SiO2/炭泡沫和SiC/炭泡沫复合材料的制备及表征

对炭泡沫为支撑骨架的氧化硅气凝胶(SiO₂/炭泡沫)和碳化硅(SiC/炭泡沫)复合材料分别采用XRD、SEM、激光导热仪、万能力学试验机进行物相、微观结构、热学及力学性能方面的表征。结果表明:所制备的SiO₂/炭泡沫与原炭泡沫相比,具备更高的抗压强度(14.95MPa)和更低的室温热导率(0.44W·m^-1·K^-1)。SiC/炭泡沫材料则保持了较高的抗压强度值(14.66MPa),其在1200℃下具备极低的高温热导率(2.18W·m^-1·K^-1)。热重分析表明,SiC/炭泡沫在氧化氛围中到610℃才发生质量的损失,而内部炭发生完全烧蚀的温度高达844℃,这表明该材料的抗氧化性能远好于纯的炭泡沫材料。     

用于电卡制冷的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(55/45)/0.75BiFeO3-0.25BaTiO3复合材料的制备及热导率增强

以聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(55/45)(P (VDF-TrFE)(55/45))作为聚合物基体,0.75BiFeO₃-0.25BaTiO₃(BFO-BTO)纳米纤维作为填料以提高共聚物的热导率。结果表明,少量的BFO-BTO纳米纤维即可实现共聚物热导率的提高。在75℃时,纳米纤维含量为2%的复合材料的热导率为0.21 W·m^-1·K^-1,几乎是P (VDF-TrFE)(55/45)共聚物膜的2倍。同时,加入纳米纤维后共聚物的电热效应(ECE)几乎没有变化。这些结果表明少量BFO-BTO纳米纤维的加入在有效提高P (VDF-TrFE)(55/45)共聚物热导率的同时能够保持共聚物较高的ECE。     

石蜡/碱改性硅藻土/膨胀石墨复合相变储热材料的制备及性能

通过碱处理,优化了硅藻土(DIA)的孔隙结构,提高了孔隙率,增加了石蜡(paraffin)负载量。通过直接浸渍法制备了新型性状稳定的石蜡/碱改性DIA/膨胀石墨(EG-alDIAP)复合材料,并研究了其结构与性能的关系。结果表明,复合相变材料的石蜡负载量从47.4%提高到了61.1%,进而提高了复合材料的储热性能;向改性DIA中添加膨胀石墨(EG)提高了复合材料的传热能力,添加质量分数10%EG时导热系数提高了113%(从0.276 W·m^-1·K^-1提高到了0.589 W·m^-1·K^-1)。随着EG含量的升高,复合相变材料的相变潜热有所增加,但化学相容性、稳定性等无明显变化。含 10%EG的石蜡/碱改性 DIA复合材料具有可靠的储能性能、良好的温度调节性能和蓄放热能力。     

泡沫镍负载NiMoO4/NiMoS4复合材料的制备及其电化学性能

以泡沫镍作为基底，采用水热法原位生长出具有片状结构的NiMoO₄活性材料，然后通过水热硫化制备出NiMoO₄/NiMoS₄复合材料，研究了水热时间和硫脲添加量对样品形貌和电化学性能的影响。电化学结果表明，NiMoO₄/NiMoS₄电极在电流密度为 1 A·g^-1时，比电容为 1 560.7 F·g^-1，在电流密度为 40 A·g^-1时循环 2 000次后，比电容仍为初始比电容的 76.7%。将 NiMoO₄/NiMoS₄电极材料与活性炭(AC)分别作为正、负极组装的非对称超级电容器(ASC)在 400 W·kg^-1的功率密度下可提供 29.0 Wh·kg^-1的能量密度。     

碳热还原温度对耐高温纤维增强碳化硅多孔材料组织结构的影响

本研究目的是开发一种耐高温纤维增强碳化硅多孔块状材料。以纤维增强间苯二酚-甲醛/氧化硅复合气凝胶为前驱体,经过1300~1500℃碳热还原制备了纤维增强碳化硅多孔材料。采用XRD、SEM、TEM、氮气吸附孔结构分析仪和压汞仪对纤维增强碳化硅多孔材料的物相组成、微观形貌和孔结构进行了表征,结果表明：纤维增强碳化硅多孔材料由β-SiC和莫来石纤维组成,随着碳热还原温度的升高,样品中的SiC纳米晶颗粒团聚成大块,最终在1500℃生成SiC晶须,升高碳热还原温度会导致样品中大孔的增多和纳米孔的消失以及比表面积的降低。热分析结果表明纤维增强碳化硅多孔材料在空气中的耐温性高达1300℃。纤维增强碳化硅多孔材料的密度为0.330~0.345g·cm^-3,孔隙率在89%以上,室温下热导率为0.06~0.07W·m^-1·K^-1。     

双层SiO2包覆Fe3O4复合材料的制备及其染料吸附性能

采用改进的Stober法合成了多孔结构的双层SiO₂包覆Fe₃O₄复合材料,利用TEM、XRD、VSM和氮吸附-脱附实验对其结构与性能进行分析,进而研究其对染料的吸附性能。研究结果表明,双层SiO₂包覆Fe₃O₄复合材料的比表面积和磁饱和强度分别为308 m²·g^-1和45.5 emu·g^-1;当罗丹明B的初始浓度从25 mg·L^-1提高到250 mg·L^-1时,复合材料对其饱和吸附量从24.0 mg·g^-1增大到112.4 mg·g^-1,而亚甲基蓝的初始浓度从25 mg·L^-1提高到500 mg·L^-1时,对其饱和吸附量从22.0 mg·g^-1增大到235.1 mg·g^-1;随着溶液pH值增大,复合材料对罗丹明B的饱和吸附量增加,而对亚甲基蓝的饱和吸附量变化不明显;温度在20~40 ℃范围内复合材料的吸附量较大。     

双层SiO2包覆Fe3O4复合材料的制备及其染料吸附性能

采用改进的Stober法合成了多孔结构的双层SiO₂包覆Fe₃O₄复合材料,利用TEM、XRD、VSM和氮吸附-脱附实验对其结构与性能进行分析,进而研究其对染料的吸附性能。研究结果表明,双层SiO₂包覆Fe₃O₄复合材料的比表面积和磁饱和强度分别为308 m²·g^-1和45.5 emu·g^-1;当罗丹明B的初始浓度从25 mg·L^-1提高到250 mg·L^-1时,复合材料对其饱和吸附量从24.0 mg·g^-1增大到112.4 mg·g^-1,而亚甲基蓝的初始浓度从25 mg·L^-1提高到500 mg·L^-1时,对其饱和吸附量从22.0 mg·g^-1增大到235.1 mg·g^-1;随着溶液pH值增大,复合材料对罗丹明B的饱和吸附量增加,而对亚甲基蓝的饱和吸附量变化不明显;温度在20~40 ℃范围内复合材料的吸附量较大。     

三维有序大孔Fe2SiO4/SiO2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯（PS）胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe₂SiO₄/SiO₂@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe₂SiO₄纳米晶体从含铁元素的SiO₂基玻璃中结晶析出,形成由Fe₂SiO₄纳米晶体、铁离子（Fe³⁺）修饰的玻璃态SiO₂和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 mA·g^-1电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 mAh·g^-1以上,电流密度增加到250 mA·g^-1时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 mAh·g^-1,而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO₂@C材料的放电比容量在50 mA·g^-1电流密度时仅为15 mAh·g^-1。这些结果表明,Fe₂SiO₄纳米晶体及Fe³⁺有助于SiO₂基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

胡萝卜基多孔炭的制备及其电化学电容行为

以冷冻干燥获得的多孔胡萝卜为炭源,经过600℃氮气氛围下炭化和KOH活化,获得了多孔结构的炭材料。采用红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗对多孔炭进行了微结构和电容性能研究。结果表明:通过活化处理,多孔炭的比表面积从7m²·g^-1大幅提高到147m²·g^-1。而且,活化后的多孔炭产生了414F·g^-1的最大比电容,且电流增至4A·g^-1时的电容保持率为74.5%。而未活化的多孔炭最大电容为253F·g^-1,电容保持率仅为45.1%。此外,活化后的多孔炭还具有优异的电化学稳定性。在5A·g^-1电流下循环8000圈后,其电容保持率高达94%。活化后的多孔炭在电容性能方面的极大改善与其比表面积的大幅提高及介孔的增多有密切关系。     

自生纳米纤维增强SiO2气凝胶的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法和乙醇超临界干燥工艺制备ZrO_X/SiO₂复合气凝胶,再经1200℃高温热处理得到自生纳米纤维增强SiO₂复合气凝胶。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、热重和氮气吸附等手段对气凝胶的结构和性能进行了分析,并且测试了样品的压缩强度及真密度。实验结果表明：自生纳米纤维增强SiO₂复合气凝胶具有均匀的多孔网络结构,锆氧纳米纤维是以化学键连接复合的方式无序穿插在气凝胶中,对复合气凝胶的机械强度和隔热性能有明显的改善。经1200℃热处理后的ZrO_X/SiO₂复合气凝胶比表面积为827.22m₂·g^-1,压缩强度为9.68MPa,真密度为0.23g·cm^-3。     

多壁碳纳米管-炭复合泡沫材料的制备和吸附性能

通过在聚氨酯泡沫模板中沉积多壁碳纳米管，用炭的预制体酚醛树酯将碳纳米管粘接固定在一起，经过高温碳化过程制备了碳纳米管-炭复合泡沫材料。红外光谱结果表明利用浓硫酸和浓硝酸的混合溶液处理可以使复合泡沫表面活化形成羧基和羟基，从而使复合泡沫具备较强的分子吸附能力。扫描电镜和氮吸附实验表明这种复合泡沫同时具备大孔和介孔，大孔能够满足流体自由流动的通畅性，介孔可以满足中分子的吸附需要。对标定物维生素B12的吸附实验证明这种复合泡沫对中分子量的生化分子具有有效的吸附能力。这种宏观尺寸的泡沫材料与传统的颗粒状活性炭相比具有简化工艺，提高吸附效率的应用潜力。     

碳凝胶/泡沫镍一体化电极用于高性能的超级电容器

以氧化石墨、间苯二酚、甲醛和泡沫镍为原料,经85 oC水热碳化处理,在泡沫镍表面原位聚合形成了碳凝胶/泡沫镍一体化电极,冷冻干燥处理后可得多孔碳凝胶/泡沫镍一体化电极. 水系和有机系的超级电容器测试表明,多孔碳凝胶/泡沫镍一体化电极具有较高的比容量和良好的循环稳定性,其独特的一体化电极组成和多孔结构有利于电子和电解液离子的有效传输.     

碳量子点在八面双锥和纳米片TiO2上的光催化

依次用溶剂热法和水热法制备得到暴露(101)晶面的八面双锥体二氧化钛OBP-TiO2和不同碳负载量的N-CDs/OBP-TiO2复合催化剂,以及暴露(001)晶面的纳米片二氧化钛TNS和不同碳负载量的N-CDs/TNS复合催化剂。利用TEM、XRD、XPS等表征手段对这2类复合催化剂的形貌结构、化学成分等作了鉴定。系统研究了碳量子点负载量对可见光降解RhB的光催化性能影响。实验发现,由于N-CDs的加入,均能较大提高2类复合催化剂的光催化性能。(101)高裸露晶面N-CDs/OBP-TiO2比(001)高裸露晶面N-CDs/TNS的光催化活性高。     

泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2纳米线网状结构电极的制备及其电催化析氧性能

通过两步水热法制备泡沫镍(NF)负载Fe_2O_3纳米粒子@Ni_3S_2纳米线网状结构电极(Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF)。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附测试等方法对电极材料的物相和微观结构特征等进行了表征。水热条件下原位表面化学刻蚀生成的Ni_3S_2纳米线与三维多孔NF基体间拥有强结合力和低界面电阻,Fe_2O_3粒子均匀分布在纳米线的表面。在1 mol·L~(-1)的KOH溶液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、计时电位法、电化学交流阻抗测试(EIS)等对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试。结果表明:在100 mA·cm~(-2)的超高电流密度下,Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF电极的OER过电势仅为223 mV,比Ni_3S_2/NF材料的过电势降低了285 mV;经过10 h计时电位测试,性能保持率高达80%。     

Co3O4纳米片的制备及对H2O2电还原反应的催化性能简

通过恒电势电沉积和加热处理在泡沫镍基体上制备了Co3O4纳米片. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对纳米片的形貌和结构进行了表征. 采用线性伏安扫描和计时电流技术研究了Co3O4纳米片电极对H2O2的电还原性能. 结果表明,在3.0 mol/L KOH 和 0.4 mol/L H2O2溶液中,当电压为-0.4 V(vs. Ag/AgCl)时,线性伏安扫描电流密度达到-0.386 A/cm2,在1000 s 测试时间内,计时电流密度衰减很小,表明Co3O4纳米片电极对H2O2具有很高的活性和稳定性.     

碳纳米管负载的Fe2O3催化剂制备

Carbon nanotubes were modified by FeSO₄-H₂O₂ system, iron hydroxides were adsorbed on the wall of carbon nanotubes simultaneously. These precursors were treated at 723K for 2 h under hydrogen, nitrogen and air atmosphere to prepare carbon nanotubes supported γ-Fe₂O₃catalyst, γ-Fe₂O₃and α-Fe₂O₃compound catalyst and amorphous Fe₂O₃catalyst, respectively. This is green method to prepare high Fe₂O₃loading (≥50 %) catalyst without adding other cation. The different structures Fe₂O₃catalysts can be synthesized by controlling the condition of thermal treatment to content active phase requirements for different catalytic reactions. The paper presents a new method to prepare carbon nanotubes supported catalysts.     

有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫的制备及其对多巴胺的高灵敏度和高选择性检测

柔性生物传感器在可穿戴电子设备中有着广泛的应用前景. 为了获得柔性电化学多巴胺传感器,作者在本工作中首先在镍泡沫表面通过化学气相沉积生长石墨烯,随后通过高温碳化嵌段共聚物与酚醛树脂在石墨烯表面共组装形成的薄膜制备了有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫（OMC/G/Ni）复合材料. 其中,镍泡沫可以为复合材料提供具有高导电性和良好柔韧性的金属骨架,而具有垂直排列介孔阵列的有序介孔碳层为复合材料提供了高的电活性表面积,且有利于活性位点的暴露. 值得注意的是,夹在有序介孔碳层和镍泡沫之间的石墨烯极大地增强了各组分之间的相容性,有利于进一步提升复合材料的电化学性能. 作为电化学传感器中的工作电极,OMC/G/Ni体现出优异的多巴胺检测能力. 不但具有宽的线性检测范围（0.05 ~ 58.75 μmol·L^-1）和低检测限（0.019 μmol·L^-1）,还具有良好的选择性、重现性和稳定性. 此外,OMC/G/Ni在弯曲状态下依旧能够保持对多巴胺的高检测能力,证明了其在柔性生物传感器中的应用潜力.     

碳螺旋纤维/MnO2复合材料的电化学性能

利用电泳沉积法(EPD)制备碳螺旋纤维基MnO_2@CMC复合材料,采用电子扫描电镜、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)对其形貌和结构进行表征并测试其电容性能,结果显示:当电位差扫描速率为5 m V·s-1时,充放电容量较高,可达115F·g-1,在0.2 A·g-1的扫描电流下,循环200圈后电容量为96.7 F·g-1,为起始电容量的89.5%,表现出良好的电容保持率和循环稳定性。     

炭球修饰g-C3N4材料的制备及其可见光光催化性能

利用水热法以葡萄糖和氮化碳(g-C_3N_4)为原料,成功地制备了炭球修饰氮化碳(C/g-C_3N_4)复合型光催化剂。通过X射线粉末衍射、扫描电镜、N_2吸附-脱附、紫外可见漫反射、表面光电压和电子顺磁共振分别对样品的结构、组成、形貌、比表面积和光学性能进行了表征。结果显示:直径约20 nm的炭球紧密地排列于g-C_3N_4表层,当葡萄糖与g-C_3N_4用量比(质量分数)为1%时,复合催化剂1%C/g-C_3N_4的光催化性能最好。C/g-C_3N_4与单一g-C_3N_4相比,不仅比表面积明显增大,还扩展了可见光的响应范围,且提高了催化剂光生电子与空穴的分离效率。在400 W金卤灯照射下,光线通过420 nm滤光片后,在80 min内1%C/g-C_3N_4对10μmol·L~(-1)的罗丹明B降解率高达87%,是纯g-C_3N_4在同样条件下催化性能的3倍,且稳定性良好。