MXene材料储能应用研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构.MXene因其独特的物理和化学特性,以及在储能、催化、电子与光电子等领域中的良好应用前景而受到广泛关注.介绍了MXene材料的制备、表征以及在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等储能器件上的最新研究成果.最后,对MXene材料的未来发展和挑战进行了介绍.     

MXene及其金属复合物在光催化方面的研究进展

近年来,二维(2D)过渡金属碳化物/氮化物(MXene)一直是热门研究领域.MXene最早来源于层状三元碳/氮化物(MAX相)材料的剥离.最初合成的MXene材料是多层的,随着研究的深入,研究人员研发出了制备单层MXene的方法.MXene材料的合成方法不断更新和改进,旨在获得更高质量的MXene材料,并探索其在光催化等领域的应用.由于MXene材料本身的局限性,使其在应用方面有待提高.而贵金属MXene复合材料作为稳定、高效、高活性的催化剂显现出良好的性能.因此,研究者期望将贵金属结合到MXene体系从而应用于实际.本文简要介绍了MXene的相关应用,主要综述了MXene及贵金属MXene复合材料在光催化领域的应用.同时综述了运用多种方法将贵金属负载在MXene材料上的简便合成策略,并对MXene的研究现状、应用方向和未来发展进行了探讨.     

钒离子改性MXene的制备及其在锂硫电池中的应用研究

利用化学刻蚀后得到的MXene (MX)片层具有大量阴离子官能团的特点,采用喷雾干燥技术,设计并合成了钒离子改性MXene(MX-VN)材料用于锂硫电池正极。MXene的优异导电性可以提高硫正极整体的导电性,同时原位构建的MX-VN界面可以提高对多硫化物的吸附效果和催化能力,提高硫的利用率。实验结果表明,采用MX-VN/S为正极的锂硫电池在0.1 C下的放电容量高达1438 mAh/g,且在0.5 C下循环200次以后容量保持率高达77.5%,电池性能明显提升。     

原位合成NiCo-MOF/MXene材料的电容性能研究

在不使用任何黏合剂的情况下,将镍钴双金属有机框架材料(NiCo-metal organic framework,NiCo-MOF)和MXene材料附着在泡沫镍(nickel foam,NF)表面,合成了高性能电极材料,这两种材料结合生长出的层状结构有利于离子的快速传导,减少了活性材料的无效堆砌,同时表现出理想的电化学性能。当投入原料的镍钴物质的量之比为1∶2时,制得的电极材料在5 mA/cm²的电流密度下表现出4.96 C/cm²的优良比电容。得到的电极与活性炭(activated carbon,AC)负极组装成不对称超级电容器后,在10.09 W/cm²的功率密度下,得到的超级电容器的能量密度可达到1 530 mWh/cm²,并且当功率密度升高到102.29 W/cm²时,能量密度仍可以保持在770 mWh/cm²。在15 mA/cm²的电流密度下,经过5 000次充放电循环后,不对称超级电容器的电容保持率为98.52%。     

低温等离子体在材料表面改性中的应用

概要介绍了目前低温等离子体在材料表面改性方面的研究进展。材料的许多特性,如金属的表面硬度、耐腐蚀、耐磨擦,聚合物的表面浸润性、亲性性、粘附性以及生物功能材料的生物相容性等,决定了材料的应用。低温等离子体并不改变材料的板材特性而仅影响材料的表面特性。对金属如不锈钢等用氮气等离子源离子注入,可以在表面形成Fe2N,Fe3N和Fe4N的铁的氮化物,提高表面的硬度和耐腐蚀性能;氧气、氮气等离子体会在聚合物材料表面形成微针孔结构,改善其浸润性、粘附性;用等离子聚合法在生物材料表面聚合高分子材料,如氧化对二甲苯可以降低血小板的吸附。因此,低温等离子体在材料的表面改性方面有很好的应用前景。     

二维Ti3C2Tx MXene材料的制备与工艺优化

二维（2D）过渡金属碳/氮化物（MXene）材料是当前最受关注的二维材料之一,其中二维碳化钛（Ti₃C₂T_x MXene）材料的研究最为广泛。该材料目前主要通过刻蚀三元碳化物或氮化物（MAX相）后进一步插层得到,因此MAX相材料的纯度和制备工艺条件直接决定了Ti₃C₂T_x MXene材料的物化性质。主要完成了不同Ti₃AlC₂ MAX相材料的筛选,选择氢氟酸（HF）刻蚀,并优化了不同的插层方法,制备了一系列Ti₃C₂T_x MXene材料。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）等表征,确定使用原位锂离子（Li⁺）插层法可有效获得单层Ti₃C₂T_x MXene材料。制备的单层Ti₃C₂T_x MXene材料的表面平整,片径约为150 nm,厚度约为2 nm。同时,创新性地采用涡旋震荡辅助材料分层,极大地缩短了超声时间,提高了单层Ti₃C₂T_x MXene材料的产率（可达70%）,并且可以避免材料氧化,为Ti₃C₂T_x MXene材料未来应用提供了新方法。     

活性硼酸锌表面改性及其在PVC中的阻燃应用

以硫酸锌、硼砂、硼酸为原料,表面活性剂为改性剂,采用ZnSO4-硼砂法的工艺一步法制备活性硼酸锌.研究了表面活性剂的种类、添加量对产物改性效果的影响,用吸水率、接触角检测,SEM分析对样品改性效果进行表征.结果表明:所选用的阴离子表面活性剂改性效果优于阳离子和非离子表面活性剂;以一系列碳链长度不同的脂肪酸钠作为改性剂,碳链越长,改性效果越佳.将硼酸锌应用于PVC阻燃研究,单独使用时具有良好的消烟作用;与Sb2O3复配使用时具有很好的阻燃协同作用.在PVC配方中加入改性硼酸锌,在质量分数低于15%时复合材料的力学性能下降较慢,且优于加入相同量未改性硼酸锌的复合材料.     

偶联剂在无机超细粒子表面改性中的应用

总结了应用于无机超细粒子中的几类常用的偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、硼酸酯)的研究现状,展望了今后研究的发展方向。     

聚合物材料的离子束表面改性及工程应用前景

介绍了运用高能离子束对聚合物材料进行表面改性的新工艺。聚合物材料经高能离子注入后其电导率、表面硬度、耐磨性等性能都得到了提高。特别是其表面硬度远高于目前公认的最硬的马氏体钢,其耐磨性明显优于滚珠轴承钢。通过比较几种不同类型的聚合物材料在注入前后表面硬度的变化,分析注入离子种类、注入能量、注入剂量等工艺参数对聚合物的影响。利用交联网状结构模型分析聚合物强化机理,比较好地解释了上述性能改善的原因。并对这种新工艺的工程应用前景进行了探讨。     

微氧化MXene/MoS2复合膜分离净化效能及稳定性增强机制研究

二维纳米材料由于优异的理化性质和易于调控的特点,在新型膜材料的开发与应用中受到了广泛关注.基于二维材料层层堆叠可以制备二维膜,而如何对二维膜进行结构性能上的改进是目前该领域聚焦的前沿问题.MXene膜是一种新型二维膜,在分离净化领域具有较大应用潜力.然而,目前MXene膜的分离净化效能主要受到膜的结构稳定性和改性方法的限制.本研究采用了通过异质纳米材料MoS₂插层,随后进行温和且快速预氧化,可获得稳定的纳米层状结构,从而得到一种MXene(Ti₃C₂T_x)/MoS₂高性能复合膜.MXene/MoS₂复合膜的水通量显著提高,对目标污染物染料的去除率高达99.9%.与未氧化的MXene膜相比,复合膜对NaCl和MgCl₂的渗透抑制效率分别提高了48.4%和82.0%.此外,复合膜在结构/外观和通量方面表现出长期的稳定性.因此,利用预氧化/插层法制备的复合膜对MXene膜结构调控和性能优化提供了新策略和新思路.     

菱镁材料改性研究

本文从菱镁材料成型机理入手,分析了菱镁材料改性外加剂的改性原理及其改性方法,介绍了改性后的菱镁材料具有的各种优异的性能,指明了菱镁材料改性的应用研究方向。     

一种新的等离子体源及其在纺织材料表面改性中的应用

这里主要的工作就是采用并建立介质阻挡放电装置。在此基础上，使用空气和氩气两种工作气体进行等离子体放电，对等离子体放电电流和放电电压等参数进行较为系统的测量和诊断。由此找到适当的等离子体放电条件。这样，选择1mm宽的放电间隙，获得了较为理想且均匀的等离子体，并用其对大豆纤维进行表面改性。从扫描电镜等测试结果显示，改性后大豆纤维的表面性能有明显改善。     

N^＋注入改性的25Cr3MoA材料在轴向柱塞泵配流盘上的应用研究

叙述了经全方位Ｎ＾＋注入（Ｎ＾＋ＰＳ１１）表面改性后的２５Ｃｒ３ＭｏＡ材料在轴向液压柱塞泵（ＹＺＢ）的配流盘中的应用试验研究。结果表明Ｎ＾＋ＳＰ１１材料可较大幅度提高配流盘乃至ＹＺＢ的股役使用寿命。     

纳米TiO_2的制备及表面改性的研究

本文通过钛盐络合物水解方法制备了纳米二氧化钛,并用KH-570对TiO2进行表面改性。利用XRD、TEM等分析测试手段对制备的TiO2粉体的晶相组成,晶体形貌进行了表征。并讨论了热处理温度对TiO2晶型的影响,结果表明改性后的TiO2有优良的分散性能。     

多壁碳纳米管的表面改性及电化学储能

采用体积比为3∶1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液对多壁碳纳米管进行表面氧化改性,利用场发射扫描电镜(FE--SEM)、比表面分析仪(BET)以及X射线光电子能谱(XPS)等手段分析了酸处理前后多壁碳纳米管的形貌、比表面积和表面官能团,利用循环伏安测试和充放电测试分析了酸处理前后多壁碳纳米管的电化学性能.结果表明,通过酸氧化改性,多壁碳纳米管的管长变短,比表面积增加,表面含氮和含氧官能团增加,从而导致其电化学性能大幅度地提高,在1 mol.L-1的硫酸电解液中比电容从7 F.g-1增加到66 F.g-1.     

PVA诱导Ti3C2Tx MXene交联构筑三维结构电极及其储锂性能研究

MXene因其二维层状结构在锂离子电池负极材料研究领域展现出独特的优势,然而MXene片层间有很强的范德瓦尔斯力,导致了其发生堆叠,制约了其储锂性能表现.基于冷冻干燥技术制备了不同PVA含量的Ti3 C2 Tx MXene气凝胶,构筑了具有三维结构的电解液输运通道.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)对气凝胶的微观结构与形貌进行了表征.储锂性能评估表明P400样品具有最高的比容量,其值为252.702 mA·h/g,在200圈充放电循环后,比容量依然能够保持在154.410 mA·h/g.发现随着PVA引入量增加使MXene交联行为增强,Ti3C2Tx MXene气凝胶空隙增大,有序度提高,进而优化了离子输运行为,提高了其储锂性能.该工作为基于二维MXene纳米片构筑三维结构电极提供了基础设计指导,为开发多孔结构电极提供了设计思路.     

人工关节材料及其表面改性研究进展

人工关节是替代病变或损伤关节的植入性假体,除了应满足生物相容性要求外,必须具备足够的抗磨损能力。本文综述了目前使用的不同人工关节材料的性能,以及为提高抗磨损能力而对各种材料进行改性处理的新方法,提出在人工关节表面加工微纳结构来提高其抗磨损性能和生物相容性的新思路。     

纳米碳酸钙表面改性及在涂料中的应用研究

对纳米碳酸钙进行了表面改性,并对改性后的碳酸钙进行了表征,填充在涂料中,对涂料性能进行考察。改性后碳酸钙表面有机膜使碳酸钙呈亲油性,降低表面能使粒子不易聚集,填充于涂料中,其柔韧性、硬度、流平性及光泽均优于填充未改纳米碳酸钙。