新型二维晶体MXene的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,化学式为Mn+1Xn,M代表过渡金属,X代表碳或者氮,n=1、2、3.目前制备的MXene表面均附有官能团,因此也常用Mn+1XnTx来表示其化学式.研究发现,MXene具有良好的导电性、透光性、磁性、低温热电性和能量存储等诸多新颖的性能.本文通过总结MXene结构和性能等方面最新的实验和理论研究成果,分析了该体系目前存在的问题,预测了其可能的应用领域和未来的发展方向.     

二维晶体Ti2CTx MXene的制备、剥离及其电化学性能

以Ti2AlC粉为原料,采用HCl+LiF腐蚀剂一步腐蚀-插层制备出了Ti2CTx MXene,进一步通过超声处理得到了剥离的单层或少层的Ti2CTx MXene.研究了腐蚀温度对腐蚀效率和剥离率的影响.结果表明,提高腐蚀温度可显著提高Ti2AlC母相向Ti2CTx MXene的转化率,但由于腐蚀形成的Ti2C层表面氧化随之加重,故剥离率随腐蚀温度的升高呈先增大后减小的变化.40℃腐蚀得到的样品的剥离率最高为18;,对应的Ti2CTx纳米片悬浮液浓度约为0.36 mg/mL,Ti2CTx纳米片的厚度约为1 nm,无明显缺陷.剥离的Ti2CTx MXene用作锂离子电池负极表现出了较高的容量和良好的倍率性能.在100mA ·g-1、300 mA·g-1、1000 mA·g-1电流密度下稳定的放电比容量分别为352 mAh·g-1、245 mAh·g-1、169 mAh·g-1,是用HF工艺合成的Ti2CTx MXene的2倍.     

二维晶体材料MXenes的合成、性能和应用研究进展

近年来,MXene材料因具有独特的结构和优异的特性越来越受到研究人员的关注,对其研究也不断深入.MXene材料是由Mn+1AXn(n=1,2,3…)相刻蚀得到,目前已有化学液相常压刻蚀法、水热刻蚀法和高温分解等制备方法.研究发现MXene拥有优良的导电性、稳定性、磁性能以及力学性能,被广泛的应用于储能、催化、吸附等应用领域.本文主要综述了MXene的基础理论、制备方法、结构性能以及其在各领域的应用研究进展,并对以后的发展和面临的问题做出了展望.     

二维碳化物晶体Ti2C的制备与表征

以Ti2AlC为原料,采用浓度为10;、20;、40;的氢氟酸酸刻蚀Ti2 AlC粉体,制备出具有类石墨烯结构的二维碳化晶体Ti2C.40;氢氟酸对细度为500目的Ti2 AlC进行刻蚀,0.5h后,试样的主晶相已为Ti2C二维晶体;Ti2 AlC细度为325目时,刻蚀6h后,主晶相仍为Ti2AlC相,并没有出现Ti2C.相比于10;、40;的氢氟酸,用20;氢氟酸刻蚀制备出的Ti2C具有更完备的晶体结构.结果表明,Ti2AlC的粒径大小、刻蚀时间对Ti2C的制备具有重要的影响作用.在拉曼光谱中,有相应的Ti-C键特征峰,Ti-Al键特征峰消失.发现了在高度刻蚀的MXene二维晶体的拉曼光谱中出现了C-C键特征峰.     

氧化石墨烯/二氧化硅复合材料的制备及其在吸附领域应用研究进展

近十年来,氧化石墨烯(GO)基复合材料日益引起研究者的广泛兴趣,而氧化石墨烯和二氧化硅的复合材料是其中的一个研究热点.本文介绍了氧化石墨烯/二氧化硅(GO/SiO2)复合材料的制备及其在吸附领域的应用.其制备方法包括非共价键法和共价键法,在非共价键法中,包括阳离子表面活性剂法和二氧化硅表面改性法;在共价键法中,包括形成酰胺键(-CO-NH-)、硅酯键(-COOSi-)、碳氧硅键(-C-O-Si-).吸附领域的应用包括对重金属离子、有机物的吸附.最后,我们对氧化石墨烯/二氧化硅复合材料将来的发展进行了展望.     

二维碳化物晶体V2C MXene的制备与性能研究进展

V2C MXene是新型类石墨烯二维碳化物MXene的重要成员.相对于最常见的Ti3 C2 MXene,V2CMXene更难制备,但是在某些领域,具有更好的性能.本文综述V2CMXene的制备方法、性能以及应用方面的研究进展.通过对比几种V2C的制备方法,总结出相对温和、简便且较为经济的制备高纯度V2C MXene方法.分析目前所制备的V2CMXene的结构与性能,介绍其电化学性能、催化、吸附、热稳定性、光电特性等.总结V2C MXene的应用,重点探讨V2C MXene在电化学领域的应用,并且展望其在更多领域的重要应用.     

二维晶体Ti3C2的制备及其对有机染料的吸附性能研究

采用49;的氢氟酸刻蚀Ti3AlC2成功制备了层状二维晶体Ti3C2,并研究了其作为吸附剂对有机染料罗丹明B(RhB)、亚甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、气体吸附分析仪、紫外可见分光光度计等对样品物相、晶体结构和孔隙结构及比表面积进行了表征,考察了温度和染料浓度对Ti3C2吸附效果的影响.结果表明,二维晶体Ti3C2对有机染料具有较好的吸附性能,随着温度的升高吸附速率有明显的提高;Ti3C2对RhB和MB的吸附效果随着温度的升高均有明显的提高,但对100 mg/L的MO,在25℃时吸附效果最好.45℃时,Ti3C2对浓度为50 mg/L的染料的吸附速率RhB＞ MB＞ MO.     

Ti-Cr-MCM-48分子筛的一步法制备及其吸附光催化性能研究

釆用十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,钛酸四丁酯为钛源、正硅酸乙酯为硅源,硝酸铬为金属前驱体,通过一步法制备了吸附性能优异且具有紫外-可见光催化活性的Ti-Cr-MCM-48钛硅分子筛催化剂.通过XRD、FT-IR、SEM、BET、UV-Vis等分析手段对产物进行结构表征并研究了样品对罗丹明B的吸附以及光催化性能,同时探究了钛含量对分子筛结构与性能的影响.结果表明,当钛含量为n(Ti)/n(Si)=0.25时,钛和铬分散在分子筛骨架上,样品0.25Ti-Cr-MCM-48依然具有大比表面积和介孔结构,成功解决了过渡金属掺杂而造成比表面积下降的难题.同时样品0.25Ti-Cr-MCM-48展现出了优异的吸附和催化性能,3 h内对罗丹明B的吸附、降解效率达到85;以上.而当钛含量进一步提高时,分子筛的立方相结构被破坏,孔道结构堵塞严重,比表面积急剧下降,吸附性能下降.     

KDP晶体水溶液微结构和界面吸附行为研究

本文采用分子动力学模拟方法研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体水溶液的微观分子结构以及生长基元的界面吸附行为.在分子动力学模拟中,水分子采用简单点电荷(三节点)模型,钾阳离子为带电硬球模型,磷酸二氢根离子采用七节点模型,计算了KDP水溶液的构型能,对比分析了(010)和(001)两个晶面的生长速率.研究结果发现:在饱和温度附近体系的局域粒子数密度有剧烈涨落,过饱和溶液的比热显著高于不饱和溶液的比热,表明在饱和温度以下KDP溶液经历了结晶相变过程;磷酸二氢根阴离子生长基元在(010)和(001)两个晶面生长行为的研究表明(010)面生长速率明显高于(001)面,得到了与实验和从头计算相符的结果.     

二维声子晶体理论在磁流变隔振支座中的应用

基于二维声子晶体模型,设计了周期排列的磁流变隔振支座,采用有限元方法研究其弹性波传输特性和振动能量分布.研究结果表明:隔振支座存在弹性波带隙,通过外加磁场可以调控带隙的带宽和频率位置;缺陷态结构对传输能量有局域作用.     

Thermodynamic analysis of the Gas Phase at the Dissociative Evaporation of Silicon Carbide

The thermodynamic analysis of the gas phase at the dissociative evaporation of SiC in the temperature interval (1500–3150) K is carried out. On the basis of the obtained results of the thermodynamic analysis the composition of the equilibrium gas phase above silicon carbide and the “extents of development” of reactions of silicon carbide dissociation and evaporation are determined. The thermodynamic analysis shows that the composition and the stoichiometry of the gas phase above silicon carbide strongly depend on the temperature, and this dependence it is necessary to be taken into account in the analysis of the growth processes of silicon carbide monocrystals and epitaxial layers.     

低温GaN插入层对AlGaN/GaN二维电子气特性的改善

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,在GaN生长中插入一层低温GaN,并研究了低温GaN插入层对二维电子气输运特性的影响.使用原子力显微镜(AFM)和非接触霍尔测试仪测量了材料的表面形貌和电学特性,发现低温GaN插入层可以改善材料表面平整度并使AlGaN/GaN 2DEG的电子迁移率有明显提高,GaN插入层温度为860℃的样品在室温下2DEG的电子迁移率达到2110 cm2/V·s.     

生长条件对AlGaN/GaN HEMT势垒层表面形貌及二维电子气迁移率的影响

使用金属有机化学气相沉积法生长了AlGN/GaN高电子迁移率晶体管.研究了生长压力和载气组分对AlGaN势垒层及AlGaN高电子迁移率晶体管二维电子气迁移率的影响.原子力显微镜(AFM)光谱和SEM-EDS用于表征外延层的质量.结果表明随着反应室压力从50torr提高到200torr,AlGaN势垒层的表面形貌先变好,随后开始变差.在反应室压力100torr情况下得到最好的表面形貌.同时发现在生长AlGaN势垒层时,同时适当的氢气会提高AlGaN层的质量.在反应室压力100torr、氢气组分59;时得到AlGaNHEMT的最大二维电子气迁移率为1545 cm2/V·s.     

催化剂、温度和保护气体对微硅粉合成碳化硅晶须的影响

以工业废弃物微硅粉为硅源,石墨为碳源,硼酸为催化剂,采用碳热还原法制备碳化硅晶须.通过XRD及SEM对合成产物的物相及形貌进行分析,探讨了碳源、合成温度、催化剂加入量和保护气体对合成碳化硅晶须的影响.结果表明:选择石墨为碳源可成功制备出碳化硅晶须;合成温度为1550℃和1650℃时,所制备的晶须呈直线状,表面平直光滑,而当温度为1600℃时,晶须呈竹节状;以氮气为保护气体,催化剂的含量为5; ～ 6;时,合成的晶须的产率最高,且品质好,晶须在氮气中的生长机理推测为气固机理.该合成方法为工业废弃物微硅粉的高质化利用提供了一条切实可行的路线.     

Adsorption/desorption of water on glass fiber surfaces

The interaction of water with glasses and ceramics has a profound effect on their properties. For many samples, standard analytical techniques are inappropriate or insufficiently sensitive for the detection of associated water. A thermodesorption method with an electrolytic detector is described which permits the measurement of minute quantities of water associated with such samples. Because of the sensitivity of the method, the surface water present on low specific area substrates can be measured. A simple and rapid method for obtaining water adsorption isotherms at low pressures is described. A preliminary investigation of single mode optical fibers demonstrates their substantial adsorptive capacity for water, due to the cladding used. Adsorbed water is also shown to differ on two glasses of similar bulk composition, presumably due to large differences in glass surface composition.