PVDF⁃CNT自漂浮多孔微珠的制备及在高效太阳能驱动界面水蒸发中的应用

采用操作便捷的相转化法制备了可用于太阳能驱动界面水蒸发的聚偏氟乙烯-碳纳米管(PVDF-CNT) 自漂浮多孔微珠. PVDF-CNT微珠独特的组成和多孔微球结构有助于实现太阳光的高效捕获、 充分的水运 输和快速的蒸汽逸出, 且CNTs含量越高, PVDF-CNT微珠性能越佳. PVDF-CNT微珠最多可吸收约94.5％的太阳光, 2 min内使水面温度从20.8 ℃升高至43.1 ℃. 在1 kW/m²的太阳光模拟器照射下, 水蒸发速率高达1.501 kg/(m²·h), 太阳能转换效率高达94.2%.     

多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能

以多壁碳纳米管(CNTs)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料, 通过相转化法形成均匀共混的胶体, 利用真空冷冻干燥(冻干)技术使胶体固化, 并在真空状态下使部分溶剂挥发, 制备了具有多孔结构的CNTs/PVDF复合膜. 实验结果表明, 冻干CNTs/PVDF复合膜具有优异的光吸收能力、 极佳的表面亲水性能. 在1 kW/m²光照强度下, 其水蒸发速率可达1.95 kg·m^-2·h^-1、 光热转化效率为92.9%. 搭载了冻干CNTs/PVDF复合膜的蒸发器在处理模拟海水和染料废水时, 均表现出良好的抗盐污染性、 显著的稳定性和优异的太阳能蒸发性能.     

激光直写微型RGO/MWCNT/CF平面柔性超级电容器的制备及性能

将采用改性Hummers法制备的氧化石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNT)复合, 通过激光直写的方法制备了以棉织物(Cotton fabric, CF)为基底的石墨烯复合碳纳米管的同心圆形织物柔性平面超级电容器(RGO/MWCNT/CF). 通过扫描电子显微镜、 X 射线衍射和拉曼光谱技术对RGO/MWCNT/CF进行了表征, 并对超级电容器的电导率和电化学性能进行了测试. 结果表明, 电极材料经激光还原后导电率达到了7.19×10 ⁴ S/m, 表现出良好的导电性能. 以RGO/MWCNT/CF为工作电极、 PVA/LiCl凝胶为电解质组装的超级电容器具有良好的电化学性能, 在电位窗口为0~1 V、 电流密度为40.8 mA/cm ²时比电容达到24 mF/cm ², 功率密度为61 mW·h/kg, 能量密度为1.22 mW·h/kg, 且循环1000次仍能保持92%的比电容.     

光热材料在海水淡化领域的近期研究进展与展望

太阳能水蒸发系统成本低、能效高,对缓解能源危机、减少水污染、促进海水淡化具有重要意义.然而,太阳能驱动水蒸发的自然机制往往受到低蒸发率和吸收光谱范围小的影响.其中,局部加热并限制热损失的界面水蒸发策略被广泛认可并作为高性能、可持续的太阳能蒸汽产生的有效途径.随着太阳能水蒸发技术的不断发展,制备绿色、高效的光热材料已成为研究热点.根据光热材料的种类将其划分为:金属材料、半导体材料、碳基材料以及聚合物材料,详细阐述了不同材料的光热转换机制并总结近年来光热材料在海水淡化领域的研究现状及进展;讨论了潜在的光热候选材料,对其未来发展做出了展望.旨在为海水淡化领域中高效光热材料的合理设计和开发提供可行方案,对今后光热材料的发展具有总结和指导意义.     

载银离子PLGA-PEG-PLGA温度敏感水凝胶的制备及体外抗菌性能

利用聚乙二醇(PEG 1000)引发乙交酯和 D,L-丙交酯开环共聚合, 制备了聚丙交酯乙交酯(PLGA)三嵌段共聚物(PLGA-PEG-PLGA)温敏水凝胶材料; 利用核磁共振氢谱( ¹H NMR)确定了产物的结构及组成. 通过还原硝酸银的方法制备银纳米粒子(AgNPs), 并将其与PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物水凝胶混合, 制得新型AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶; 对该复合水凝胶的相关性能进行了表征. AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶仍然具有温敏性能, 随着温度升高可发生溶胶-凝胶的相转变; 还可以持续释放银纳米粒子, 从而发挥抗菌性能. 体外细胞实验结果表明, AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶具有良好的生物相容性, 未见明显细胞毒性, 是具有应用前景的新型复合水凝胶.     

磷腈-紫精聚合物的合成与电致变色性能

以六氯环三磷腈作为核心、 紫精为电致变色活性基, 合成了一种新型有机-无机杂化电致变色材料——六(1-乙基-4,4'-联吡啶-甲基苯氧基)环三磷腈(PHV ²⁺). 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线衍射(XRD)及核磁共振氢谱( ¹H NMR)表征了PHV ²⁺的结构. 优良的水溶性使得该化合物可以通过简单的方法构造一个以聚乙烯醇(PVA)为凝胶基质的电致变色水凝胶, 具有成本低廉及无毒害的优点. 以氟掺杂氧化锡(FTO)涂层玻璃作为电极材料, PHV ²⁺作为电致变色材料制备了PHV ²⁺/PVA/KCl电致变色器件(PHV ²⁺/PVA/KCl ECD). 该电致变色器件在2.1 V电压下由淡黄色变为紫色, 颜色变化明显, 并且该颜色变化可以循环500次; 器件在526 nm处的光学对比度达到62.19%. 良好的电致变色性质使该化合物在电致变色器件方面具有潜在应用价值.     

低蒸发焓水凝胶用于太阳能驱动水净化

日益严重的水资源短缺和水体污染引发了人们对先进水净化技术的研究兴趣。太阳能驱动的界面蒸发利用清洁的太阳能来分离水和杂质,被认为是解决缺水和污染最环保、经济的技术。低蒸发焓水凝胶基光热转换材料由于其高蒸发速率、可加工性、可控性和多功能性,成为最有潜力的太阳能蒸发器材料。首先,本综述回顾了水凝胶的关键概念,这些概念证明了其在太阳能驱动的界面蒸发系统中的优势,如快速水传输和低蒸发焓;其次,总结了水凝胶的制备方法包括引入的光热材料以及水凝胶的设计策略,以提高水凝胶的整体性能。水凝胶蒸发器的多种功能在抗盐、光降解、杀菌和发电等方面得到了扩展。基于水凝胶的上述优势,本综述进一步提出了适用于实际使用环境的水凝胶蒸发器的设计概念和策略。     

多尺度Ag/CuO复合光热材料的制备及在海水淡化中的应用

采用原位化学反应和热处理相结合的策略,在泡沫铜表面形成丝线状与花瓣状的立体无机物阵列,然后在其表面蒸镀Ag纳米颗粒(NPs),成功制备了基于泡沫铜的Ag/CuO复合光热材料。该复合材料因表面三维立体阵列结构以及Ag NPs而具备较高的太阳光吸收率。故而,Ag/CuO复合光热材料结合三聚氰胺泡沫组成的蒸发器件实现了高效的海水淡化。本研究除了探索光陷阱深度和金属掺杂对吸收体光热转换效率增强之外,还搭建了太阳能驱动界面蒸汽生成测试系统,测试了样品的光热蒸发性能。在1倍太阳(1 kW·m~(-2))辐照下,该器件整体蒸发速率高达1.097 6 kg·m~(-2)·h~(-1),即其蒸发效率可达78.38%。     

三明治结构纳米银/氧化石墨烯基底的制备及SERS性能

采用易操作且低成本的静电自组装方法, 在质子化的玻璃基片上, 通过交替沉积氧化石墨烯(GO) 和带正电荷的银纳米粒子(AgNPs) 获得少数层GO和AgNPs复合薄膜(AgNPs/GO). 采用紫外-可见光吸收光谱、 原子力显微镜和扫描电子显微镜对复合薄膜的生长和表面形貌进行了表征. 结果表明, 通过调控AgNPs 溶胶浓度和自组装循环次数, 可以获得AgNPs/GO/AgNPs 的三明治结构, 并在基底表面形成均匀的AgNPs 聚集体. 表面增强拉曼散射(SERS)研究结果表明, AgNPs/GO-4基底具有最佳的SERS性能, 其对罗丹明6G(R6G) 和结晶紫的平均拉曼增强因子分别为3.4×10⁸和1.3×10⁹, 对R6G的最低检测浓度约为10^-12 mol/L. 多层三明治结构和较小颗粒间距使得AgNPs层之间产生强烈的耦合作用, 并在GO片层间产生大量的“热点”, 显著提高SERS性能, 而少数层GO具有强吸附性, 有利于分子在基底中富集, 从而起到化学增强作用, 提高SERS灵敏度.     

基于水滑石衍生钌催化剂光驱动合成氨的研究

通过在还原性气氛中煅烧钌基水滑石前驱体,制备了高度分散于金属氧化物纳米片上的钌纳米颗粒(Mg Al Ru-500R).利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见-近红外漫反射光谱(UV-Vis-NIR DRS)对Mg Al Ru-500R的晶体结构、形貌、元素组成和光学特性进行分析表征.基于流动相反应体系研究了Mg Al Ru-500R催化剂在常压条件下的光热催化合成氨性能.结果表明,Mg Al Ru-500R可以仅依靠光照升温至300℃以上,并驱动光热催化合成氨反应.在380℃下,Mg Al Ru-500R光热催化合成氨速率高达3.0 mmol·g^?1·h^?1,显著高于相同温度下的热催化合成氨速率(1.5 mmol·g^?1·h^?1).动力学分析(包括表观活化能和动力学反应级数的测定)结果表明,优异的光热催化合成氨活性是因为光激发加速了N₂解离,进而降低了反应活化能.     

高选择性快速识别汞（Ⅱ）离子的磺酰腙型探针的合成及在吸附中的应用

以苯磺酰肼和1-芘甲醛为原料,设计合成了一种结构简单的可快速识别汞（Ⅱ）离子（Hg²⁺）的磺酰腙型荧光探针（Z）-N'-（芘-1-基亚甲基）苯磺酰腙（BSB）,并通过氢核磁共振波谱仪（¹H NMR）对其结构进行了表征。BSB对Hg²⁺展示出高选择性、专一性和快速响应性,检测限为2.07×10^-7 mol/L,响应时间仅需15 s。通过job's曲线,¹H NMR滴定实验和高分辨率质谱（HRMS）对响应机理进行了探究,并且BSB可以检测不同水样中的Hg²⁺。有趣的是,将BSB和聚丙烯酰胺（PAM）相掺杂制备出了对Hg²⁺具有高去除性能的新型高分子材料（PAM?BSB）,去除率达到99.63%,并通过扫描电子显微镜（SEM）对PAM?BSB吸附前后的微观形貌进行了观察。     

一维链状氢键型甘氨酸超分子化合物[(Gly)2+ (18-crown-6)2(MnCl4)2‒]的合成、 结构及介电性质

以甘氨酸(Gly)、 18-冠醚-6、 二氯化锰(MnCl₂)和盐酸为原料, 通过蒸发法获得一种新型相变一维链状氢键型甘氨酸超分子化合物[(Gly)₂⁺ (18-crown-6)₂(MnCl₄)^2?](1). 通过元素分析、 变温X射线单晶衍射和介电测试等手段对其进行了表征和解析. 实验结果表明, 该晶体属于单斜晶系, 空间群从P2₁/c(100 K)转化为C2/c(293 K). 随着温度升高, [MnCl₄]^2?呈现无序状态的共棱双四面体结构. 质子化甘氨酸分子和分子内羟基(—OH)发生动态摆动, 引起O—H…Cl型一维氢键链产生明显伸缩运动, 导致化合物1在一定温度范围内出现结构相变及介电异常.     

Preparation of Three-dimensional Graphene-based Sponge as Photo-thermal Conversion Material to Desalinate Seawater

Water shortage has become one of the major threats to human society over the past centuries. The new interfacial solar evaporation is undoubtedly an attracting technology to solve this problem. Herein, graphene aerogel(GA) and graphene oxide/melamine sponge composite material(GO-MS) were prepared through a two-step reduction and one-step freezing method as photo-thermal materials to evaporate pure water and seawater. The proper concentrations of the graphene oxide(GO) dispersion for their preparation were investigated, which is 7 mg/mL for GA, and 5 mg/mL for GO-MS. The evaporation rates of GA are 1.40 kg/(m²·h) for pure water and 1.21 kg/(m²·h) for seawater, while for GO-MS it is 1.63 kg/(m²·h) for pure water and 1.45 kg/(m²·h) for seawater, respectively. The composite material not only reduces the usage of GO, but also shows better photo-thermal conversion properties. Furthermore, the heat loss of evaporation system was calculated and the method of further enhancing photo-thermal conversion efficiency was deduced, which will provide a strong basis for guiding the design and development of graphene based three-dimensional materials and further exploration in this field.     

One novel multidimensional organic-inorganic hybrid based on polyoxometalates and copper chlorine coordination polymers with 4,4’-bipyridine ligands

One novel organic-inorganic hybrid materials with 4,4’-bipy ligands and copper chlorine coordination polymers as linkers,with new topology,{[Cu^I（4,4’-bipy）]₁₀Cl₂(SiW₁₂O₄₀)₂}·6H₂O（1）（4,4’-bipy = 4,4’-bipyridine）,has been hydrothermally synthesized. The single crystal X-ray structural analysis reveals that the structure of 1 is constructed from classical Keggin anions and[Cu^I（4,4’- bipy）]cations into a novel,three-dimensional（3D） polyoxometalates（POMs）based network.From the topological view,compound 1 is a novel（3.4⁴.5².6³）（3².4⁴.5⁶.6⁹） topology.The electrochemical and photocatalysis properties of 1 have been investigated in details.     

石墨烯三维结构组装体制备及光热水蒸发和水处理研究进展

水资源短缺是世界长期面临的问题,当前全球80多个国家的约15亿人口面临淡水不足,其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态。近年来,人们开发了新型太阳能界面水蒸发材料和技术,能够利用高效光热材料吸收太阳能转化为热能,实现大量的、快速的水蒸发,冷凝后收集便得到洁净水,是一种高效、绿色、低成本水处理和解决水资源短缺的方法。石墨烯三维组装体材料的物理和化学性质优异,光热转化效率高,同时其太阳光吸收率高,内部微纳孔道丰富,具有良好的水传输通道,表面水蒸发面积大,在太阳光照射下能够实现超高的水蒸发速率,在光热水处理方面展现了巨大的科学研究意义和实用价值。本文将综述石墨烯三维组装体的制备及光热水处理方面的研究进展,包括石墨烯三维结构组装体制备方法,其光热水蒸发性能,总结了石墨烯三维结构组装体在光热水蒸发及水处理方面的应用,最后分析了石墨烯三维结构组装体光热水处理面临的问题及展望。     

单宁酸/聚乙烯醇的阻燃性能

采用模压成型的方法制备了单宁酸/聚乙烯醇(TA-PVA)共混物,并研究了不同TA/PVA配比对TA-PVA共混物的阻燃性能的影响。通过锥形量热仪、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、垂直燃烧(UL-94)测试仪和极限氧指数(LOI)测试仪等对制备的TA-PVA共混物的阻燃性能进行了测试。结果表明,TA的加入能提高PVA的阻燃性能。TA和PVA能够通过分子间氢键形成稳定的TA-PVA共混物。当TA-PVA共混物中TA含量增加,所制备得到的TA-PVA共混物的热稳定性增加,玻璃化转变温度提高。当n(TA)∶n(PVA)=1∶50时,TA-PVA共混物的LOI值达到31.6%,UL-94等级为V-1级,热释放速率峰值从634.9 kW/m²降至328.1 kW/m²,烟气产生速率从0.18 m²/s降至0.10 m²/s。     

可区别铁离子荧光探针异构体的合成及其水样分析

分别以2-（2-氨基苯基）菲并咪唑和2-（3-氨基苯基）菲并咪唑为原料,与5-硝基水杨醛反应合成了两个菲并咪唑-苯酚异构体衍生物（PI?o?OH和PI?m?OH）。在水相体系中（V（DMF）∶V（HEPES） = 1∶1,pH = 7.4）,两个异构体发射中等强度的荧光。Fe³⁺存在下,两个异构体的荧光强度分别淬灭为原来的1/3和1/6,淬灭常数为4.8×10³和4.6×10³ L/mol,且淬灭效果不受其它干扰离子和pH值变化的影响。间位异构体PI?m?OH与Fe³⁺的荧光识别在2 min之内完成,配合速度明显优于邻位基异构体,且配合稳定性高于邻位异构体,配合常数为3.82×10⁴ L/mol。通过高分辨质谱和Job's曲线,确定了两个异构体与Fe³⁺识别配合比为1∶1,并建议了PI?m?OH-Fe³⁺ and PI?o?OH-Fe³⁺两个配合物的结构。两个异构体均可实现实际水样中Fe³⁺的定量检测,表明它们在实际水样的Fe³⁺分析中具有一定的应用价值。     

Zn(NCN)单轴的负热膨胀性及机理研究

负热膨胀(NTE)是一种反常的物理现象, 已在合金和框架结构化合物等材料中被观察到, 但NTE材料的种类仍然有限. 本文合成了一种单轴NTE材料Zn(NCN), 该材料在c轴方向及在100~475 K下的热膨胀系数为-3.35×10^?6 K^?1, 而a轴和b轴方向则呈低热膨胀性, 体积具有低的热膨胀系数[6.13×10^?6 K^?1(100~475 K)]. 通过同步辐射X射线衍射、 扩展X射线吸收精细结构和拉曼光谱等方法, 研究了Zn(NCN)的NTE机理. 结果表明, Zn—N键具有明显的横向振动, 一些低频振动模Grüneisen参数为负值. 直接的实验证据表明, N=C=N的横向振动以及准刚性ZnN₄四面体的耦合旋转和扭摆导致了c轴方向的NTE.