新型功能碳材料的高压截获

高性能功能材料在诸多领域具有广泛的应用前景,是人们一直关注的研究热点。高压可以有效地改变物质的原子间距和成键方式,是获得新型功能材料的重要途径。在碳材料的高压研究中,许多有趣的功能碳材料,如光学透明碳、高强度弹性碳和超硬非晶碳等,已经通过不同的碳前驱体合成。本文简要介绍了作者近年来在低维碳基纳米复合材料高压研究中取得的进展,基于设计的不同低维碳前驱体,高压下截获了具有超硬特性、新型压致共价聚合及发光增强的碳材料。     

基于MOF (Cu)@biochar气凝胶的制备及其在缓释氮肥上的应用

以羧甲基纤维素(CMC)、明胶和MOF(Cu)@biochar为原料,采用简单有效的冷冻干燥方法制备了(CMC/Gelatin/MOF(Cu)@biochar)杂化气凝胶,并用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)技术对其进行了表征;研究了MOF(Cu)@biochar含量、pH和不同的盐水溶液对杂化气凝胶溶胀行为的影响;以该气凝胶负载氯化铵,制备了一种新型缓释肥料(SRF),并研究了含2%(wt)SRF的沙性土壤的保水能力;SRF在土壤中第30天的累积释放率为79.4%;肥料在土壤中释放符合非Fickian扩散和阳离子交换的协同作用机理。     

TG酶与单宁酸对鱼明胶凝胶强度的影响

明胶是胶原蛋白适度水解生成的多肽分子聚合物,在食品、医药等领域具有广泛的应用。采用单宁酸和谷氨酰胺转胺酶（TG酶）对鱼明胶进行改性,探讨它们对鱼明胶凝胶强度的影响。分别从明胶浓度、氧化型和非氧化型的单宁酸添加、TG酶处理条件等方面进行优化,通过测定鱼明胶的凝胶强度变化,获得两种改性方式的最优组合。结果显示,在6%明胶浓度下,添加1 U·g-1TG酶和0.2%（V/V）的（2%m/V）氧化型单宁酸母液,鱼明胶的凝胶强度高达946.2 g。单宁酸和TG酶能协同作用,进而提升鱼明胶的凝胶强度。这一研究将有助于减少单位明胶用量,降低鱼明胶使用成本,拓展其应用范围。     

石墨基液流电池复合双极板

液流电池是一种安全性高、使用寿命长、可扩展的大规模储能系统,可以协助电网调峰储能,提高能源利用率,发展前景广阔。双极板是液流电池的重要组成部分。功能上起到了分隔、串联电池、传导电流、为电堆提供结构支撑等作用。从成本构成角度看,双极板的价格占电堆成本的比重也较大。开发高性能、低成本的双极板对加快液流电池的商业化应用具有重要意义,也是目前业界的迫切需求。虽然文献上报道了许多针对液流电池双极板开发的工作,但是目前高性能、低成本的液流电池双极板产品仍无法充分满足市场需求。本文着重介绍了石墨基复合双极板的研究现状,介绍了材料选择、工艺流程对关键性能的影响,对相关工作进行了评述,并为液流电池双极板的开发提出了建议。     

MCNOs/CdS双效光催化剂的制备及其性能研究

水热合成法制备了不同磁性纳米洋葱碳(MCNOs)负载量(0%、1%、3%、5%)的MCNOs/CdS光催化剂。并通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见光光谱(UV-Vis)、磁滞回线测定仪(VSM)对其进行表征,探究了MCNOs负载比例对催化剂在可见光下降解RhB性能及机理的影响。结果表明,MCNOs能有效提高CdS的光催化效果,复合3%MCNOs后降解率为96%,与纯CdS相比降解率提高了30%,磁性分析表明,其具有良好的顺磁性并能实现催化剂的有效回收。MCNOs/CdS在可见光下催化降解RhB的一级反应动力学直线有较好的拟合度,表明制备的催化剂有较好的催化活性。     

g-C3N4催化石墨化碳质材料的制备及光催化性能研究

通常采用以氢氧化物作为造孔剂,过渡金属硝酸盐或氯化物作为石墨化催化剂的传统两步法策略制备多孔石墨化碳材料。然而制备过程中多涉及有毒和腐蚀性试剂,且多步骤的过程耗时较长。本文以双氰胺为原料通过热缩聚反应得到g-C₃N₄,采用高铁酸钾为催化剂一步法实现g-C₃N₄的同步碳化-石墨化,并研究其光催化性能。与传统的两步法相比,该方法耗时少、效率高、无污染。与初始的g-C₃N₄材料相比,石墨化g-C₃N₄衍生碳质材料不仅显著改善了可见光的吸收,而且大大增强了光催化活性。研究了不同石墨化温度对g-C₃N₄衍生碳质材料在可见光下降解甲基橙溶液的影响。700 ℃下制备的衍生碳质材料的降解率为12.4 mg/g。光电化学测试结果表明,多孔g-C₃N₄衍生碳质材料的光生载流子密度、电荷分离和光电流(提高了5.4倍)均得到显著提高。因此,该简便、灵活方法为提高g-C₃N₄衍生碳质材料的吸附和光催化性能提供了一种有前景的、高效的途径。     

均匀磁场下碳离子笔形束的剂量变化分析及位置修正方法

分析外加均匀磁场对于碳离子笔形束剂量分布的影响,并考虑修正这种影响,为磁共振成像引导碳离子放射治疗的临床应用提供指导。本文利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量碳离子笔形束在不同强度磁场下的剂量分布情况,发现垂直于碳离子束入射方向的均匀磁场对于碳离子笔形束射程缩短的影响很小,磁场对碳离子束的主要影响是引起束流横向偏转,特别是碳离子束布拉格峰位置的横向侧移。横向侧移程度与碳离子束的能量和磁场强度相关,根据模拟结果,得到了一个计算碳离子束布拉格峰在磁场中相对横向偏转的方程,并提出一种校正外加磁场引起的碳离子束布拉格峰横移的角度修正方法。这些结果可用于指导磁共振图像引导碳离子放射治疗计划系统的研发。     

水下多级微结构液气界面的稳定性和可恢复性研究

微结构表面浸没水下所形成的液气界面对减阻等应用具有重要意义.液气界面的稳定存在是结构功能表面发挥作用的前提.因此,如何增强液气界面的稳定性以抵抗浸润转变过程,以及在液气界面失稳之后,如何实现去浸润过程以提高液气界面的可恢复性能,均具有重要的科学研究意义和实际应用价值,也是国内外研究关注的热点问题.本文针对具有多级微结构的固体表面,研究其在浸没水下后形成的液气界面的稳定性和可恢复性.通过激光扫描共聚焦显微镜对不同压强下液气界面的失稳过程和降压后的恢复过程进行原位观察,实验结果和基于最小自由能原理的理论分析相吻合.本文揭示了多级微结构抵抗浸润转变以及提高液气界面可恢复性能的机理:侧壁上的次级结构(纳米颗粒、多层翅片)通过增加液气界面在壁面的表观前进接触角增强了液气界面的稳定性;底面的次级结构(纳米颗粒和封闭式次级结构)可以维持纳米尺寸气核的存在,有利于水中溶解气体向微结构内扩散,最终使液气界面恢复.本文的研究为通过设计多级微结构表面来获得具有较强稳定性和可恢复性的液气界面提供了思路.     

油-气-水三相流超声传感器持气率测量*

为探索油-气-水三相流持气率测量难题,该文开展了脉冲透射式超声传感器持气率测量动态实验研究。首先,利用超声传感器与光纤传感器组合,测取了油-气-水三相流中段塞流、混状流、泡状流的响应信号;其次,提取了超声脉冲信号的最大值序列来反映不同流型时超声传感器响应特性,同时,借助双头光纤传感器与相关测速法,计算得到了流体中气泡弦长序列;最后,结合流型与泡径信息,利用超声传感器测量了不同流型下持气率,并分析了不同流型持气率预测的误差来源,为其他油-气-水三相流持气率测量传感器设计提供了借鉴。