The nano-TiO2 microspheres were prepared by a hydrothermal method with urea in ethanol/water solution in the presence of sodium sulfate. The prepared samples were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, N-2 adsorption-desorption and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy, the effects of hydrothermal temperature on the nano-TiO2 microspheres morphology were investigated, and the photocatalytic activities toward gaseous benzene of the samples were studied. The results indicate that the microspheres are composed of tiny nanoparticles, the TiO2 microspheres pose high specific surface areas and uniform porous nanostructures, the optical absorption edges of the samples have "blue shift". The photocatalytic results confirm the benzene-degrading effectiveness of the TiO2 microspheres, especially, the results show that no benzene detected after 20 min reaction with TiO2 microspheres prepared at 180 degrees C, however, the produced CO2 concentration continues to increase, it indicates that TiO2 microspheres with very high adsorptive capacity can enhance the subsequent photocatalytic reaction, and the mineralization ratio of this TiO2 microspheres can be as high as 5. 5, which is double of P25 (2. 7).
为实现螺旋碳纳米线新型微纳米机器人磁场驱动运动,开展了螺旋碳纳米线截断、磁性修饰及磁场驱动运动研究.提出硝酸氧化-超声振动-滤纸过滤的长度截断筛选方法,实现了螺旋碳纳米线分散且可控截取长度2～8μm.实验对比研究了磁控溅射镍、化学镀镍、水热法生长Fe3 O4纳米颗粒的磁性修饰方法.通过扫描电子显微镜、能量色散X射线谱分析等方法对修饰效果进行了评价,获得了具有较强磁性的螺旋碳纳米线.微流道液体中磁场驱动特性实验表明:磁控溅射修饰的螺旋碳纳米线可实现较为快速(3.35μm/s)的微纳米机器人运动特性,轨迹运动精度可控小于5μm.
以中间相沥青基炭纤维为增强相,热解炭与树脂炭为基体,采用化学气相沉积与液相浸渍-炭化补充增密工艺制备了高导热炭纤维改性C/C复合材料,研究了不同热处理温度(2 000和3 000 ℃)材料的微观结构、力学与导热性能.结果表明,经2 000 ℃处理后,高导热炭纤维与热解炭结构变化不明显,且热解炭与炭纤维界面结合紧密,结合处未形成裂纹等缺陷;当热处理温度提升至3 000 ℃时,高导热炭纤维与热解炭石墨化度明显升高,且炭纤维与热解炭的界面结合处均产生了较明显的微裂纹缺陷.高导热炭纤维改性C/C复合材料经2 000℃处理后,其弯曲强度与室温热导率分别为101.81 MPa和14.739 W/m·K;当热处理温度升高至3 000 ℃时,材料的弯曲强度降低为49.35 MPa,热导率提升为63.568 W/m·K.材料弯曲强度的降低与热导率的增加主要与3 000 ℃处理后,材料内各炭相的石墨化度提升有关.
壳聚糖是一种来源丰富、无毒无害的天然吸附材料,对污水中Cr(Ⅵ)有较好的吸附效果.介绍了Cr(Ⅵ)在水溶液中的存在形式、分析了壳聚糖吸附Cr(Ⅵ)的机理,综述了化学改性和复合改性两类壳聚糖的研究进展.详细介绍了交联改性壳聚糖、接枝改性壳聚糖、有机材料复合改性壳聚糖、磁性材料改性壳聚糖、复合载体材料改性壳聚糖的结构、活性官能团类别、吸附原理和应用.最后对改性壳聚糖的新材料研发、制备工艺优化、应用拓展等研究方向进行了展望.
高Bs铁基纳米晶合金(high Bs nanocrystalline alloys,HBNAs)具备高磁导率、低高频铁损和近零的磁致伸缩,是制备高性能小型电子元器件的理想材料.一直以来,铁基纳米晶合金的Bs受限于合金成分中Fe含量的高低,而如何掌控非晶前驱体的非晶形成能力(glass forming ability,GFA)和后端的电磁性能之间的平衡点,是推动HBNAs进一步发展的关键难题.在回顾Fe基纳米晶软磁合金发展历程的基础上,系统阐述了纳米晶的晶化热力学与动力学、晶化机制和高Bs铁基纳米晶合金非晶形成能力改善方法的现有认识.通过分析高Bs铁基纳米晶合金制备的研究现状及亟待解决的问题,以期为高Bs铁基纳米晶软磁合金成分的开发、退火工艺的设计提供一定的启发和技术思路.
借助有限元模拟仿真讨论TiB2对Al-Si-Cu系合金疲劳性能的影响规律,验证增强体空间构型分布解决颗粒增强金属基复合材料强韧性倒置问题可行性,有效提升试验效率.将TiB2颗粒不同含量以及分布特征,通过构型设计方法引入Al-Si-Cu合金材料二维几何模型中,借助计算机有限元模拟技术,探讨疲劳工况条件下TiB2颗粒对铝基复合材料应力幅值和疲劳极限分布的影响规律.结果表明,随着TiB2颗粒含量的增加,应力幅值先减小后增大.在质量分数为3％时达到最小值,相较于不添加降低12％.疲劳极限呈现出逐渐增高的趋势,在质量分数为5％时达到最大值,同比提高55.9％.随着TiB2团聚程度的增加,应力幅值总体呈现增高趋势.疲劳极限呈现逐渐降低的趋势.结合疲劳应力幅值模拟结果和疲劳极限模拟结果,推测当TiB2颗粒含量质量分数在3％时,该材料的强度、韧性、疲劳强度、抗拉强度、屈服强度达到最优状态.此结果为TiB2颗粒增强铝基复合材料的设计提供了一定的技术支持.
碳化硅晶须作为增强组元加入复合材料基体中起到了补强增韧的作用,可以加速传统材料产品的更新换代.与其他晶须相比,碳化硅晶须的强度、弹性模量和耐高温性能更好,近年来我国在碳化硅晶须生产方面发展迅速,在机械、电子、航天等领域得到了推广和应用.在简要介绍碳化硅晶须的基础上,着重介绍了碳化硅晶须增强机理,结合国内外研究现状综述了在不同基体复合材料性能增强应用中的研究进展,探讨了未来相关研究工作面临的挑战,并对碳化硅晶须的应用前景作了展望.
以偏高岭土、一级粉煤灰和矿渣为原料,选择LiOH为碱激发剂,制备了不同LiOH掺杂量(1％,3％,5％,7％(质量分数))的粉煤灰地聚物混凝土.研究了 LiOH掺杂量对粉煤灰地聚物混凝土力学性能和抗冻性能的影响.结果表明,掺入碱激发剂LiOH促进了地聚物混凝土中活性硅和活性铝发生反应,生成的凝胶数量增多,提高了混凝土的致密度;当LiOH的掺杂量为5％时,混凝土的抗压强度和抗折强度达到了最大值,分别为48.91和5.56 MPa;适量LiOH的添加提高了混凝土的热稳定性和抗冻性能,在950 ℃,当LiOH的掺杂量为5％时,混凝土的失重最低仅为3.9％;冻融循环100次时,LiOH的掺杂量为5％的混凝土的质量损失率最低为0.93％,相对动弹性模量最大为88.24％,抗冻性能最佳.综合分析可知,LiOH的最佳掺杂量为5％.
由磨损造成的材料表面损失是农业、矿山、土方设备等机械零件面临的主要问题.通过堆焊技术在基体上堆焊具有优异耐磨性能的堆焊合金,可以显著延长或提高机械零件的使用寿命.铁基堆焊合金相比于镍基和钴基具有成分变化范围宽,性能调控容易,价格低廉等优点,因而受到广大学者的关注.对铁基堆焊合金表面涂层耐磨性的研究进展进行了综合评价,着重从成分设计、化合物掺杂以及后处理工艺3个方面对铁基堆焊合金耐磨性能强化途径进行了概述,并对其发展方向提出了一些看法,希望对今后关于堆焊合金耐磨性能工作的开展具有一定的指导意义.
由CO2引起的温室效应是一个全球性问题,CO2捕集技术可以有效减少温室气体排放量.在各种CO2捕集技术中,吸附法由于其工艺简单、效率高以及低再生能耗等特点,得到了广泛应用.近年来,合成和开发具有一定孔道结构和高吸附性能的多孔材料,已成为CO2吸附研究的热点.多孔有机聚合物(POPs)是一种新兴的多孔材料,具有良好的结构、比表面积大、优异的物理化学性能以及吸附选择性好等优点使其成为Co2吸附领域较为前沿的吸附材料之一,在CO2吸附领域展现出巨大的潜力.简要地介绍了 POPs的分类、结构特点以及在Co2吸附领域的最新进展,包括超交联聚合物、共轭微孔聚合物、共价有机框架和多孔芳香骨架,同时分析了当前不同类型的POPs存在的不足、合成条件复杂等问题.最后,提出了拓展其应用场景以及开发新合成路径是未来发展的前景.
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了 96原子Li1±y(Mg1-xCrx)As体系的铁磁稳定性、电子结构、自旋电荷密度、投影态密度和差分电荷密度.结果表明,Cr的掺杂引入了 自旋极化杂质带,形成了强于Mg-As的Cr-As共价键,体系表现出强的半金属性,产生7.03μB的净磁矩.体系的磁电性质还受到Li计量数的调控,减少Li含量使Cr-As间的共用电子对偏移程度略微增大,Cr-3d与As-4p的p-d杂化有所减弱,净磁矩减小为6.14μB;Li1.03125(Mg0.9375Cr0.0625)As发生sp-d杂化,材料转变为n型掺杂,半金属能隙减小为0.375 eV,具有最大的净磁矩7.61μB.通过分析自旋电荷密度和Cr-3d轨道的投影态密度发现,体系的铁磁耦合起源于Cr离子间的双交换作用.As3-作为桥梁形成Cr1-As-Cr2链,巡游d电子在Cr1-As-Cr2链间的跃迁导致Li1±y(Mg1-xCrx)As中的两个Cr离子均具有平行磁矩,从而使体系具有稳定的铁磁性.
大规模制氢的迫切需求推动了对低廉、高效和稳定的电解水催化剂的大量研究.研究表明,硒化物和硫化物的化学性质不仅非常相似,且过渡金属(Fe,Co,Ni,Mo,Cu等)硒化物对析氢和析氧具有良好的催化作用.近年来,为了取代贵金属及其衍生物,一些报告提出了各种各样的方法来增强硒化镍(NixSey)基催化剂的电催化活性.综述了 NixSey基电催化剂用于HER、OER和整体水分解的最新进展.从界面、缺陷、晶体结构和组成方面论述了 NixSey基电催化剂的优点和局限性.展望了电解水催化剂的发展前景和未来面临的挑战.
稀土纳米材料以其独特的电子层结构,在化学反应中表现出优良的催化性能,其中低维纳米材料因更高的比表面积及活性位数量,催化性能更优.针对低维稀土纳米材料制备技术及形貌控制,介绍了固相法、液相法、气相法等制备方法,论述了各方法对纳米材料形貌的影响因素及控制方案,分析了各方法的优缺点及国内外研究进展,同时综述了低维稀土纳米材料在光催化、电催化、汽车尾气处理、催化燃烧等方面的应用,总结了稀土的催化作用机制及取得的研究成果,并针对稀土纳米材料领域的发展进行展望.
采用计算化学(Gaussian、Materials Studio 和 Grand Canonical Monte Carlo)研究了传统 MIL-101 和氨基化MIL-101对苯系挥发性有机物(苯、甲苯、对二甲苯)吸附性能的影响规律.研究结果表明,氨基改性后的MIL-101-NH2和MIL-101-2NH2在一定程度上增加对苯、甲苯、对二甲苯的吸附位点,并提高了其低压下的吸附量.
在我国"双碳"政策的背景之下,实现绿色高效的废水处理过程成为了当前水处理领域的研究热点之一,对于实现碳减排具有重大意义.碳质功能材料凭借其良好的化学稳定性、经济适用性、易修饰性及环境友好性,从各类水处理材料中脱颖而出,并得以快速发展,有望成为水处理领域新一代绿色环保材料.重点介绍了多种碳质功能材料的改性原理、特点及其在水处理领域的应用进展,并对相关研究领域其目前所面临的挑战及未来的发展方向进行了展望,以期为碳质功能材料的开发和实际应用提供参考.
超高镍层状氧化物LiNixCoyMnzO2(x≥ 0.9,x+y+z=1)凭借高能量密度被应用于锂离子电池正极材料,但由于镍含量的增加导致其容量保持率和热稳定性会急剧劣化.采用共沉淀法制备了 LiNi0.9 Co0.05 Mn0.05 O2超高镍正极,再通过湿法混料结合高温固相法,将Ga3+和 Zr4+掺入LiNi0.9 Co0.05 Mn0.05 O2(NCM)的晶格内并在其表面形成磷酸锂(Li3PO4)包覆,以克服其电化学性能的骤降.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)进行表征,结果表明,双离子掺杂协同表面包覆解决了正极材料Li+/Ni2+混排及界面副反应等问题.在2.7-4.3 V电压范围和1C下循环200次,最佳改性量的样品NC-MGZ@LPO2容量保持率为83.5％,而NCM仅为64.5％.在4.5 V电压下,NCMGZ@LPO2在0.2C/10C放电比容量分别为215.5/143.5 mAh/g,均高于NCM.
基于水热法制备出了 Ho3+/Tm3+/Yb3+掺杂的Li2CaSiO4纳米材料,通过调整Yb3+的掺杂浓度,在980 nm光源激发下获得了复合白光的纳米材料.采用XRD、SEM、PL、CIE及荧光寿命检测等手段对Li2CaSiO4纳米材料进行了表征.结果表明,Ho3+/Tm3+/Yb3+掺杂的Li2CaSiO4均为四方晶系,晶格结构未受到破坏,具有较高的结晶度,粒径分布在300～400 nm之间,在980 nm光源激发下Li2CaSiO4出现了 478 nm的蓝光、546 nm的绿光以及661 nm的红光,随着Yb3+掺杂浓度的增加,所有发射峰的强度增大,样品逐渐从红光区向蓝光区转变,样品Li2CaSiO4∶0.1Ho/1Tm/15Yb的色坐标已经处于白光区域,具体的色坐标为(0.3385,0.3212).测试在546 nm处的平均寿命发现,Li2CaSiO4纳米材料的寿命随Yb3+掺杂浓度的增加而降低,白光材料Li2CaSiO4∶0.1Ho/1Tm/15Yb的荧光寿命为0.332 ms,寿命的降低主要是因为Yb3+掺杂浓度的增加增大了无辐射能量传递的概率,产生了荧光猝灭.
通过对熔炼的Fe2Cr1-xMnxGa样品在不同温度下进行热处理来研究其对合金结构、磁性的影响.结果发现Fe2Cr1-xMnxGa的结构和磁性对热处理非常敏感,且存在一定程度的无序,制备的样品结构随不同条件的热处理发生变化,而结构的变化会进而影响合金的磁性行为.磁化强度会随着退火温度的增加而增加,说明通过热处理,样品的有序度得到提高.而随着Mn含量的掺杂,样品的磁化强度在降低,是由于掺杂的Mn原子使得Fe-Mn自旋磁矩反平行排列造成的.
采用流化床法,把硅烷和乙烯混合物作为原料气相沉积在导电碳黑的表面,然后固相烧结制备了循环性能优良的锂离子电池硅碳共包覆导电碳黑负极材料.利用流化床优化了硅烷与乙烯共沉积的工艺参数,得到硅烷与乙烯的进气料比,硅烷浓度,共沉积温度和固相烧结温度,并对样品物相和微观形貌以及电化学性能进行表征.测试表明,在硅烷和乙烯进料比为2∶1,共沉积温度为500 ℃,固相烧结温度为800 ℃时,共包覆导电碳黑作为锂离子电池负极材料性能最优,其首圈充放电效率为88.19％,首圈充放电比容量达到2 205.0 mAh/g,在25圈循环后充放电比容量均在1010.0 mAh/g.
将磁控溅射和感应耦合相结合形成感应耦合等离子体增强磁控溅射技术(ICPMS),制备了 MoO3高透亲水光学薄膜.使用分光光度计、水接触角测试仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪,分别表征薄膜的光学性能、润湿性能、显微形貌、晶体结构和化学成分.通过正交实验法,以MoO3薄膜的氧钼比、光学透过率、水接触角为指标,探究了感应耦合等离子体(ICP)氧氩比、ICP功率、靶位工作压强和ICP前处理时间工艺参数对MoO3薄膜性能的影响.结果表明:氧氩比是影响性能的主要参数,其次是工作压强,影响最小参数是ICP功率.最优工艺参数是氧氩比400/300、靶位工作压强为0.15 Pa、功率为1500 W、前处理时间为18 min.研究为高透亲水光学薄膜应用,提供具体实验设计和工艺方法指导.
