湿化学法制备的KTiOPO4@SiO2玻璃陶瓷纳米结构和透明性

用湿化学法合成了25KTiOPO₄-75SiO₂透明纳米玻璃陶瓷。采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和二次谐波发生对玻璃陶瓷物相及纳米结构进行了分析。透明凝胶块经过热处理后,从SiO₂基玻璃中析出了粒径为~30 nm的KTiOPO₄纳米晶体,形成了透明KTiOPO₄@SiO₂纳米玻璃陶瓷;凝胶粒子的烧结致密化消除了大量不规则介孔,但形成了少量30 nm的球状孔;这种相对致密的玻璃陶瓷在可见光波段的光学透射率为64%左右。根据纳米结构数据,利用瑞利散射模型分析了纳米结构对玻璃陶瓷透明性的影响,结果表明,KTiOPO₄晶体与SiO₂玻璃相折射率之差是降低致密纳米玻璃陶瓷透明性的主要因素。     

湿化学法合成纳米ZrB2粉末

本文利用ZrO2-B2O3-C体系中碳热还原的基本原理,分别使用正丙醇锆(Zr(OC3H7)4)、硼酸(H3BO3)和蔗糖(C12H22O11)为原料,采用溶胶-凝胶法合成了ZrB2纳米粉末。在实验设计过程中,首先使用化学修饰剂乙酰丙酮(acac)修饰Zr(OC3H7)4,目的是防止Zr(OC3H7)4的快速水解;其次,选用蔗糖作为碳源,是考虑到蔗糖热解时可以完全分解为碳,这样可以准确计算热解过程碳的生成量。结果表明:当起始原料nB/nZr=2.3、热解温度为1550℃时,通过溶胶-凝胶法可以成功合成单相ZrB2纳米粉末。分布均匀的颗粒形貌呈等轴状,平均尺寸约50 nm。     

含氟CaO-P2O5-SiO2-Na2O-B2O3玻璃陶瓷的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备CaO-P₂O₅-SiO₂-Na₂O-B₂O₃体系前驱体粉末,用CaF₂替代部分CaO再次制备前驱体粉末。 通过TG-DSC分析确定结晶温度为865 ℃,经过热处理获得主晶相为Na₆Ca₃Si₆O₁₈的玻璃陶瓷。 通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段及体外生物活性实验分析玻璃陶瓷的显微结构及性能。 结果表明,CaF₂的加入能提高玻璃陶瓷的体积密度、抗折强度和弹性模量,并且不会破坏玻璃陶瓷的生物活性。     

柠檬酸络合法制备La2CuO4纳米晶

以硝酸镧和硝酸铜为起始原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了La₂CuO₄纳米晶。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究了柠檬酸的加入量对La₂CuO₄纳米粉体相组成、显微结构的影响,并采用Kissinger方法研究了La₂CuO₄纳米晶的合成活化能。结果表明：600 ℃煅烧保温2 h后,可获得单一物相的La₂CuO₄,晶粒为类钙钛矿型结构,晶粒尺寸为60~80 nm,分布集中;在制备过程中提高柠檬酸的加入量能够降低La₂CuO₄晶体的合成活化能,当柠檬酸与溶液中阳离子(La³⁺和Cu²⁺)的物质的量的比由1∶1增加至1.5∶1时,La₂CuO₄纳米晶的合成活化能由147.0 kJ·mol^-1降低到133.4 kJ·mol^-1。     

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。     

CuO-SiO2和Cu2O-SiO2薄膜的制备及其光学性能

以CuSO₄·5H₂O和正硅酸乙酯为前驱体,配制了稳定透明的Cu²⁺-SiO₂复合溶胶电解液。采用电化学-溶胶凝胶方法,在恒电位-0.9 V下得到Cu-SiO₂复合膜,该复合薄膜分别在250和450℃的热处理后得到Cu₂O-SiO₂和CuO-SiO₂复合薄膜。采用XRD、SEM/EDX和台阶仪表征了复合薄膜的组成、形貌和厚度;采用紫外-可见光谱和Z扫描技术研究了复合薄膜的线性和三阶非线性光学性能。结果表明Cu₂O-SiO₂和CuO-SiO₂复合薄膜中的Cu含量、Cu的形态（如Cu₂O、CuO）及Cu₂O或CuO颗粒大小影响薄膜的光学带隙和三阶非线性光学性能,2种薄膜的光学带隙分别是2.67和2.54 eV,三阶非线性极化率χ^（3）分别为2.31×10^-6和1.36×10^-6 esu。     

PbF2·SiO2基玻璃陶瓷的溶胶-凝胶制备及结构转变研究

采用溶胶-凝胶法制备了PbF2·SiO2纳米晶玻璃陶瓷块体;利用TG-DSC和IR技术分析了干凝胶在热处理过程中有机基团的分解及内部原子键合方式的演变;结合XRD和TEM研究了凝胶玻璃中PbF2纳米晶粒的长大过程,并分析了Er3+掺杂的影响.结果表明,采用此方法制备的PbF2.SiO2纳米晶粒玻璃陶瓷具有较好的成形性,晶化温度在320℃左右;经480℃热处理,镶嵌在玻璃基体中的PbF2晶粒尺度约为10-25nm,材料透明性良好.在PbF2·SiO2系统中掺入少量的Er3+,将提高PbF2的晶化温度,降低玻璃陶瓷的显微硬度;掺杂可能对PbF2晶粒表面原子的活性起抑制作用,阻碍晶粒的表面迁移,使晶粒的生长速度明显降低.     

钼掺杂Li3V2（PO4）3/C正极材料的制备及其电化学性能研究

以Li2CO3、NH4H2PO4、V2O5和MoO3为原料,柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备了锂离子正极材料Li3MoxV2-x(PO4)3/C(x=0.01,0.02,0.03).X射线衍射(XRD)表明,合成的材料具有单一的单斜晶系结构,空间群为P21/n.扫描电镜(SEM)显示Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C具有均一的表面形貌.恒流充放电测试表明,当x=0.02时,掺杂后的Li3Mo0.02V1.98(PO4)3具有最佳的电化学性能.在1C倍率下,3.0～4.3 V电位区间,Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C的首次放电比容量达到122.3 mAh.g-1,循环50周之后,容量没有衰减的迹象;而当x=0、0.01和0.03时,首次放电比容量仅分别为117.1、115.1和116.0 mAh.g-1.在3C和5C倍率下,样品Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C仍能保持优异的循环稳定性.     

PbF_2·SiO_2基玻璃陶瓷的溶胶-凝胶法制备及结构转变研究

采用溶胶-凝胶法制备了 PbF2?SiO2纳米晶玻璃陶瓷块体;利用 TG-DSC 和 IR 技术分析了干凝胶在热处理过程中有机基团的分解及内部原子键合方式的演变;结合 XRD 和 TEM 研究了凝胶玻璃中 PbF2纳米晶粒的长大过程,并分析了 Er3+掺杂的影响。结果表明,采用此方法制备的 PbF2?SiO2纳米晶玻璃陶瓷具有较好的成形性,晶化温度在 320℃左右;经 480℃热处理,镶嵌在玻璃基体中的 PbF2晶粒尺度约为 10～25nm,材料透明性良好。在 PbF2?SiO2系统中掺入少量的 Er3+,将提高 PbF2的晶化温度,降低玻璃陶瓷的显微硬度;掺杂可能对 PbF2晶粒表面原子的活性起抑制作用,阻碍晶粒的表面迁移,使晶粒的生长速度明显降低。     

SiO2纳米粒子对溶胶凝胶涂层性能的影响

在高强钢表面制备了防护性溶胶凝胶涂层,并研究了不同浓度二氧化硅纳米粒子的加入对于涂层形貌、耐蚀性和硬度的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)观察了涂层的微观结构和成分;采用显微硬度计测试了涂层的硬度;采用电化学方法研究了二氧化硅纳米粒子的浓度对于涂层耐蚀性能的影响;采用傅里叶红外光谱研究涂层的化学结构,进而探讨了二氧化硅纳米粒子对于涂层的强化机理。结果显示涂层加入二氧化硅纳米粒子的最佳浓度为500 mg.L-1,此条件下的涂层表面均匀致密,有较高的硬度并且在3.5%NaCl溶液中体现出较好的耐蚀作用。纳米粒子在溶胶中反应形成活性羟基基团并与硅烷发生反应生成空间网状结构,从而强化涂层。     

Mn-Na2WO4/SiO2催化剂表面活性中心结构的DFT研究

Mn Na2WO4/SiO2 is one of the best catalysts for oxidative coupling of methane.To investigate the nature of active centers and the reaction mechanism,the structure of possible metal sites formed by tungsten and manganese over the silica surface were studied using molecular simulation method and ab initio DFT calculations.Silica support exists in the catalyst as 岐瞔ristobalite and its (111) face exposes preferentially to the surface.The calculated results show that tungsten interacts with the silica surface by three or one bridge oxygen atoms to form tetrahedral [WO4],and manganese interacts with single bridge oxygen to form dispersed [MnO4] or exists as oxide clusters.The nature of the molecular orbitals and the electronic structure suggest that the tetrahedral [WO4] site with single bridge oxygen is the most probable active center responsible for methane activation.     

Kinetic analysis of the thermal stability of lithium silicates (Li4SiO4 and Li2SiO3)

The kinetics describing the thermal decomposition of Li₄SiO₄ and Li₂SiO₃ have been analysed. While Li₄SiO₄ decomposed on Li₂SiO₃ by lithium sublimation, Li₂SiO₃ was highly stable at the temperatures studied. Li₄SiO₄ began to decompose between 900 and 1000 °C. However, at 1100 °C or higher temperatures, Li₄SiO₄ melted, and the kinetic data of its decomposition varied. The activation energy of both processes was estimated according to the Arrhenius kinetic theory. The energy values obtained were −408 and −250 kJ mol⁻¹ for the solid and liquid phases, respectively. At the same time, the Li₄SiO₄ decomposition process was described mathematically as a function of a diffusion-controlled reaction into a spherical system. The activation energy for this process was estimated to be −331 kJ mol⁻¹. On the other hand, Li₂SiO₃ was not decomposed at high temperatures, but it presented a very high preferential orientation after the heat treatments.     

明胶/PEG制备多孔块状SiO2载体及葡萄糖淀粉酶的固定

本文通过溶胶-凝胶法，以正硅酸乙酯、聚乙二醇和明胶为主要原料，制得了孔径约为20 nm的生物酶载体用多孔SiO₂块状材料，并着重研究了热处理温度对多孔SiO₂载体的结构和酶活力的影响。明胶的加入能有效地防止SiO₂表面羟基在烧结过程中的失活现象，提高了多孔材料的吸附能力。制备过程中未加入明胶样品(G0)的酶吸附量和初始酶活力回收率的最高值分别为90 mg·g^-1和11%；加入质量分数为15%明胶的样品(G15)的酶吸附量和初始酶活力回收率分别提高到115 mg·g^-1和38%以上。经过5次重复使用后，G15载酶块体所显示的酶活力还高于G0载酶块体的初始酶活力。600 ℃热处理后所制得的G15样品表现出较好的综合性能，此类多孔块体材料便于酶的回收、保存和再利用。     

低温下溶胶凝胶法制备TiO2纳米晶

从含过量水的溶胶出发,在室温下得到了TiO₂纳米晶。通过红外光谱,透射电子显微镜法和X射线粉末衍射法对含有过量水的溶胶体系中TiO₂纳米晶的室温形成机理进行了研究。与传统的溶胶凝胶法相比,在改良的溶胶凝胶体系中,在缩聚反应之前由于水过量使得钛的先驱体快速且充分的水解,从而生成[TiO₆]基团,随之形成TiO₂纳米晶。晶粒的尺寸为约3.5 nm,该法得到的TiO₂纳米晶比传统溶胶凝胶法得到的TiO₂纳米晶和商用光催化剂德固赛P25具有更好的光催化活性。     

MgAl2O4尖晶石对锂离子电池正极材料LiMn2O4的循环性能影响研究

MgAl₂O₄ spinel doping into cathode materials LiMn₂O₄ was used to improve the cyclic performance of the cathode. X-ray analysis results showed, when MgAl₂O₄ precursors were mixed with LiMn₂O₄ and sintered at 770 ℃ for 12 hour, MgAl₂O₄-LiMn₂O₄ mulriple spinel with the same physical characteristics as pure LiMn₂O₄ were synthesized. The electro-chemical performance testing showed, comparing with pure LiMn₂O₄, the first charge-discharge capacity of doping materials somewhat reduced, but the cyclic performance improved. The mechanism for doping material was also discussed.     

静电自组装制备纳米TiO2/SiO2光催化材料

采用静电自组装方法制备了纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂对SiO2进行干法改性,采用双氧水/冰醋酸将偶联剂巯基基团氧化为磺酸基基团。在正负电荷的吸引下,带负电荷的SiO2与带正电荷的钛聚合阳离子自发地组装在一起,经一定温度热处理得到纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用XRD、FTIR、PL、UV-Vis DRS、SEM和ICP等对材料进行了分析和表征。采用甲基橙溶液评价材料的光催化性能。结果表明:SiO2促使锐钛矿的形成,抑制锐钛矿向金红石的转变,减小TiO2的晶粒尺寸,使得TiO2光吸收波长发生蓝移。TiO2与SiO2通过Si-O-Ti键发生结合。采用静电自组装方法制备的材料中TiO2的含量高于传统方法,导致材料的光催化性能有所提高。     

WS2/CuGa2O4复合材料的制备及其气敏性

采用共沉淀法制备了CuGa₂O₄纳米材料,并利用水热法制备了一系列WS₂/CuGa₂O₄复合材料。结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对制备的材料进行了物相组成、表面形貌以及元素价态的分析。研究了WS₂的复合量对 CuGa₂O₄材料检测乙醇气体敏感性能的影响。实验结果表明,当 WS₂与 CuGa₂O₄质量比为 1%时,该复合材料制备的传感器在室温下对 100 μL·L^-1乙醇气体表现出 345.3 的灵敏度,响应时间和恢复时间分别为 184 和 69 s,且最低检测限为 0.1μL·L^-1。     

WS2/CuGa2O4复合材料的制备及其气敏性

采用共沉淀法制备了CuGa₂O₄纳米材料,并利用水热法制备了一系列WS₂/CuGa₂O₄复合材料。结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对制备的材料进行了物相组成、表面形貌以及元素价态的分析。研究了WS₂的复合量对CuGa₂O₄材料检测乙醇气体敏感性能的影响。实验结果表明,当WS₂与CuGa₂O₄质量比为1%时,该复合材料制备的传感器在室温下对100μL·L^-1乙醇气体表现出345.3的灵敏度,响应时间和恢复时间分别为184和69 s,且最低检测限为0.1μL·L^-1。     

大尺寸TiO2/SiO2大孔材料的制备及光降解性能

先以三维骨架聚合物为整体型模板,利用硅酸酯原位溶胶-凝胶过程并结合高温烧结的方法制备出大尺寸大孔径的SiO2载体,然后通过钛酸丁酯溶液浸渍、原位水解、煅烧制备出大尺寸的TiO2/SiO2大孔材料并用SEM、TEM、FTIR、XRD和XPS对其表征,结果表明SiO2载体具有三维连续的超薄层,TiO2以纳米薄层方式均匀地沉积在SiO2的三维超薄层上,形成TiO2/SiO2/TiO2三层夹心结构,层与层界面存在Si-O-Ti键,同时复合结构提高了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变温度.以甲基橙为目标降解物考察不同条件下制备的复合材料的光催化活性,采用复合材料吸入甲基橙溶液的方式,并借助甲醇萃取手段研究光降解动力学过程.结果表明,该复合材料具有较好的光降解催化活性,当焙烧温度为600℃和TiO2的负载量为54.5wt%时,其活性最大且降解速率常数达到1.78 h-1.