碳纤维增强聚合物(CFRP)凭借高强度、轻量化特性,广泛应用于风电叶片、航空航天、汽车及体育器材。全球CFRP年废弃量将超过50万吨,中国年均增长率达15%,当前处置手段主要依赖填埋或焚烧,造成资源浪费和碳排放。传统热固性树脂固化后形成永久交联结构,给碳纤维回收带来了巨大挑战。热化学技术通过在无氧环境中加热CFRP,能够使树脂分解为小分子油气,同时回收碳纤维。其作为当前最成熟的工业化路径,适合大规模处理风电叶片等废弃CFRP,但仍需优化热转化条件、设计新型催化剂来降低能耗和成本。因此,回顾了近年来基于常规热解、微波热解和熔盐热解的回收废弃CFRP技术的最新研究进展。总结提出热化学技术的优势与瓶颈,并展望未来研究方向。

碳纤维增强复合材料(CFRP)凭借其轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,在海洋工程领域的应用价值日益凸显。全球碳纤维产能持续增长,中国已成为最大生产国,为CFRP应用奠定基础。系统梳理了CFRP在海洋油气工程、海上风电、近海基建、海洋观测与科研平台等场景的应用进展。CFRP在海洋油气工程中用于修复腐蚀管道、平台钢结构等;在深海立管、系泊缆索及脐带缆中,CFRP的轻量化与耐疲劳性能优势显著,但长期可靠性验证和高成本制约其大规模应用。海上风电领域,CFRP叶片可有效减重,推动风机大型化;近海基建中,CFRP筋替代钢筋可延长结构寿命。此外,CFRP在海洋探测器、潜水器及舰船中表现优异。未来,低成本材料研发、智能化监测及工艺创新将推动CFRP在海洋平台的更广泛应用,但其仍需解决耐久性、回收技术等挑战,以实现海洋工程绿色化与智能化发展。

近年来,人口老龄化、慢性病管理的增长趋势促进了人体健康监测技术及产品的需求。尽管人们对生物传感器进行了大量研究,但柔性、寿命与稳定性仍是当前生物传感器发展的主要难题。基于静电纺丝纳米纤维材料特点及其在人体健康监测中的重要作用,综述了静电纺智能纳米纤维在人体活动监测、生物标志物监测及药物缓释方面的应用进展,并展望了未来功能性纳米纤维生物传感材料的研究方向。

近年来,国产碳纤维(CF)技术实现重大突破,干喷湿纺工艺推动CF规模化生产,成本显著降低,加速了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空航天等领域的应用。其中,碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(CFRTP)因可回收、快速成型等优势,逐步替代传统热固性CFRP。然而,CF表面化学惰性、润湿性差及复合界面孔隙缺陷,严重制约复合材料界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)等力学性能。利用多种方法对CF表面改性有助于提升复合材料性能。系统综述了CF表面改性技术的研究应用进展,重点分析物理与化学改性方法的强化机制和原理。未来趋势表明,联合改性的“组合优化”策略将成为实现高性能CFRTP的核心路径,同时需向绿色低碳与连续化智能生产方向演进。

水凝胶在水下易溶胀导致力学与导电性能衰减。疏水微相分离通过疏水链段聚集形成纳米域,稳定网络并抑制溶胀。综述了疏水单体共聚、两亲性自组装、双网络、表面疏水与纳米复合等策略,概述其在水下可穿戴运动传感中的进展与挑战。

单向(UD)防弹片材是一种纤维增强复合材料,具有快速吸收能量、扩散能量,进而分散子弹的高速冲击波,防弹性能优异的特点。概述了UD防弹片材的种类,从复合成型工艺、力学性能、防弹性能、数值模拟、测试标准等方面介绍了超高分子量聚乙烯纤维UD防弹片材的研究进展。

芳纶沉析纤维是一种兼具纳米效应与宏观性能的功能性材料,通过独特的三维分支结构在复合材料中扮演“骨架”与“桥梁”角色。其核心价值在于极低添加量下实现基体流变性与力学性能的协同提升,是高端密封、摩擦及轻量化复合材料的不可替代组分。介绍了芳纶沉析纤维的制备设备及制备工艺现状,总结了芳纶沉析纤维常见的表征方法,综述了芳纶沉析纤维的应用并展望了其未来的发展方向。

近年来,随着雷达波探测与通信技术的快速发展,雷达吸波材料面临的挑战日益严峻,其吸波性能也亟需进一步提升。轻量化、宽有效吸收频带及强反射损耗始终是吸波材料研究的核心目标。过渡金属硫化物如CuS、NiS及MoS₂等凭借高介电损耗、良好的化学稳定性以及可通过灵活调控尺寸、形貌和化学组成来优化物理性质等优势,在雷达波吸收领域展现出广阔的应用前景。综述了过渡金属硫化物作为吸波材料的优势、制备方法及其吸波性能,并对其未来发展前景进行了展望。

熔喷纤维材料因具有大比表面积和高孔隙率受到广泛关注。介绍了熔喷纤维成型过程、熔喷过程中剪切作用对纤维微观结构的影响以及熔喷工艺的影响因素,综述了熔喷纤维材料在医疗防护、气液过滤材料、油水分离、智能穿戴传感器和电池隔膜等方面的应用,并展望了其未来的研究方向。

二维过渡金属硫族化物(TMC)及异质结因其独特的物理化学性质,在光电器件领域展现出巨大潜力。通过表面修饰、插层沉积及可控化学气相沉积(CVD)等方法制备的TMC结构,可以实现其电子能带结构的丰富调控,使其在光学、电学和力学等方面表现出各向异性的物理特性。这些材料结构在光谱检测、光电探测和非线性光学器件等领域具有广泛的应用前景。结合近年来国内外研究现状,综述了高光电转换效率、高灵敏度的二维TMC材料的制备技术,包括构建超薄非层状、不同相态的插层结构和堆垛结构,并展望其在偏振光和非线性光学器件等领域的应用前景。

有机太阳能电池(OSCs)具有制造成本低、可大面积溶液加工以及与柔性基底兼容等优势,作为一种新型绿色能源设备具有广阔的应用前景。得益于光伏材料的飞速发展和制备工艺的持续优化,单结OSCs的能量转换效率已突破20%,但OSCs的制造成本仍需进一步降低。从分子结构和光伏性能方面综述了近年来基于噻吩的高性价比聚合物给体材料的研究进展,并展望了未来OSCs活性层材料的发展前景。

围绕光催化领域的关键材料石墨相氮化碳(g-C₃N₄)展开系统阐述。介绍了现阶段合成g-C₃N₄光催化剂的主要方法。针对纯g-C₃N₄光生载流子分离效率低、光吸收范围窄等不足,深入分析了改性g-C₃N₄的核心策略,包括元素掺杂、异质结构建、助催化剂负载,同时梳理了各改性方法的研究进展与应用成效。进一步指出了当前g-C₃N₄材料在实际应用中仍存在的问题,并对g-C₃N₄未来的研究重点和方向做出展望。

磷酸锰铁锂正极材料(LiMn_xFe_1-xPO₄,0<x<1,LMFP)作为磷酸铁锂正极材料(LFP)的升级方案,兼具LFP的稳定、廉价、环保以及磷酸锰锂(LMP)的高工作电压(约4.1V vs.Li⁺/Li)、高能量密度等优点,具有广阔的应用前景。然而,本征电子/离子电导率低和Jahn-Teller效应导致的结构不稳定等问题,严重制约了LMFP的实际应用。系统地综述了LMFP的结构特征、存在的问题以及改性研究进展,重点介绍了离子掺杂、粒径优化、形貌设计和表面包覆等改性策略的研究动态,并展望了LMFP未来的发展方向和应用前景。

随着全球电动汽车产业呈爆发式增长,由此引发的废旧锂离子电池规模化退役问题日益严峻。其中,凭借高安全性与低成本优势的磷酸铁锂电池在退役电池总量中占比已超60%,成为当前回收处理的主要对象。废旧磷酸铁锂电池的资源化回收不仅关乎锂、铁、磷等战略资源的循环再利用,更是推动锂离子电池产业实现“双碳”目标的关键环节。系统地梳理废旧磷酸铁锂电池回收技术体系,介绍了预处理工艺在杂质去除与有价组分富集中的基础作用,从火法冶金工艺的焙烧、湿法冶金工艺的浸出、生物浸出回收工艺的环保及废旧磷酸铁锂修复再生工艺方面,描述了各技术路线的核心工艺特性并分析其技术优势与应用局限。最后对废旧磷酸铁锂电池回收技术的发展趋势进行展望,旨在为行业技术突破提供思路,助力锂离子电池产业构建低碳、高效、可持续的循环发展模式。

星状热活化延迟荧光(TADF)材料是一种中心对称的具有空间立体结构的发光功能材料。TADF分子结构以一个公共单元为核心,延伸出3个及以上的共轭臂,形成独特的星形构型,因而具备出色的热稳定性和良好的溶液加工性,是制备低成本、高能效有机发光器件的理想材料。星状结构能够精准调控最高占据分子轨道(HOMO)/最低未占分子轨道(LUMO)的能级分布,抑制聚集状态下的发光猝灭效应,改善分子的水平偶极子取向比率。近年来,TADF分子在高效溶液加工型有机发光二极管器件的研究中得到了稳步的发展,形成了种类多样化的分子体系。根据不同中心单元的特性进行分类,综述了星状TADF材料的光物理特性及器件性能,探究了星状TADF分子发光颜色的调控与效率提升的途径,并展望了星状TADF材料未来的发展方向。

聚四氟乙烯(PTFE)膜因化学稳定性高、疏水性强而被广泛应用于分离领域,但其单一疏水性易引发膜污染与润湿而失效,限制了其在水处理中的效能。综述了基于不对称结构设计的PTFE基Janus膜最新研究进展。归纳了Janus膜的构型设计和制备策略,揭示了其具有抗污染抗润湿、单向传输以及可切换渗透特性的作用机制;阐述了该材料在油水乳液分离、高盐废水处理以及选择性纳滤等领域的创新应用。指出当前存在的层间界面结合力薄弱、长期运行稳定性不足及规模化制备技术不成熟等关键挑战,并提出未来研究需聚焦膜构型优化、兼容性材料开发及中空纤维组件探索,以推动PTFE基Janus膜在废水处理及高盐水淡化等领域的实际应用。

生物质作为可再生碳资源,在实现能源可持续转型与环境污染治理中具有重要战略意义。介绍了生物质热裂解制油及其催化加氢脱氧精制的研究进展与反应路径。快速热裂解技术可高效将木质纤维素类原料转化为液态生物油,但高含氧量、热稳定性差与腐蚀性强等特性严重制约了其直接应用,亟需通过催化加氢脱氧等手段实现深度脱氧和燃料品质提升。研究表明,Ni、Co等非贵金属催化剂在酸性载体协同作用下对羧酸、酚类等含氧组分具有良好的脱氧活性,兼具经济性与实用性,但其热稳定性及抗失活能力有待提升;相比之下,Pt、Pd、Ru等贵金属催化剂表现出优异的催化效率与选择性,但受限于高成本与资源稀缺。催化机理研究进一步揭示,金属-载体界面作用、金属分散度、酸性位点类型及分布均显著影响脱氧路径选择与产物分布。当前研究趋势正向多功能催化剂活性位点的精准构建以及借助先进表征技术深入解析反应机理方向拓展。未来应聚焦低成本、高选择性、长寿命催化剂体系的开发,推动生物质液体燃料从实验室规模向工业化应用的转化升级。

聚硅氧烷广泛用于耐热复合材料的制备,但其主链易弯曲降解,导致耐高温性能下降,可通过添加多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)对聚硅氧烷进行同系增强。首先以乙烯基三甲氧基硅烷在酸性条件下水解缩合制备乙烯基POSS,再将其共混到端羟基聚二甲基苯基硅氧烷中,由于乙烯基POSS本身具有大体积空间位阻和良好的耐热性,因此制得的聚硅氧烷复合材料具有优异的耐热性。采用红外光谱、热重、扫描电镜等仪器对其进行表征,探究不同乙烯基POSS添加量对复合材料性能的影响,并对其耐热性能和机械性能进行测试。结果表明:当乙烯基POSS添加质量为3%时,复合材料具有良好的耐热性和机械性能,有效解决了聚硅氧烷基体易降解导致的耐高温性不足问题。

通过仿生设计构建具有微脉管网结构的自愈合环氧树脂涂层以应对金属腐蚀问题。以二甲基亚砜为介质,采用超声分散技术将木质素(1.5%,wt,质量分数,下同)与桐油(4%)复合于环氧树脂基体,经层层组装在碳钢表面形成防护体系。电化学测试表明:优化涂层在3.5% NaCl溶液中经划痕处理后,腐蚀电流密度较传统涂层降低2个数量级,阻抗模值提升近3倍。微观结构表征证实:超声分散20min可使修复剂形成均匀存储-释放网络,损伤后能有效实现自修复功能。可为开发长效防腐材料提供创新解决方案。

高集成度电子器件的快速发展对热管理材料提出了定向散热需求,而现有柔性相变材料(FPCM)的各向异性热传导性能难以满足这一要求。采用定向冷冻法制备了由导热增强剂一维碳纳米管(CNTs)和二维石墨烯构成的杂化碳气凝胶(CA)导热骨架,并通过真空吸附法与石蜡(PA)、烯烃嵌段共聚物(OBC)复合。结果表明:CNTs的轴向取向特性有效地引导了石墨烯定向排列,从而提高了导热骨架的结构取向度。当PA∶OBC∶CA质量比为60∶32∶8时,所得杂化CA基FPCM的轴向与径向热导率差值达到0.59W/(m·K),较单一石墨烯基CA制备的FPCM提升了136%,实现了热导率向异性的显著增强。

以工厂气化稻壳得到的副产物稻壳炭作为前驱体,通过氮掺杂和负载Fe₃O₄进行改性,合成具有优异吸波性能的氮掺杂稻壳炭负载Fe₃O₄磁性复合材料(Fe₃O₄@NRHC)。Fe₃O₄@NRHC的最小反射损耗达到 -54.67dB,相对应的吸波材料厚度为3mm,其有效吸收频带宽度为2.22GHz。吸波机理与复合材料的高导电性、多孔分层结构、丰富的极化弛豫等多种因素作用相关。多孔分层结构可以让更多的电磁波进入材料内部;较高的导电性以及丰富的界面极化和偶极子极化大大增强了Fe₃O₄@NRHC的介电损耗能力。通过氮掺杂和Fe₃O₄负载改性方法调节稻壳炭的电磁参数,从而使其在不同的电磁波段内对电磁波有较高的吸收强度。

传统的锂硫电池涂覆正极由于导电剂、粘结剂的加入而导致实际能量密度降低。将椴木经去木质素直接碳化制备的自支撑碳基体材料具有大比表面积和独特的分级多孔结构,将其与单质硫复合制备了用作锂硫电池正极的自支撑椴木基碳/硫复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、比表面积及孔径分析仪对复合材料的形貌特征、微观结构及孔结构参数进行表征和测试,并研究了其电化学性能。结果表明:在0.1C条件下,去木质素的自支撑椴木基碳/硫复合材料CDBWD/S首次放电比容量为961.4mAh/g,经过100次循环后可逆容量还能达到658.7mAh/g,容量保持率为68.5%。

以亲脂化改性层状磷酸锆(OZrP)为填料,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基体,通过熔融共混法制备了OZrP含量不同的OZrP/PET复合材料,研究了OZrP对PET阻燃性能和力学性能的影响。结果表明:在层状磷酸锆(α-ZrP)表面引入亲脂性基团,改善了其与PET基体的相容性;OZrP的加入显著提高了复合材料的极限氧指数(LOI),低添加量下复合材料就表现出良好的阻燃性,5%OZrP/PET复合材料的LOI值达到32%以上;复合材料具有良好的热稳定性和热氧稳定性,燃烧后炭层的完整性和石墨化程度明显改善;在力学性能方面,虽然复合材料的拉伸强度随OZrP含量增加而略有下降,但OZrP质量分数为2%的OZrP/PET复合材料强度保持率仍可到95%以上,且具有熔融可纺性,熔融纺丝制备的OZrP/PET复合纤维和织物也表现出良好的阻燃性能,有望应用于PET塑料及纤维防火阻燃领域。

采用选择性激光烧结成形技术制备碳纤维/热塑性聚氨酯(CF/TPU)复合材料烧结件,研究CF质量分数0～25%时对CF/TPU烧结件显微组织、力学性能及导电性能的影响。结果表明:随着CF含量的增加,烧结件的拉伸强度和断裂伸长率均呈现先升高后降低的趋势。当CF含量为5%时,CF/TPU烧结件的拉伸强度最大,为1.54MPa,当CF含量为10%时,CF/TPU烧结件断裂伸长率最大,为130.1%,较未添加CF时分别提升37.3%和29.4%。此外,随着CF含量的增加,烧结件的导电性能逐步提升,表面粗糙度值呈现先降低后上升的趋势,密度呈现下降的趋势。

栅格型金纳米颗粒-聚二甲基硅氧烷(AuNP-PDMS)复合薄膜具有较大的比表面积,可以提高传感器的灵敏度,被广泛应用于生物传感领域。通过3D打印技术,实现了栅格型AuNP-PDMS的制备,通过原位还原和葡萄糖还原的方法制备了栅格型AuNPs-PDMS复合薄膜。通过扫描电镜图,揭示了金纳米层在PDMS中的均匀分布。基于栅格型AuNPs-PDMS复合薄膜的表面应力可以实现0～50ng/mL浓度范围的癌胚抗原(CEA)检测,检测限为0.412ng/mL。同时传感器对CEA检测表现出良好的特异性、选择性和稳定性。

以甲基三乙氧基硅烷(MTES)和1,8-二(三乙氧基硅基)辛烷(BTESO)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备杂化硅溶胶,即Me-BTESO溶胶。采用Me-BTESO溶胶对纯硅分子筛Silicalite-1膜进行改性,利用MTES中的甲基,提高膜的疏水性,从而提高分离因子。同时利用BTESO长而柔软的C8烷基链,减小乙醇的传输阻力,提高膜的通量。在60℃,5%(质量分数)乙醇/水溶液中,Me-BTESO/Silicalite-1分子筛膜具有较高的通量[约3.0kg/(m²·h)]和适中的分离因子(9.8),渗透汽化分离指数高达29.4kg/(m²·h)。基于MTES高疏水性和BTESO的柔性结构,将制备的Me-BTESO溶胶修饰Silicalite-1分子筛膜表面,表现出优异的疏水性和良好的乙醇选择性,对于乙醇-水体系的分离具有良好的应用前景。

氮化钒(VN)制备参数影响其晶粒尺寸及表面化学组成,进而影响其超电容性能。系统研究了 Zn₃(OH)₂(V₂O₇)·(H₂O)₂还原氮化-选择性浸出制备VN工艺参数对其超电容性能的影响。结果表明:降低氨气流量、缩短氮化时间、降低氮化温度可减小VN晶粒尺寸,增大电解液与VN的接触面积,提高其双电层电容;降低氮化温度,可增大VN表面V-N-O及V-O含量,提高其电化学活性;增大NH₃流量、延长氮化时间、提高氮化温度,VN比容量保持率提高。综合考虑VN比容量及倍率性能,较优工艺参数为:氮化温度550～600℃、氨气流量100～200mL/min、氮化时间2～4h。

为探究三维深角联Kevlar/EP(环氧树脂)复合材料经纬向的弯曲性能及其失效机理,借助Creo绘图软件建立了材料的1/2几何对称模型,然后利用ANSYS Workbench有限元模拟软件,分析复合材料试样在0.5mm弯曲位移载荷下的损伤机理与力学响应。结果表明:三维深角联Kevlar/EP复合材料表现出各向异性,其中试样的纬向弯曲性能优于经向弯曲性能。试样加载点及支撑点的上下层承载应力相比于其他位置较大,而中间层由于处在材料的中性面附近无拉伸压缩作用力,应力值较小。在三维深角联Kevlar/EP复合材料承受弯曲位移载荷时,材料承载主体依次为轴向纱线>横向纱线,树脂起传递载荷的作用。

针对传统辐射制冷材料在高热流冲击下散热能力不足的问题,提出一种基于相变储热与辐射制冷协同作用的复合调温材料(PCM-RC),以实现双作用机制下的高效低能耗热管理。该材料采用熔融共混与乳液涂覆相结合的方法制备而成,外层辐射制冷材料的高太阳反射率(91%)及中红外发射率(93%)可将热量以反射、辐射的形式传递至外太空,内层定形相变材料通过相态转变以潜热(106.32kJ/kg)的形式吸收并暂存多余热量,从而增强高效热调控能力。热管理性能测试结果表明,在2000W/m²加热功率,PCM-RC可使热源的温升降低约17℃,为高热流冲击下的高效热管理提供了新的材料设计思路。

将ReY、MCM-41和Hβ分子筛用于催化葡萄糖转化制糠醛反应,并借助X射线衍射(XRD)、BET比表面、吡啶红外光谱(Py-IR)和NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)等手段,对分子筛孔道结构及酸性质在催化葡萄糖转化过程中的作用规律进行了研究。结果表明:ReY分子筛酸量较高且以强B酸为主,虽然其L酸量较少,但酸中心足以催化葡萄糖转化,反应生成的主要产物为5-羟甲基糠醛,在160℃下5-羟甲基糠醛的收率达51.6%。MCM-41分子筛酸性最弱且酸量最少,低温反应时葡萄糖转化率较低,产物以5-羟甲基糠醛为主。Hβ分子筛酸性虽比ReY分子筛弱,但也能有效催化葡萄糖转化,主要产物为糠醛,在180℃下反应糠醛收率为36.9%。ReY分子筛含有超笼,使环状果糖可以直接在分子筛孔道内的酸性位上脱水生成5-羟甲基糠醛。介孔MCM-41分子筛的孔径远大于环状果糖分子尺寸,所以转化产物也主要是5-羟甲基糠醛。Hβ分子筛的孔尺寸小于环状果糖分子,糠醛是由链状果糖在其孔道内部断裂C—C键脱水生成。

近年来,立构聚乳酸(ScPLA)的引入被证实是调控聚乙交酯(PGA)降解速度的一种有效方式。然而,ScPLA的引入对于PGA热降解行为的影响规律尚不清晰。为此,通过热重分析探究了PGA/ScPLA复合纤维的热降解行为,并采用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法计算其热解活化能(E_a)。结果表明:E_a随ScPLA比例增加呈现先升高后降低的非单调变化。结合聚集态结构分析,揭示了分子链缠结、甲基位阻效应、结晶度变化及相界面数量对复合纤维热稳定性的影响机制,为实现复合纤维的性能调控提供了重要理论依据。

通过同轴静电纺丝技术制备了具有明确芯-壳结构的聚己内酯(PCL)/聚乳酸(PLA)复合纤维膜。采用场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了芯层与壳层纺丝液浓度、总流速以及芯壳流速比等关键参数对纤维形貌和内部结构的调控规律。结合电子万能试验机、接触角测量仪测试了复合纤维膜的力学性能和表面润湿性,采用傅里叶变换红外光谱仪表征了复合纤维膜的化学组成特征。结果表明:提高纺丝液浓度和总流速,可以有效增加纤维平均直径;当芯壳流速比从1∶3降至1∶5时,内芯直径占比逐渐减小,同轴结构特征更为显著。

将壳聚糖进行酯化,再使用戊二醛(GA)将壳聚糖互相交联,得到醋酸酯壳聚糖(ACS)气凝胶,最后使用化学气相沉积(CVD)法对ACS气凝胶进行疏水改性。结果表明:结合红外光谱与X射线衍射图,壳聚糖表面接枝了饱和脂肪酸C=O键,甲基三甲氧基硅烷接枝到醋酸酯壳聚糖气凝胶表面。当GA质量含量为1.25%时,ACS气凝胶孔隙率达到最大值,对油吸附量为51.5g/g。当CVD反应温度为120℃时,ACS气凝胶的接触角达到了120°。当壳聚糖质量含量为1.5%时,形变量为5%时,ACS气凝胶的最大应力达到9.6kPa。

吸附法处理含金属离子废水是解决水体污染的重要方法之一,而生物炭是良好的吸附剂。采用热解法获得玉米芯基生物炭后以乙二胺四乙酸二钠(EDTA)进行改性处理,通过单因素法研究吸附处理含铜溶液的影响因素及规律,并借助X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)等方法进行分析表征。结果表明:改性玉米基生物炭主要以无定形碳的形式存在,具有丰富的孔道体系,平均孔径为13.73μm;当铜离子溶液初始浓度为100mg/L,反应温度为45℃、改性后玉米芯基生物炭用量6g/L、吸附时间为60min时,改性玉米芯基生物炭对铜的吸附量为13.57mg/g;铜离子在改性玉米芯基生物炭上的吸附宜用准二级动力学模型进行解析,过程受物理吸附和化学吸附共同控制,是一个自发的吸热过程。

采用水热法,使用硫代乙酰胺(TAA)作为硫源,在泡沫镍(NF)基底上制备出Ni₃V₁Fe₁S_x/NF纳米材料催化剂。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、比表面积及孔隙度分析仪对催化剂的微观形貌、化学结构、元素价态、比表面积和孔隙度进行分析测试,采用电化学工作站测试了催化剂的电化学性能。结果表明:Ni₃V₁Fe₁S_x/NF独特的纳米结构有利于提供更多的活性位点,从而提高电催化析氧性能;以1mol/L KOH作为电解液,在析氧反应中TAA掺杂量为1.86mmol的催化剂仅需224mV的低过电势即可达到20mA/cm²的电流密度,Tafel斜率为49.25mV/dec;在10mA/cm²电流密度下,经过100h稳定性测试后该催化剂电压稳定在0.5V左右,未出现明显的变化,显示出优异的催化稳定性。

以茶叶梗和溴氧化铋(BiOBr)作为主要原料,制备了茶叶梗/BiOBr复合催化剂。采用X射线衍射仪、紫外-可见漫反射光谱仪、全自动比表面积及孔隙分析仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜等对催化剂样品进行表征与分析,探究了复合催化剂的降解效果以及对不同染料的光催化降解性能。结果表明:茶叶梗/BiOBr复合催化剂比纯BiOBr具有更好的光催化降解稳定性,且具有良好的结晶度,禁带宽度为2.66eV,比表面积为628.792m²/g;当茶叶梗与BiOBr质量比为3∶1时,茶叶梗/BiOBr复合催化剂的光催化效果最佳;投加15mg复合催化剂处理100mL质量浓度20mg/L罗丹明B溶液,在250W氙灯下照射90min,罗丹明B降解率可达94.72%。

共轭微孔聚合物是一种新型多孔材料,兼具了π-共轭骨架以及永久纳米孔的特性。介绍了共轭微孔聚合物的制备方法及近年来在CO₂吸附和有害颗粒物捕获方面的研究进展,通过引入含氮/氧基团或构建混合基质膜可以增强共轭微孔聚合物的气体吸附性能,其固有的超疏水特性和分级多孔结构使其在高湿度环境中仍能高效捕获颗粒物。指出开发成本更低的合成方法,研究新型功能化共轭微孔聚合物以提高其在复杂环境中的适应性将是未来的研究方向。

金属有机框架(MOF)材料因其结构多样、高孔隙率等特性,在二氧化碳(CO₂)捕集中展现出显著的应用潜力。然而实际工业气流(如烟道气、环境空气、天然气等)存在的水蒸气,会导致多数MOF材料发生水解反应、结构坍塌或孔隙率下降,严重制约其应用效率,显著缩短服役寿命。因此,增强MOF的水稳定性成为推动其工业化进程的关键要素。系统梳理了增强MOF水稳定性的核心策略,旨在为开发适用于实际CO₂捕集场景的高性能水稳定MOF吸附剂提供理论指导与实践参考。

传统吸附材料如胺基液体吸收剂、沸石、活性炭等,普遍存在吸附量低、选择性差、再生能耗高及成本昂贵等问题,金属-有机框架材料MOF-74因独特的不饱和金属位点与优异的低压CO₂吸附性能而备受关注,Mg-MOF-74的CO₂吸附性能更是在MOF-74中脱颖而出,被认为是新一代CO₂捕集的理想候选材料。但Mg-MOF-74在潮湿条件下吸附性能的降低,使得Mg-MOF-74的实际应用受到严峻挑战。介绍了Mg-MOF-74的框架结构、合成方法及其CO₂吸附机理,探讨了Mg-MOF-74在潮湿条件下吸附性能下降的成因与解决策略,综述了提高Mg-MOF-74稳定性的改性方法,以期为高性能碳捕集材料的设计与工业化开发提供参考。

生物炭作为修复重金属污染的热门材料,虽然在吸附方面具有一定的优势,但其有限的比表面积和孔体积已无法满足更高的吸附需求。通过优化生物炭的孔隙结构,可以显著提高其表面性能,从而增加吸附量。综述了原材料选择、热解温度、加热速率和时间对生物炭孔隙结构形成的影响,重点探讨了物理活化(如气体活化)和化学活化(包括酸碱和金属改性)对孔隙扩展的机理与存在的不足之处。最后,介绍了孔隙扩展生物炭在重金属吸附中的应用,旨在为开发具有丰富孔结构和高吸附性能的生物炭提供理论依据和实践指导。

以竹粉为原料,聚氨酯为模板制备生物质基泡沫炭(CF),用其作为载体采用原位生长法负载改性TiO₂。在溶胶-凝胶法制备钆-铁-氮共掺杂二氧化钛(GFN-TiO₂)的过程中加入CF,制备了钆-铁-氮共掺杂二氧化钛/泡沫炭(GFN-TiO₂/CF)复合材料,通过催化降解亚甲基蓝(MB)评估复合材料的催化性能,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等对复合材料的形貌、化学结构、元素组成及化学价态进行表征。结果表明,GFN-TiO₂负载量为5%(质量分数)时,GFN-TiO₂/CF复合材料催化效果最佳,60min之内对MB的降解率可达到92%,分别为纯CF和TiO₂降解率的11.15倍和15.22倍,一级动力学反应速率常数为0.0408min^-1。在体积相同形状不同的复合材料中,片状复合材料降解MB时光接触面积最大,催化能力最强,其降解能力分别是正方体和长方体复合材料的1.18倍和1.48倍。在催化降解MB的过程中,CF不仅充当负载TiO₂的载体,还作为吸附剂吸附了一定量的MB,与TiO₂构建了一个吸附-光催化的协同作用体系。

针对制药废水中典型污染物重金属铬(Cr⁶⁺)和环丙沙星(CIP)难降解问题,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基底材料,采用简单混合法,制备光响应功能金属有机骨架杂化膜MIL-53(Fe,Cu)@PVDF,分析了MOFs膜的表面结构、形貌特征和光学性能,研究了MIL-53(Fe,Cu)@PVDF膜光催化去除Cr⁶⁺和CIP的效率及机理。结果表明:MIL-53(Fe,Cu)@PVDF膜具有较大的表面孔隙和较好光催化能力。在光催化240min、Cr⁶⁺和CIP的初始浓度均为30mg/L、溶液pH为5,MIL-53(Fe,Cu)@PVDF膜投加量1.5g/L的最佳条件下,其对Cr⁶⁺与CIP的去除率达到100%和97.57%,且经过8次循环后对Cr⁶⁺和CIP的光催化去除率仍然可以达到80%以上。MIL-53(Fe,Cu)@PVDF膜光催化产生的氧化性极强的超氧自由基(·O^-₂)和消耗的光生电穴(h⁺),可有效去除Cr⁶⁺和CIP。光催化MOFs膜MIL-53(Fe,Cu)@PVDF是一种具有潜力的水处理材料。

近年来,MXene由于其优异的亲水性、导电性、柔韧性而成为制备多重响应执行器的优选材料。然而,现有基于MXene的多重响应执行器普遍存在材料体系与结构复杂的问题,严重制约了其实际应用。因此,开发一种基于简单材料体系的多重响应执行器仍然是一种挑战。通过逐层真空抽滤氧化石墨烯(GO)和MXene形成双层复合膜,开发了一种基于MXene/GO的双层执行器。该执行器能够在湿度、光场、电场的刺激下快速发生形变,有效的将其他形式的能量转化为机械能。响应方式的多样性使该执行器在微机电系统、可穿戴设备、软体机器人等领域展现出广泛的应用前景。该工作为多重响应执行器的开发提供了一种简单的思路。

为了分析老化作用下沥青及沥青混合料疲劳性能的衰变规律,通过温度扫描试验、线性振幅扫描(LAS)试验、黏弹性连续损伤力学模型和半圆弯曲疲劳试验,并基于LAS试验结果进行中温性能评估,分析了70^#和90^#沥青及沥青混合料在不同老化程度下的抗疲劳性能变化规律。结果表明:老化导致沥青疲劳因子显著增大,抗疲劳性能下降,应力应变承受能力增大,且高标号沥青的耐老化性能优于低标号沥青。黏弹性连续损伤力学模型显示,老化降低了沥青的应变敏感性,并使完整性系数在更大累计损伤参数范围内衰减;中温性能评估表明,随着老化程度的加深,中温疲劳性能受到较为严重的损伤;长期老化对沥青混合料疲劳寿命的影响尤为明显,其疲劳寿命随老化程度加深呈下降趋势。此外,随着老化程度的增加,沥青混合料的疲劳寿命对应力敏感性降低。

针对传统敷料力学性能不足和药物释放单一的问题,以L-赖氨酸为扩链剂,构建了基于聚己内酯的改性聚氨酯(mPU)多功能载药平台,用于负载不同性质的药物。膜拉伸强度15.8MPa,断裂伸长率530%,兼具高强高韧;表面疏水,水蒸气透过率为2.25g/(m²·d),实现“外阻微生物、内排湿气”屏障功能。差异化释药模式显示:水溶性VB1快速释放,适用于炎症早期;脂溶性VD3缓释,支持组织修复;无显著细胞毒性。该mPU敷料性能优良,为新一代伤口敷料研发提供了可行策略。

以红景天为碳源,通过一步水热法合成蓝色荧光碳点(B-CDs),在350nm激发下于430nm处呈现强发射峰。基于Cr⁶⁺可特异性猝灭该荧光,构建了用于检测环境水体中Cr⁶⁺的荧光探针。该探针对Cr⁶⁺在1～70μmol/L范围内线性良好,检出限为0.015μmol/L。在实际水样加标实验中,回收率为85.69%～114.99%,相对标准偏差为0.92%～7.85%,表明方法准确、重现性好。此外,B-CDs浸渍液对香菇和小番茄具有一定保鲜作用。实现了“一材双用”的功能化设计,为重金属检测与食品保鲜提供了一种绿色、多功能的碳基材料新策略。