水性聚氨酯(WPU)的工作性能,分别以相反转法、预聚体法和物理共混法制备了不同类型的路用WER、水性聚氨酯及WER改性水性聚氨酯,并基于乳液粒径、黏度、干燥时间、稳定性、拉伸性能和弯曲性能等性能指标优化了路用WER和水性聚氨酯的制备与组成,研究评价了WER改性水性聚氨酯的性能增强效果。结果表明:相转化法制备WER的适宜剪切速率为1300～1500r/min,其较优配方为E-51型环氧树脂+脂环胺型固化剂+16%非离子活性乳化剂GL8661;路用WER工作性能优异,其拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲变形可分别达到34.46MPa、12.96%、76.87MPa、17.79mm;N-甲基二乙醇胺(MDEA)、二羟甲基丙酸(DMPA)和聚氧乙烯醚(POE)这3种亲水扩链剂的推荐用量分别为6.6%、5.4%和5.2%,相应3种水性聚氨酯固化物的拉伸强度依次为5.22MPa、8.06MPa和8.24MPa,断裂伸长率分别为2045%、1718%和846%;水性聚氨酯经WER改性后性能增强显著,平均粒径和黏度分别增长91%～103%、58%～185%,拉伸强度增大98%～366%,断裂伸长率减小19%～53%,WER与WPUⅢ的相容性最好,WER-WPUI性能增强效果最好。

碳纤维因其轻质高强等优异特性,广泛应用于航空、航天、兵器、电子、核工业及普通工业领域,近来低空经济领域成为我国的战略性新兴产业,展现出巨大的发展潜力,为扩大碳纤维在低空领域航空器及一般工业领域上的应用,研究低成本的碳纤维是当务之急,特别是低成本的碳化工艺,以解决长久以来碳纤维价格较高这一应用痛点。梳理了微波碳化、磁场碳化等低成本碳纤维碳化新技术,对比了其与传统碳化工艺的差异,并展望了相关技术的发展趋势。

以月桂酸(LA)、棕榈酸(PA)和石蜡(PS)为原料制备了LA-PA-PS三元共晶相变材料,通过真空吸附法将LA-PA-PS吸附至膨胀石墨(EG)中得到三元定形复合相变材料(CPCM),并对其进行泄露实验和性能表征。结果表明:当EG对LA-PA-PS的吸附率为90.91%时,该相变材料的泄漏率小于1%;LA-PA-PS与EG之间是通过物理作用结合,并未发生化学反应;CPCM的熔化与凝固温度分别为33.81℃与27.83℃,熔化与凝固潜热分别为150.64J/g与131.41J/g,且具有优异的热循环稳定性;CPCM在温度不高于100℃时不发生分解,具有较好的热稳定性。由于CPCM具有适宜的相变温度、较高的相变潜热和较好的热稳定性,因此,在建筑节能领域具有较好的应用价值。

有机硅凝胶具有高透气性,对皮肤友好,无皮肤致敏性,生物相容性好,可消毒、清洗、反复黏贴等优异的性能,是医用硅凝胶的理想材料。巯基-烯点击化学反应是一种高效且环保的光固化技术,具有优异的反应速率和选择性,广泛应用于材料的快速固化过程中。利用巯基-烯点击化学反应制备单组分有机硅凝胶,采用正交试验法,筛选比例,研究不同比例下有机硅凝胶材料的性能。结果表明:当乙烯基硅油黏度为10000cp,巯基硅油2720含量为2.0%,VMQ硅树脂含量为2.0%时,有机硅凝胶综合性能最佳,满足医用有机硅胶粘剂材料的实际使用性能要求。

采用一步水热法在棉织物上原位生长二硫化钼纳米片,制备了棉织物/二硫化钼(CFs/MoS₂)复合材料。通过拉曼光谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计对复合材料的结构特性、光动力性能进行了表征,通过单线态氧(¹O₂)、羟基自由基(·OH)、超氧阴离子自由基(O₂·^-)检测,光催化降解孔雀石绿染料和光动力抗菌(针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)实验研究了复合材料的光催化性能和抗菌性能。结果表明:与棉织物的结合一定程度上促进了部分MoS₂从1T相到2H相的转化,CFs/MoS₂复合材料在光照条件下能促进单位时间内 ¹O₂和·OH的产生,加快染料降解且具有优异的光动力抗菌效应。

以五水硝酸铋、碳纳米管(CNTs)和蒙脱石(MMT)为原料,采用水热法制备溴氧化铋(BiOBr)、BiOBr/CNTs和BiOBr/MMT复合材料,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和比表面积及孔隙度分析仪等对复合材料的结构、形貌和孔径分布进行分析表征。以BiOBr基复合材料作为催化剂进行光催化降解亚甲基蓝实验,研究了复合材料的催化性能及其降解机理。结果表明:BiOBr为典型四方晶相结构,CNTs和MMT负载到BiOBr表面且样品结晶度好;复合材料呈薄片裹成的中空球形结构;氮气吸附-脱附等温线显示BiOBr/CNTs的吸附能力明显提高。可见光激发以及弱碱性条件下,BiOBr/CNTs与BiOBr/MMT复合材料的催化降解性能较BiOBr得到提升,BiOBr/CNTs对亚甲基蓝的催化降解性能最好;降解溶液pH分别为8.0、9.0和9.0时,BiOBr/CNTs、BiOBr/MMT和BiOBr对亚甲基蓝的降解率最佳,分别为98.6%、86.8%和82.2%;随着亚甲基蓝初始质量浓度的逐步提升,BiBr/CNTs和BiOBr/MMT复合材料降解能力表现出明显下降趋势,说明BiOBr基复合材料适合降解低浓度亚甲基蓝。循环使用3次后,BiOBr/CNTs对亚甲基蓝仍具有较好的催化降解性能。

铁氧体是一种重要的化合物材料,具有优良的磁性、催化活性、光学和电学特性,广泛应用于电子学、材料科学和高级氧化技术等领域。通过将磁性铁氧体纳米颗粒引入碳材料的矩阵中,可以使碳材料同时具备磁性和光电性能,适用于高级氧化技术处理有机废水。介绍了铁氧体/碳材料的多种制备方法,并总结了各方法的优缺点。综述了高级氧化法中光催化氧化、电催化氧化、臭氧氧化、芬顿-类芬顿氧化及复合氧化降解有机废水的研究进展。

为克服氮化碳在光催化过程中光生载流子复合率高、催化活性低的不足,将具有“电子海绵”特性的十聚钨酸盐和二价铜离子与富含N、O元素的氮化碳材料相结合,设计了一种新型复合材料W₁₀/Cu/g-C₃N₄。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等多种表征手段,对W₁₀/Cu/g-C₃N₄的组成、结构进行了详细分析。同时,在3-甲氧基苄醇氧化制备3-甲氧基苯甲醛的模型反应中,对其光催化性能进行了考察。结果表明:在光照条件下,以乙腈作为溶剂,光催化3-甲氧基苄醇的转化率为91%,3-甲氧基苯甲醛的选择性为92.3%。在优化条件下,该催化剂对7种不同底物进行了拓展实验,产率为64%～88%。此外,循环实验证明了催化剂较好的稳定性。可为制备具有光催化氧化功能的双金属离子复合材料提供有价值的参考数据和思路。

聚焦于新疆煤气化渣(CGS)的资源化利用,以环氧树脂为基体,通过模压法制备煤气化渣/环氧树脂复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)分析CGS的矿物组成。借助傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、万能力学试验机、邵氏硬度仪、扫描电子显微镜(SEM)、吸水率测试和动态热机械分析仪(DMA)等多种分析手段,讨论CGS含量对复合材料内部结构、力学性能、微观形貌、吸水率及热稳定性的影响。结果表明:CGS主要由石英、钙长石等组成;复合材料部分红外吸收峰位置发生位移。75% CGS时,复合材料的弯曲强度(61.8MPa)和硬度(94.5HD)达到最佳;75% CGS时复合材料的断裂面质密且平整,无明显孔洞存在。复合材料的吸水率随着CGS含量的增加,呈现出上升趋势。复合材料比纯环氧树脂材料的储能模量提高,玻璃化转变温度降低,并且随着CGS含量的增加,复合材料储能模量和玻璃化转变温度逐渐下降。

聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚4-乙烯基苯磺酸(PEDOT/PSS)水分散体因具有众多优点被公认为是最有前途的商业导电聚合物之一,但由于绝缘的PSS会包裹在其颗粒表面使电荷传递能垒变高,影响导电性。合成的聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚丙烯腈-b-聚4-乙烯基苯磺酸(PEDOT/PAN-b-PSS)在水中能形成具有核壳结构的胶束,这种核壳结构以PAN为核,PSS为壳,导电聚合物PEDOT堆积在壳上,增加了颗粒之间PEDOT的接触,可以有效降低电荷传递能垒,提高电导率(8.1S/cm→59.2S/cm),改善电化学性能,并有良好的成膜性(均方根粗糙度≤1.53nm)。将PEDOT/PAN-b-PSS应用于固态电容器中,相对于传统的PEDOT/PSS,能有效降低等效串联电阻(16.1mΩ→6.9mΩ),提高容量引出率(88.3%→95.0%)。为生产企业合成高品质PEDOT水分散体和下游企业选择更合适的PEDOT水分散体提供了技术参考。

采用共沉淀法在三聚氰胺泡沫(MF)骨架上原位生长四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒,以构筑粗糙界面;再通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其低表面能修饰,制备出具有磁性响应的超疏水Fe₃O₄/PDMS@MF泡沫。结果表明:Fe₃O₄/PDMS@MF水静态接触角高达152.0°,饱和吸油量达51.9g/g。Fe₃O₄/PDMS@MF可通过重力过滤实现油水混合物分离,且可通过外加磁场驱动吸收水上浮油。采用简单、环保方法制备的超疏水Fe₃O₄/PDMS@MF泡沫在油水分离领域具有广阔的应用前景。