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2023年, 第54卷, 第10期　刊出日期：2023-10-30
  

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  • 本期中英文目录、封面
    功能材料. 2023, 54(10): 0-0.
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    • 热点·关注 (2022年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 再生碳纤维表面处理及其应用
    郭宇通, 熊娟, 李华, 戴永珍, 刘河洲, 陈玉洁
    功能材料. 2023, 54(10): 10001-10006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.001
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    再生碳纤维及其复合材料应用具有很大的环境价值和经济价值。通过制备水性聚氨酯上浆剂并对再生碳纤维进行表面处理,可以有效改善碳纤维表面润湿性,并进一步增强其与热塑性树脂的界面结合。实验结果表明,再生碳纤维经表面改性后,再生碳纤维/ABS树脂基复合材料展现出良好的拉伸强度以及弹性模量。旨在丰富再生碳纤维热塑性树脂基复合材料的相关研究,为后续再生碳纤维表面再构造及其热塑性复合材料制备提供参考依据,有望促进再生碳纤维在工业领域的应用。
  • 负载Pt纳米颗粒的掺氮碳化钼微球催化电解水析氢
    孙永利, 张佳柱, 杨晓东, 杨娜, 姜斌, 肖晓明, 澹台晓伟, 张吕鸿
    功能材料. 2023, 54(10): 10007-10013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.002
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    电解水制氢是极具发展应用前景的绿色技术,使用低成本碳材料负载贵金属作为催化剂基底,是减小析氢催化剂贵金属负载量和优化其性能的有效手段。采用配位聚合法,通过调控pH得到了由纳米片自组装形成的具有高比表面积的前驱体微球,再通过离子交换和高温焙烧将Pt纳米颗粒均匀负载在氮掺杂碳化钼表面,制备出了Pt/N-Mo2C NFs。因Pt纳米颗粒具有多层级结构的N-Mo2C上的高度分散以及Pt与N-Mo2C基底之间的协同作用,它展现出十分优异的析氢性能。Pt/N-Mo2C NFs拥有较低的过电位(44 mV/η10和137 mV/η100),和Tafel斜率为46.2 mV/dec,同时具有良好的稳定性。研究结果对于设计低负载量的贵金属催化剂具有一定的借鉴意义。
  • 双金属镍钴氢氧化物的制备及其电化学性能研究
    阳昌英, 宋方祥, 陈前林
    功能材料. 2023, 54(10): 10014-10020. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.003
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    层状双氢氧化物(LDHs)由于丰富的金属活性中心、较高的比电容和能量密度,是理想的赝电容电极材料。以ZIF-67前体作为钴源,使用溶剂热法成功制备了NiCo-LDH纳米片。在溶剂热过程中,Ni2+和Co2+进行阳离子交换构建的纳米片不仅可以促进电子迁移,还可以暴露更多的活性位点,有利于电解质离子的快速转移及法拉第反应速率。此外,通过调控镍源添加量改善其电化学性能。优化的NiCo-LDH-(1∶2)具有快速的离子传输能力和出色的倍率性能,在电流密度为1 A/g时,获得了1 356.8 F/g的高比电容,30 A/g时,比电容保持率为68.7%。组装的非对称储能器件在功率密度为750 W/kg时,表现出34.31 Wh/kg的高能量密度。
  • Ti-Al共掺杂Si薄膜的光电性能增强机理研究
    陈玉杰, 杨洪旺, 林宇蓓, 邝向军, 温才
    功能材料. 2023, 54(10): 10021-10029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.004
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    Ti超掺杂Si(Si:Ti)薄膜是通过脉冲激光的非平衡作用,在Si中掺入超固溶度3个数量级以上的高浓度Ti杂质形成。它摆脱了Si禁带宽度的限制,具有优异的亚带隙近红外(λ=1 100～2 500 nm)光吸收性能。通过真空电子束蒸发结合紫外纳秒激光熔融的方式,制备了Ti-Al共掺杂Si(Si:(Ti-Al))薄膜,以进一步提高薄膜的亚带隙近红外光吸收性能,更好地满足近红外器件的需求。研究结果表明,Si:(Ti-Al)薄膜的薄层电阻,由本征单晶Si衬底的104 Ω/square量级降低至102 Ω/square量级,与Si:Ti薄膜一致。但是,Si:(Ti-Al)薄膜在亚带隙近红外波段的吸光度,较本征单晶Si衬底平均提高了7倍,最大提高了一个数量级(λ=1 800 nm处);较Si:Ti薄膜平均提高了33%,最大提高了57.2%(λ=1 200 nm处)。表面形貌分析表明,Si:(Ti-Al)薄膜的二次激光加工降低了表面光反射。薄膜成分分析表明,Si:(Ti-Al)薄膜中存在TiSi2和AlTi。TiSi2的存在表明,Ti杂质被激活后与Si原子键合。AlTi的存在并结合能带结构分析表明,Si:(Ti-Al)薄膜中通过改变Al补偿杂质浓度,调节费米能级位置,从而增强了亚带隙近红外光吸收性能。
  • 硅丙烯酸树脂/CeO2涂层的一步电合成制备及其防护性能研究
    刘春阳, 杨雨萌, 蔡思婷, 蒋馨怡, 应钧亿, 朱本峰, 卫国英
    功能材料. 2023, 54(10): 10030-10038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.005
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    为提高低碳钢的防护性能,采用一步电合成法在低碳钢上制备了硅丙烯酸树脂/CeO2涂层。采用塔菲尔极化曲线、电化学阻抗谱、接触角测量仪、SEM及EDS研究了主要电合成工艺参数(沉积电压、沉积温度、沉积时间等)及不同硅单体(乙烯基三甲氧基硅烷(A171)和乙烯基二甲基乙氧基硅烷(C6H14OSi))对涂层组成、结构以及性能(疏水性、耐蚀性等)的影响。结果表明,涂层最佳制备电压为-20 V,温度为50 ℃,时间为3 h,该条件下制得的涂层表面均匀平整,含有少量凹陷,疏水性最强,接触角达到110.5°;与基体相比腐蚀电流密度降低两个数量级,达到2.052×10-7 A/cm2。选用 A171 作为硅单体制备的涂层具有更优异的防污耐蚀性能,其接触角比使用C6H14OSi作为硅单体所制备的涂层大30.3°,腐蚀电流密度也降低了约两个数量级。
    • 综述·进展
  • ZnO基材料在光催化降解有机污染物中的应用
    冯效迁, 赵艺霖, 张启俭, 赵永华, 王欢, 孟庆润
    功能材料. 2023, 54(10): 10039-10045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.006
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    有机污染物是水污染问题的重要来源,其排放前的无害化处理十分必要。光催化降解具有反应条件温和、高效、适用范围广等优点,近年来受到研究人员的广泛关注。ZnO是一种廉价、稳定、无毒的半导体材料,是较为理想的光催化剂,但禁带宽度较大、光生载流子易复合等问题限制了其应用。通过对ZnO进行合理修饰可以有效提高其光吸收范围,促进光生载流子的分离,进而有利于更多关键中间氧化物种的形成,提升其光催化效率。从修饰方法的角度出发,从元素掺杂、形成异质结和形貌设计三个方面,对近年来ZnO基光催化剂的设计及其在光催化降解有机污染物方面的应用研究成果进行全面综述。
  • 石墨烯负载金属与化合物的研究进展
    夏婷, 胡锋, 段亚楠, 李永治, 赵鑫, 朱家麒, 李瑞晗, 张羊换
    功能材料. 2023, 54(10): 10046-10057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.007
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    石墨烯是一种以碳元素为基本原子经过sp2杂化,π-π共轭而紧密堆积的单层二维蜂窝状晶格结构,具有优异的物理和化学性质,在多个领域具有优异性能而成为研究热点。因石墨烯比表面积大,可作为基体,所形成的石墨烯基复合材料是石墨烯应用领域中的一个重要研究方向,可分为负载型和增强型。本文主要综述了石墨烯负载金属(单金属、双金属和三金属)/化合物(金属氧化物、金属硫化物和金属氟化物)复合材料近几年的制备方法和应用现状。此外,通过对上述复合材料的总结,得出金属/化合物的颗粒尺寸和形状、分散程度以及石墨烯片层的堆叠等问题会影响性能的结论,并对石墨烯负载金属/化合物复合材料能够在磁性、力学、微波吸收以及导热等领域所具有的应用前景进行展望。
  • 改性二氧化锰催化剂催化氧化甲醛的进展
    宋杰, 丁红蕾, 潘卫国, 邱凯娜, 张凯, 马骏驰, 张子沂
    功能材料. 2023, 54(10): 10058-10068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.008
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    由于装饰材料的大量使用,甲醛(HCHO)成为主要的室内污染物,对环境和人体都有着巨大的危害,因此近年来HCHO的催化氧化引起了人们的极大关注。二氧化锰(MnO2)因其多种价态、较强的催化性能和热稳定性,能有效地将HCHO降解为无害的CO2和H2O。综述了MnO2的基础构成以及针对降解HCHO性能的关键结构和参数的研究进展,如晶体形态、暴露晶面、表面缺陷和与其他材料复合等。最后系统阐述了MnO2氧化HCHO的反应机理并展望了MnO2材料未来面临的挑战和研究方向,希望为综合环境应用中合理设计和制备高效MnO2材料提供帮助。
  • 高性能石墨烯电磁屏蔽材料的研究进展
    丁雪, 王建才, 叶志国, 易永利, 丁一, 陈海宏, 陈显辉, 朱翔鸥, 金佳敏
    功能材料. 2023, 54(10): 10069-10076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.009
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    近年来,电磁干扰及电磁兼容问题日益加剧,严重危害军民领域仪器、仪表等电子设备的安全运行,亟待开发出新型高性能电磁屏蔽材料。石墨烯是一种新型的二维碳纳米结构材料,具有优异的物理与化学性能,为柔性、轻薄、服役性能好的电磁屏蔽材料设计提供了新的解决方案。从电磁屏蔽的基本原理出发,介绍了电磁波屏蔽和损耗的机理及能量转化方式。进一步对石墨烯电磁屏蔽材料进行了系统地分类与归纳,综述了近年来石墨烯电磁屏蔽材料的屏蔽效能和研究进展,对石墨烯电磁屏蔽材料面临的挑战和发展前景进行了展望。
  • 纳米光催化剂改性水泥基材料的研究进展
    王天雷, 奉雨晴, 向星宇, 闫玉欣, 张磊, 荣辉
    功能材料. 2023, 54(10): 10077-10088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.010
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    纳米光催化剂具有高效率、低能耗、无/低污染,被广泛应用于以水泥基材料为主的建筑物中,展现出良好的应用前景。将光催化剂引入水泥基材料中,能够有效改善其结构密实度,优化其力学性能,赋予其降解污染物、表面自清洁等功效,从而降低水泥基材料腐蚀几率,缓解环境污染问题。总结了光催化水泥基材料不同制备方法,详细介绍了光催化剂种类对水泥基材料光催化性能的影响,讨论了当前基于纳米光催化剂水泥基材料的不足,同时展望了其未来发展方向。
    • 研究·开发
  • 表面负载Fe3O4对BT@PANI/PVDF复合材料介电性能的影响
    王海燕, 王初晗, 李澜, 尚天蓉
    功能材料. 2023, 54(10): 10089-10097. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.011
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    通过氧化沉淀法制备出钛酸钡@聚苯胺-四氧化三铁(BT@PANI-Fe3O4)核壳粒子,并以此为填料制备了聚偏氟乙烯(PVDF)介电复合材料,研究了硫酸亚铁铵(FAS)与BT@PANI核壳粒子的质量比对复合材料介电性能的影响。结果表明:在测试频率范围,复合材料的介电常数随着FAS与BT@PANI质量比的增加而增大,当FAS与BT@PANI核壳粒子的质量比为1∶1时,BT@PANI-Fe3O4/PVDF复合材料的介电常数可达14(100 Hz),与BT@PANI/PVDF(12,100 Hz)复合材料相比,介电常数得到提高,介电损耗保持在0.1左右,在高频时,BT@PANI-Fe3O4/PVDF介电损耗(0.03,104 Hz)小于BT@PANI/PVDF(0.09,104 Hz)复合材料,满足实际应用。报道的多壳层策略可以扩展到各种无机杂化物,以开发新型介电纳米复合材料。
  • Sn掺杂增强Mn-Fe-P-Si巨磁热化合物的力学性能和一级磁相变特性
    赵欣冉, 卜庆一, 邢守媛, 塔娜, 姜永静, 伊博乐, 乌仁图雅, 李瑞芳, 特古斯, 欧志强
    功能材料. 2023, 54(10): 10098-10103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.012
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    利用机械合金化和固相烧结法制备了Mn1.25Fe0.65P0.50Si0.50Snx(x=0, 0.04, 0.10, 0.20)系列化合物。利用X射线衍射仪、振动样品磁强计、台式电子显微镜、电子万能试验机分析了Sn加入后对化合物结构、磁性、磁热及力学性能的影响。结果表明,所有样品的均表现为P-62m六方相结构。随着Sn含量增加,化合物的一级磁相变特性得到显著增强,磁熵变呈增大趋势。在磁场变化为0~2 T时,在x=0, 0.04, 0.10和0.20时最大磁熵变(-ΔSM)分别为6.9, 8.0, 11.5和17.1 J/(kg·K)。同时,由于Sn的填充效应,化合物力学性能显著提高,最大抗压强度提高了近50%。
  • 不同压力下储氢合金LaNi4Ge的电子结构及弹性性质第一性原理研究
    孙丽丽, 王心蕊, 李永存, 孙振旭, 张旭昀, 王勇
    功能材料. 2023, 54(10): 10104-10110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.013
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    应用GGA-PBE广义梯度近似中的第一性原理平面波赝势方法研究储氢合金LaNi4Ge在不同压力下的晶格参数、电子性质和力学性质。结果表明,储氢合金LaNi4Ge的晶格参数随压力增大而降低,且其a轴比c轴更易被压缩。总态密度无突变,费米能级随压力的增加而减小,其硬度随压力的增大而提高。弹性性质表明材料在压力范围内是延性材料,弹性常数Cij、弹性模量E都随压强的提高而进一步上升,在一定压力范围内都保持了力学的稳定性。
  • 硫空位改性HfS2单层吸附有毒气体分子的研究
    陈国祥, 龙圆圆, 杜瑞芸, 刘迎港
    功能材料. 2023, 54(10): 10111-10116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.014
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    采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了本征HfS2单层和S空位改性后的HfS2单层(SV-HfS2)吸附有毒有害气体CH4、CO、H2S、SO2的最稳定构型、吸附能、电子结构以及气敏性能。结果表明,S空位改性使HfS2性质由间接带隙半导体变为了金属性质,而且SV-HfS2单层对气体更加的敏感。为了进一步探究其作为高性能气敏材料的可能性,对SV-HfS2单层吸附CH4、CO、H2S、SO2气体的吸附体系最稳定构型、能带结构、态密度、差分电荷密度以及电子局域函数进行了分析。研究表明,S空位改性HfS2单层是一种稳定且有效的改性手段,有助于改善基底对CH4、CO、H2S、SO2气体分子的吸附能力;SO2吸附在SV-HfS2上的吸附能(3.245 eV)和电荷转移(1.149 e)最为显著,SV-HfS2基底对SO2最敏感,有作为SO2气体高效检测材料的潜力。研究结果将有助于HfS2材料的气体传感器在有毒有害气体检测和治理方面的应用。
  • CoS2/TCN肖特基结的构筑及其光催化还原CO2性能
    何玲珑, 曾祥会, 刘勇政, 赵雷, 方伟, 何漩, 杜星, 李薇馨, 王大珩, 陈辉
    功能材料. 2023, 54(10): 10117-10124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.015
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    以三聚氰胺为主要原料,通过水热结合热聚合的方法制备了g-C3N4微米管(TCN),并以TCN作为基体材料,将二硫化钴负载在TCN管状表面构筑CoS2/TCN肖特基结。通过XRD、SEM、TEM、FLS以及光电化学工作站对所得样品进行了表征,并在无牺牲剂条件下,采用光催化活性评价系统考察了CoS2/TCN肖特基结的光催化还原CO2性能。结果表明,CoS2在TCN管状表面均匀分布,CoS2的引入增强了TCN对可见光的利用。由于CoS2费米能级电位低于TCN的费米能级电位,在基态下异质结界面附近电子由TCN向CoS2发生转移,使界面处费米能级达到平衡。此外,异质界面处的空间电势差有利于CoS2通过肖特基结快速提取TCN产生的光生电子,促进光生电荷分离。在350~780 nm光照下,试样2CSTCN的CO产率达到16.04 μmol/(g·h),与Pt/TCN产率(16.70 μmol/(g·h))相近,是TCN的5.14倍。
  • 氢氧化钙掺量对硅酸镁基胶凝材料性能的影响
    李悦, 郑星远, 林辉
    功能材料. 2023, 54(10): 10125-10130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.016
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    采用氢氧化钙(Ca(OH)2)对硅酸镁基胶凝材料中的原材料MgO进行了不同质量比例的替代,对其流动度、凝结时间和抗压强度进行了测试,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、热重分析(TG-DTG)和压汞测试(MIP)分析了影响机理。结果表明, Ca(OH)2能够显著增大硅酸镁基胶凝材料的流动度与抗压强度,缩短其凝结时间。XRD、SEM-EDS、TG、MIP测试结果说明了抗压强度提升的原因:Ca(OH)2与硅灰反应生成了C-S-H凝胶,并且促进了MgO的水化,提高硅酸镁基胶凝材料的水化程度,使其孔隙率显著降低。
  • Mg掺杂SiOx负极材料的电化学性能研究
    杨森, 郭致昂, 李发丹, 赵夷雯, 唐博, 王振慧, 邢安, 刘晓燕
    功能材料. 2023, 54(10): 10131-10135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.017
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    采用高温固相法合成Mg掺杂的锂离子电池SiOx负极材料,并探究不同Mg掺杂量对SiOx负极材料电化学性能的影响规律。结果表明,Mg掺杂量为15%(质量分数)的SiOx负极材料具有更优异的首次库伦效率和循环性能,其首次库伦效率可达84.16%,循环100圈后仍具有初始容量的56.03%。适量的Mg掺杂能够消耗SiO2相,生成电化学非活性相MgSiO3,抑制不可逆相硅酸锂和氧化锂的生成,从而提高SiOx的电化学性能。
  • 氧离子导体表面包覆对Li2MnO3正极材料性能的影响
    张龙, 李东林, 刘小九, 陆继承
    功能材料. 2023, 54(10): 10136-10142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.018
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    针对富锂锰基中Li2MnO3在循环过程中放电平台电压衰减和容量衰减的问题,采用湿化学法用氧离子导体Zr0.92Sr0.08O2对其进行包覆改性,研究结果表明,在250 mA/g电流密度下循环100次,包覆1%Zr0.92Sr0.08O2的Li2MnO3正极材料容量保持率为82.7%,并且极大地抑制了放电平台电压的衰减,而未包覆的Li2MnO3正极材料的容量保持率为44.3%,其放电平台已经消失。这些结果表明氧离子导体Zr0.92Sr0.08O2能有效地抑制Li2MnO3正极材料充放电过程中放电平台电压和容量的衰减。
  • 亚铜离子掺杂增强氯化镍高温放电性能研究
    潘志鹏, 姚斌, 王毅, 刘玲玲, 桂宇帆, 周灵平, 符立才
    功能材料. 2023, 54(10): 10143-10148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.019
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    氯化镍(NiCl2)作为一种高电位热电池正极材料,自身不佳的导电性限制了其在热电池中的应用。在本研究中,利用液相混合-低温煅烧工艺制备了亚铜离子掺杂的氯化镍(NiCl2-Cux)。其中NiCl2-Cu5具备最佳的电化学性能,与NiCl2相比,NiCl2-Cu5展现出高电压、高比能量优势,尤其是在500 mA cm-2电流密度下,NiCl2-Cu5展现出724 Wh kg-1的高比能量,相比于NiCl2约提升了82%。脉冲测试证明,NiCl2-Cu5正极材料具备更低的内阻,能够缓解放电过程中的欧姆极化,实现高比能量输出。这项工作为高性能热电池正极材料的开发提供了一种新的思路。
  • 柔性AZO/Cu/AZO/CTO薄膜的太阳阻隔及红外隐身性能的研究
    程露路, 孙可为, 尹洪峰, 袁蝴蝶, 杨春利, 魏英
    功能材料. 2023, 54(10): 10149-10154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.020
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    采用磁控溅射的方法在PET衬底上制备了AZO/Cu/AZO/CTO薄膜,系统研究了CTO(CeO2-TiO2)层厚度对AZO/Cu/AZO/CTO薄膜的微观结构、光学性能、红外发射率和导电性的影响。结果表明,随着CTO层厚度的增加,多层膜的带隙变窄,紫外阻隔率和近红外阻隔率提高,可见光透过率降低。同时,CTO层有利于降低多层膜的表面电阻和红外发射率。当CTO层厚度为34.2 nm时,多层膜的紫外阻隔率为92.0%,近红外阻隔率为46.5%,可见光透过率为62.5%,8~14 μm红外发射率为0.163,因此AZO/Cu/AZO/CTO薄膜具有光谱选择性和低的红外发射率,是一种有潜力的太阳阻隔膜和红外隐身材料。
  • 炭灰/硅烷化SiO2复合涂层的制备及其性能研究
    韩洪兴, 赵磊, 史纪村, 韩春
    功能材料. 2023, 54(10): 10155-10158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.021
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    针对混凝土结构表面多孔隙易吸水,冻融环境差的缺点,对其进行了炭灰/硅烷化SiO2表面处理,并对两种单一处理后的涂层混凝土表面性质进行了对比研究。展现了可控层的炭灰涂层和硅烷化SiO2涂层的物理性质和耐磨性的变化,以及两种单一处理时最优涂层的微观结构。结果表明:硅烷化SiO2溶液处理向基底引入了甲基,Si-CH3基团增加,粒子间作用力增强,耐磨性提高,最大接触角达到156°;炭灰溶液处理促进了混凝土表面羟基的交联,最大接触角达到142°,耐磨性虽得到了较大提高,但稍弱于硅烷化SiO2涂层的耐磨性;当炭灰涂层为4层,硅烷化SiO2涂层为3层时,整个衬底被完全覆盖,疏水效果为最优。
  • 柔性TiO2纳米棒对钙钛矿本征性能的影响研究
    于嫚, 吴盼盼, 赵肖娟
    功能材料. 2023, 54(10): 10159-10162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池经过十多年的发展,已成为光伏领域极具产业化前景的候选器件。但基于硬性基底的钙钛矿太阳能电池质量重且不易携带,柔性基底的钙钛矿太阳能电池则能很好的应用在各种便携式可穿戴电子产品上,具有较好的发展前景。采用静电纺丝法在传统的硬性基底制备柔性TiO2纳米棒,研究柔性TiO2纳米棒对钙钛矿本征性能的影响。通过缺陷评定高级显微系统、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和荧光光谱仪分别研究了柔性TiO2纳米棒对钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌、结构和光谱性能探究,结果表明基于柔性基底TiO2纳米棒的钙钛矿薄膜呈现出较好的光谱吸收和电子提取能力。这对柔性钙钛矿光伏器件的大面积推广和商业化应用具有一定的指导意义。
    • 工艺·技术
  • Al2O3气凝胶建筑保温材料的制备及性能研究
    王景, 李小朋
    功能材料. 2023, 54(10): 10163-10168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.023
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    采用常压干燥法,以环氧丙烷(PO)作为促进剂,通过调整PO与Al的摩尔比,制备出一系列Al2O3气凝胶建筑保温材料,研究了PO摩尔比对气凝胶的物相结构、微观形貌、力学性能和保温性能的影响。结果表明,Al2O3气凝胶在室温下主要由勃姆石组成,在高温下会逐渐从γ-Al2O3相向α-Al2O3相转变,而PO摩尔比的增加阻碍了相的转变。Al2O3气凝胶由片状小颗粒堆积而成,颗粒尺寸约为85~160 nm。当n(PO)∶n(Al)=5时,气凝胶骨架强度最高,三维网状多孔结构最为致密。随着PO摩尔比的增大,Al2O3气凝胶的抗压强度先增大后减小,弹性模量持续增大,导热系数先降低后增大。当n(PO)∶n(Al)=5时,气凝胶的抗压强度达到最大值42.54 MPa,弹性模量为1 454.63 MPa,导热系数最小为0.0954 W/(m·K),具有优异的保温性能。由此可见,PO的最佳摩尔比为n(PO)∶n(Al)=5。
  • 基于Zn-MOF衍生碳的超疏水吸波织物的制备及性能
    蔡央芳, 徐丽慧, 曲志强, 潘虹, 王黎明, 沈勇, 徐天阳, 王英强, 李佳垚
    功能材料. 2023, 54(10): 10169-10174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.024
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    以2-甲基咪唑和六水合硝酸锌为原料制备了具有纳米级正十二面体结构的锌金属有机骨架多孔衍生碳(Zn-MOF衍生碳)。将其与聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合整理在棉织物上制备了超疏水吸波复合功能织物。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等对制备材料和复合功能织物的形貌和结构进行表征,结果表明,Zn-MOF衍生碳具有高比表面积多孔结构,具有优异的吸波性能,最小反射损耗为-37.4 dB;当Zn-MOF衍生碳用量为3%(质量分数)时,制备的复合功能织物在8.5 GHz处,最小反射损耗可达-32.4 dB,水滴接触角为151.4°。通过微纳米粗糙结构的Zn-MOF衍生碳和低表能物质PDMS的协同作用,实现了织物优异的超疏水、吸波等多功能协同性。制备的超疏水吸波复合功能织物对常见液滴具有优异的防污性、自清洁性,为长久寿命电磁防护材料的开发提供研究基础。
  • Fe2O3/C锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究
    刘科, 钟志成
    功能材料. 2023, 54(10): 10175-10179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.025
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    以纳米Fe2O3和乙炔炭黑为原料,通过加入不同质量分数(25%,35%,45%,55%)的乙炔炭黑制备出了Fe2O3/C负极材料,研究了乙炔炭黑占比对Fe2O3/C负极材料的晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。结果表明,Fe2O3/C负极材料具有较高的结晶度,属于六方晶系结构,呈现出微球状颗粒,掺入适量的乙炔炭黑后改善了Fe2O3颗粒分布的均匀性,Fe2O3纳米颗粒被乙炔炭黑连接起来,形成了致密均匀的网格结构。以Fe2O3/C为负极材料制备了CR2025型纽扣电池,随着乙炔炭黑掺杂量的增大,Fe2O3/C负极材料的首次放电容量表现出先增大后降低的趋势,当乙炔炭黑的掺杂量为45%(质量分数)时,Fe2O3/C负极材料的首次放电容量达到最大值483.6 mAh/g。随着循环次数的增加,电池放电比容量衰减逐渐增大,放电过程中电压在0.15 V附近出现了较宽的放电平台,在达到30次充放电循环时,当乙炔炭黑的掺杂量为45%(质量分数)时,Fe2O3/C负极材料的放电比容量降低至115.6 mAh/g,保持率最高为23.91%,经过0.5,1.0,2.0和3.0 C的电流密度放电后,再将电流密度给定到0.5 C时,电池的放电容量变化较小,具有优异的倍率性能。
  • 低熔点氯盐/膨胀石墨复合材料的制备及传蓄热性能研究
    林志强, 赵钟兴, 宋金亮, 刘占军, 唐忠锋
    功能材料. 2023, 54(10): 10180-10185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以成型膨胀石墨(EG)为骨架,低熔点四元氯盐(LiNaKZn-Cl)为相变材料,采用真空浸渍法制备了低熔点氯盐/膨胀石墨(LiNaKZn-Cl/EG)相变复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)对相变复合材料的微观形貌、结晶结构和热稳定性进行了表征,利用差示扫描量热仪(DSC)对相变复合材料的熔点、熔化焓和比热容进行了测量,利用激光导热仪(LFA)进行了热扩散系数的测量。研究结果表明,LiNaKZn-Cl成功浸渍到EG内部,且EG维持了完整的孔结构。由于EG的异相成核的作用LiNaKZn-Cl/EG熔点为169.0 ℃较LiNaKZn-Cl略有下降。LiNaKZn-Cl/EG保留了EG骨架高热导率的特性,在室温下面向和法向的热导率分别为53.7和23.1 W/(m·K)。LiNaKZn-Cl/EG熔化焓为63.3 J/g,LiNaKZn-Cl在LiNaKZn-Cl/EG中高质量占比保证了相变复合材料的储热能力。制备的LiNaKZn-Cl/EG热稳定性良好,使用温度可达500 ℃,热导率较LiNaKZn-Cl有了极大的提升,可提高中温储热领域的充放热效率。
  • 小球藻藻渣TEMPO法制备纤维素纳米纤维及阳离子染料吸附研究
    张丽娜, 朱锦, 付月, 刘长斌, 王连峰
    功能材料. 2023, 54(10): 10186-10192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.027
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    纤维素是自然界最丰富的生物大分子,普遍存在于植物细胞的细胞壁中。由纤维素分解制备的纳米纤维素因其优越的特性可被用作吸附剂进行污水处理。小球藻细胞壁中纤维素含量丰富而几乎没有木质素,是制备纳米纤维的优质原料。通过TEMPO介导氧化法从小球藻藻渣中制备了羧基化纤维素纳米纤维(TCNF),其平均直径约为2 nm,长度在300 nm左右,羧基含量为1.54 mmol/g。并以亚甲基蓝(MB)为模型染料进行了TCNF的吸附研究。结果表明,TCNF对MB吸附符合伪二级吸附动力学模型,在吸附80 min后基本达到平衡;TCNF对MB的吸附受pH影响较大,pH=8时具有最大吸附量;TCNF对MB的吸附量随MB浓度升高呈线性增加,当浓度高于10 mg/L后吸附趋于饱和;吸附等温线分析发现TCNF对MB的吸附符合Langmuir模型,表明TCNF表面均匀,表面不同位置的吸附能变化不大,为单层吸附。总之,利用小球藻藻渣制备TCNF进行工业废水中阳离子染料的去除,是一种简单且很有前途的的方案。
  • CoFe2O4/生物质碳复合材料的制备与吸波性能
    程沐森, 谢文瀚, 耿浩然, 董丽杰
    功能材料. 2023, 54(10): 10193-10199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.028
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    采用一锅水热法及高温煅烧法制备了CoFe2O4/生物质碳复合材料。从材料微观形貌、晶体结构和电磁参数表征说明,CoFe2O4能够均匀分散在碳基材料中,CoFe2O4的存在有利于生物质在碳化过程产生缺陷极化,这有利于增强材料的吸波性能。通过调节CoFe2O4的含量,实现对复合材料电磁参数的有效调控,进而优化其阻抗匹配性能。实验结果表明,CoFe2O4/C-3.0复合材料在2.0 mm下获得最小反射损耗(Reflection loss RL)值为-48.0 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth EAB)为5.5 GHz。
  • 高强度聚丙烯纤维泡沫混凝土的制备及抗蚀性能分析
    任大鹏
    功能材料. 2023, 54(10): 10200-10206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以P.O 42.5普通硅酸盐水泥和十二烷基硫酸钠发泡剂为基体材料,聚丙烯纤维为掺杂相,制备了不同纤维掺杂量的泡沫混凝土,研究了聚丙烯纤维掺杂量对泡沫混凝土力学性能、收缩性能、导热性能和抗蚀性能的影响。结果表明,适量聚丙烯纤维的掺杂改善了泡沫混凝土的气孔均匀性,使气孔尺寸变小,连通孔和大孔数量减少,纤维穿插于混凝土水化产物之间,与浆体结合紧密。适量聚丙烯纤维的掺杂有效抑制了泡沫混凝土的开裂和收缩,提升了其导热性能和抗蚀性能。随着聚丙烯纤维掺杂量的增加,泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均先增大后减小,吸水率、收缩率、导热系数和氯离子迁移系数则先降低后升高。养护28 d龄期下,当聚丙烯纤维的掺杂量为0.9%(质量分数)时,泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度达到最大值,分别为4.49,1.53和1.03 MPa;吸水率、收缩率、导热系数和氯离子迁移系数达到最低值,分别为0.2841%,1.121%,0.103 W/(m·K)和8.1×10-12 m2/s。综合可知,聚丙烯纤维的最佳掺杂量为0.9%(质量分数)。
  • (001)/(101)晶面暴露TiO2光催化氧化甘油制备甲酸研究
    侯浩强, 杨峥, 徐俪菲, 马春慧, 李伟, 罗沙, 刘守新
    功能材料. 2023, 54(10): 10207-10215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.030
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    采用水热法制备了(001)/(101)晶面暴露的TiO2催化剂,对其光催化氧化甘油制备甲酸性能进行了研究。利用SEM、TEM、XRD、XPS、EPR、Raman、UV-vis DRS和PL对TiO2的结构和光学性能进行表征。结果表明,以钛酸异丙酯为Ti源,以氢氟酸为形貌控制剂,通过水热法合成的TiO2暴露出(001)晶面。氢氟酸加入量为2 mL的样品(TiO2-2F)同时暴露锐钛矿(001)和(101)晶面,表现出最高的催化活性和选择性。紫外光照射4 h,TiO2-2F催化剂上甘油转化率为49.0%,甲酸选择性为55.6%。界面接触的(001)和(101)晶面形成表面异质结,抑制光生载流子的复合,提高甘油光催化氧化活性。(001)晶面的氧空位和配位不饱和O2c-Ti5c-O2c键合方式使甘油及其中间产物深度氧化,提高甲酸选择性。机理分析表明,·OH和·O-2是甘油选择性氧化制备甲酸的关键活性物种。
  • 喹诺酮配合物材料的制备及其抗菌性能研究
    夏姣云, 李潇潇, 徐彤, 杨灿
    功能材料. 2023, 54(10): 10216-10223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.031
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    以环丙沙星、5-甲基-2-(2′-吡啶基)苯并咪唑为原料合成喹诺酮类配合物[Cu(SF)(HPBM)](NO3)2·(H2O)1.5,(SF=环丙沙星,HPBM=5-甲基-2-(2′-吡啶基)苯并咪唑),通过红外、紫外、元素、质谱分析对配合物进行表征。由MTT检测法、平板涂布法、滤纸片法测试了配合物及配体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能,验证了配合物SF-Cu-HPBM的抗菌性能是大于配体的,并且通过紫外、DNA-EB体系与荧光光谱分析,研究了配合物与小牛胸腺DNA的相互作用。结果表明,配合物都是以经典插入模式与DNA结合。探究配合物与牛血清白蛋白(BSA)作用机制,发现配合物与BSA的结合常数为2.36×105 M-1,明显高出第一配体环丙沙星与BSA的结合常数3.85×103 M-1,实验数据表明配合物与BSA更易结合。
  • 镍-二氧化钛复合镀层的制备及耐腐蚀性研究
    田雅琴, 刘文涛, 胡梦辉, 侯寅智
    功能材料. 2023, 54(10): 10224-10230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为提高镍基复合材料的耐腐蚀性能。使用超声波震荡,使镀液中充分分散纳米TiO2颗粒,利用直流稳压电源和恒温加热磁力搅拌器在液体硅胶上制备Ni-TiO2复合镀层,通过改变二氧化钛含量调节复合材料的性能,采用冷场发射扫描电子显微镜、型X射线光电子能谱 (XPS)、X射线衍射仪和电化学工作室检测Ni-TiO2复合镀层的表面形貌、元素组成、晶粒尺寸和耐腐蚀性。在液体硅胶上做导电预处理的前提下,成功制备Ni-TiO2复合镀层,在不同TiO2含量下检测的Ni-TiO2复合材料的腐蚀性能,得到最优配比。纳米TiO2颗粒加入可以有效地提高镍基复合材料的耐腐蚀性能,并可细化晶粒,使得镀层更加紧密,提高材料的耐腐蚀性能。与单独的镍基镀层相比,Ni-TiO2复合材料的耐腐蚀性能可提高52.7%。
  • 改性介孔TiO2光催化材料的制备及其光催化降解污水的研究
    白春英, 萨仁图雅
    功能材料. 2023, 54(10): 10231-10236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以钛酸丁酯为钛源,Ag为添加相,基于溶胶-凝胶法制备了介孔TiO2光催化材料,研究了不同摩尔分数Ag掺杂对介孔TiO2的光催化性能、微观形貌和吸光性能的影响。结果表明,制备出的介孔TiO2具有空心球状的外观,颗粒尺寸在45~70 nm之间,球状颗粒分散程度均匀,Ag的掺杂没有改变介孔TiO2的空心球结构,均属于锐钛矿相。随着Ag掺杂摩尔分数的增大,TiO2锐钛矿结构向金红石相转变的温度降低,加速了TiO2的相变过程,且介孔TiO2的禁带宽度减小,光谱响应范围扩大,光子电子-空穴对的复合概率降低。在325 nm的激发光照射下,当Ag掺杂摩尔分数为5%时,介孔TiO2的吸收边在439 nm处,对应的禁带宽度最小为2.82 eV,其光致发光强度达到最低。在180 min内,当Ag掺杂摩尔分数为5%时,介孔TiO2对RhB的降解率达到最大值98.76%,相比纯TiO2的降解率提高了65.1%。由此可知,Ag掺杂的最佳摩尔分数为5%。
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