功能材料

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功能材料. 2025, 56(1): 0-0.

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Pb_0.9Sr_0.1(Zr_0.5Ti_0.5)_(1-x)Ce_xO₃陶瓷制备及介电、铁电性能研究

张涛, 王开平, 吴利娜, 杨龙海, 杨静, 李敏, 李明昌

功能材料. 2025, 56(1): 1001-1006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.001

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采用固相烧结法成功制备了Pb_0.9Sr_0.1(Zr_0.5Ti_0.5)_(1-x)Ce_xO₃ (x=0.05~0.20)(PSCZT)陶瓷,研究了不同烧结温度与不同Ce掺杂含量对PSCZT陶瓷结构、介电、铁电性能的影响。结果表明,当烧结温度为1 100 ℃,Ce掺杂含量为0.05时,获得了具有较高剩余极化(11.66 μC/cm²)和较小矫顽场(17.95 kV/cm)的钙钛矿结构的致密陶瓷,此时PSCZT陶瓷的介电常数由未掺杂PZT陶瓷的518增大到912。正电子湮没测试研究表明,PZT及Ce掺杂含量为0.10时(烧结温度为1 100 ℃)的PSCZT陶瓷样品的正电子湮没平均寿命为178.75和179.67 ps,Sr、Ce掺入使得PZT样品缺陷捕获正电子几率减小,正电子湮没平均寿命变大。Sr、Ce共掺的PZT中B位缺陷浓度降低,畴壁数量相应减少,使得畴壁更加容易移动,从而提高了PZT陶瓷的极化强度,提高了PZT陶瓷的铁电性能。

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基于Brij复配乳化剂的硬脂酸乳液制备及性能

余昱欣, 莫松平, 陈瑜芬, 贾莉斯, 陈颖

功能材料. 2025, 56(1): 1007-1015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.002

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开发用于热能存储与传输的硬脂酸相变乳液,选取非离子表面活性剂Brijs分别与阳离子表面活性剂CTAB、阴离子表面活性剂SDS和SDBS、非离子表面活性剂Tween 40和Tween 60等3种类型的表面活性剂进行复配,通过相反转乳化法制备了硬脂酸相变纳米乳液。经过优化制备工艺参数,成功制备了平均液滴尺寸小于100 nm、分散相含量最高达30 %(质量分数)的稳定纳米乳液。纳米乳液具有较高的相变潜热,且在长时间贮存和100次冻融循环条件下表现出良好的流动性和稳定性。

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铁锰氧化物-生物炭复合材料制备及Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)吸附性能评价

赵博, 李海华, 陈岩, 杨小丽, 孙立祥, 张平选, 石成龙, 肖江, 陈光才

功能材料. 2025, 56(1): 1016-1027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.003

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环境水体中的重金属污染对生态环境和人类健康造成严重威胁,研发对重金属具有高效吸附性的复合材料具有重要意义。本研究以骨粉与不同摩尔比的Fe(NO₃)₃和KMnO₄(4∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶4)为原料,利用溶液浸渍联合高温裂解法制备铁锰氧化物修饰的生物炭复合材料(FM-BCs);探究原料组成对复合材料组成、结构和表面性质和对水溶液中Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)吸附能力的影响以及潜在的吸附机制。结果表明:铁锰氧化物修饰可改变材料的孔结构,且在生物炭表面引入Fe-O和Mn-O特征官能团;制备原料中KMnO₄和Fe(NO₃)₃的摩尔比对合成的铁锰氧化物-骨炭复合材料对水溶液中Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附能力影响较大,其中在Fe(NO₃)₃和KMnO₄的摩尔比为1∶4条件下制备的复合材料(F₁M₄-BC)对重金属的吸附能力最优;通过吸附动力学和吸附等温线研究,表明FM-BCs对水溶液中的Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附过程均是单层吸附和化学吸附,且Langmuir模型拟合结果显示F₁M₄-BC对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的饱和吸附量分别达到192.73 和427.00 mg/g。该研究结果为高效去除水中重金属污染物的环境修复材料的研发提供基础科学依据。

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板状NiCo₂O₄纳米线的制备及其超级电容器性能研究

徐春雨, 徐华蕊, 朱归胜, 张秀云, 王超莹, 姜雅娟, 黄涛, 任世杰, 赵昀云

功能材料. 2025, 56(1): 1028-1034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.004

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NiCo₂O₄因理论比电容高、成本低、资源丰富,是超级电容器理想的电极材料。以甘蔗渣为生物质模版,通过水热法在其上生长镍钴基前驱体,并退火去除模版同时得到了3维板状NiCo₂O₄纳米线(P-NiCo₂O₄ NWs),工艺简单、高效且具有成本效益。得益于其结构优势,P-NiCo₂O₄ NWs电极具有良好的电化学性能,在1 A/g电流密度下具备1 082 F/g高比电容,且在20 A/g时比电容保持率为85.0%,表现出优异的倍率性能。组装的混合超级电容器在800.2 W/kg功率密度下可达到42.7 Wh/kg的高能量密度,且在5 A/g的电流密度下进行5 000次循环测试,其比电容保持率达到了91.4%。这些出色的结果表明,采用生物质模版法制备的P-NiCo₂O₄ NWs电极在高性能储能装置中具有广泛的应用前景。

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反向平均电流密度对双脉冲电沉积镍镀层结构和性能的影响

任鑫, 孙涛, 王港, 吴双全, 霍欢, 王浩雨

功能材料. 2025, 56(1): 1035-1040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.005

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双脉冲电沉积技术在金属基体材料表面制备镀覆层,能够有效提高其表面硬度、耐磨、耐蚀等性能,其中工艺参数对镀层的结构和性能有着重要影响。利用双向脉冲电镀工艺制备镀层,研究了反向平均电流密度对镀镍层表面形貌、物相结构、镀速和硬度、耐磨和耐蚀性能的影响。结果表明:在适宜范围内,随着反向平均电流密度的增大,镀镍层微观表面的洁净度呈现先升高后降低的趋势,镀镍层的沉积速率表现为递减趋势。镀镍层的表面硬度先升高后降低,镀镍层磨损失重比表现为先减小后上升的趋势。随着反向平均电流密度的增大,优化镍晶择优生长取向,促进镀镍层晶粒细化。当反向平均电流密度为-1.4 A/dm²时,显微硬度达到了最大值525.8HV_0.1,磨损失重比为最小值9.208%。反向平均电流密度为-1.4 A/dm²时,镀层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的自腐蚀电流密度降低了一个数量级(5.732×10^-6A/cm²),具有最高的自腐蚀电位(-0.173 V),电荷转移电阻为最大,表现出最好的耐蚀性。

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阻尼硅橡胶的研究进展

阎峻, 王小文, 余艳, 邱皓妍, 胡欣粤, 章日超

功能材料. 2025, 56(1): 1041-1049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.006

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随着集成化、小型化高性能设备的广泛使用,这些设备在运行过程中产生的强烈振动和剧烈噪声,给人类带来了一系列的环境和健康问题。利用阻尼材料将设备振动时产生的部分动能转化为热能或其它形式的能量耗散掉是有效解决振动和噪声问题的方法。硅橡胶材料具有优异的粘弹性,其主链Si-O键能较大,在较宽的温度范围内(-50 ~200 ℃)拥有稳定且可靠的力学性能,常作为减振降噪材料应用于航空航天、医疗设备、汽车轻工、电子电器等领域。然而,硅橡胶的高阻尼温域通常在其玻璃化转变温度(T_g, -120 ~-70 ℃)附近,常温和高温下的阻尼性能相对较差,有效阻尼温域较窄,难以适用实际工作需求。因此,需要对硅橡胶进行改性来增强和提高阻尼性能以拓宽其有效阻尼温域。综述了阻尼硅橡胶的研究进展。

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凝胶基柔性离子热电材料研究进展

刘凯阳, 李国显, 胡永鹏, 孟垂舟, 郭士杰

功能材料. 2025, 56(1): 1050-1063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.007

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近年来,具有超高离子塞贝克系数的离子热电器件(ionic thermoelectric, iTE)受到广泛关注。与电子型热电器件不同,iTE以离子作为电荷载体,其中离子导电凝胶因其出色的TE特性和柔性可拉伸性,展现出巨大的发展潜力。综述了凝胶基iTE材料的研究现状。通过考察iTE的两种主要的工作机理,即离子扩散效应和温差电池效应,对影响凝胶基iTE材料热电性能的因素进行了深入分析。介绍了目前凝胶基离子热电材料的性能调控策略,同时对凝胶基离子热电材料的应用方式进行了阐述,探讨了离子热电材料进一步发展所面临的挑战。通过关注离子热电材料的最新创新成果,期望能为凝胶基离子热电材料的未来发展提供有价值的参考。

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机器学习在永磁材料研究中的应用进展

李金栋, 郝永勤, 孙旭, 沈鹏, 韩瑞, 周栋

功能材料. 2025, 56(1): 1064-1074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.008

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永磁材料在现代工业与科学技术中发挥了重要的作用。近年来,借助机器学习方法在预测和优化永磁材料的制备与应用方面取得了巨大的发展。较为全面的综述了机器学习在永磁材料研究中的应用,介绍了机器学习的学习流程和常用的机器学习算法,综述了机器学习技术在微观特性分析与结构优化、磁性能预测与成分优化、探索新材料等方面的研究进展。提出了机器学习在永磁材料领域所面临的问题,包括数据维度高、样本量有限、噪音干扰大、缺失值较多等。在未来研究中,应深入研究并探索新的算法和优化策略,扩充数据集规模,以及结合智能化实验技术加快永磁材料的研发与改进。

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铜合金耐蚀性研究进展

章天锋, 徐杰凯, 刘克明

功能材料. 2025, 56(1): 1075-1081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.009

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铜合金因其优异的耐蚀性、导电性等被广泛应用于建筑、海洋及电力工程等领域。但随着应用场景的复杂化和影响因素的多元化,一些高新技术领域对铜合金的耐蚀性要求在不断提高。由此,分析了国内外铜合金耐蚀性研究现状,总结了铜合金耐蚀性提升的主要方法如表面处理、热处理和多元合金化等,重点分析了各方法对铜合金晶粒尺寸、腐蚀产物、相变及晶体缺陷等的影响及耐蚀性提升的作用机制,展望了铜合金耐蚀性研究的未来方向。

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斜切钛酸锶单晶的紫外脉冲激光感生电压特性

刘学聪, 吕志清, 赵昆

功能材料. 2025, 56(1): 1082-1087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.010.

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采用波长为248 nm的准分子激光作为辐照光源,研究了SrTiO₃单晶的激光感生电压随温度的变化。原位同步辐射高能X射线衍射对SrTiO₃多晶颗粒进行了结构表征,在105 K附近没有发现SrTiO₃的结构相变。当温度从300 K降至20 K时,外加60 V偏压下,非斜切SrTiO₃单晶的激光感生电压峰值在105 K有一个轻微的转折,无偏压10°斜切[001]-SrTiO₃单晶在105 K和40 K均有较为有明显的转变。为提升响应率,给斜切单晶施加了60 V外置电压。结果表明,10°斜切[001]-SrTiO₃单晶在300 K的激光感生电压峰值是外加偏压非斜切和无偏压斜切单晶的6.7倍和59.3倍,而且激光感生电压峰值在105 和40 K的转变更为清晰。这两个温度分别对应于SrTiO₃单晶的立方相-四方相转变和铁电自发极化的相变温度。

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改性Fe₃O₄@MIL-100(Fe)对Cu(Ⅱ)的吸附研究

石小雪, 董季玲, 钟晨晨, 杨灵医, 蒋伟, 钟国媛

功能材料. 2025, 56(1): 1088-1098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.011

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传统液相吸附材料在吸附Cu(Ⅱ)时存在吸附性能差、难分离回收等问题,而金属有机框架(MOF)在重金属离子吸附领域极具发展潜力。基于此,研究通过经济环保低能耗的室温水相法以Fe₃O₄为核制备Fe₃O₄@MIL-100(Fe)磁性材料,通过合成后修饰的方法改性得到NH₂-Fe₃O₄@MIL-100(Fe),采用XRD、FT-IR、SEM、TEM、VSM和EA等对改性前后材料进行表征,探究pH、时间、浓度、温度对改性前后材料吸附Cu(Ⅱ)性能的影响。结果表明,由于NH₂-Fe₃O₄@MIL-100(Fe)与Cu(Ⅱ)之间的配位和静电作用,其对Cu(Ⅱ)的吸附容量(46.77 mg/g)显著高于改性前。改性前后材料对Cu(Ⅱ)的吸附均符合伪二级动力学模型和Freundlich吸附模型;热力学研究表明,改性后材料对Cu(Ⅱ)的吸附为自发吸热过程,而改性前为自发放热过程。此外,经过5次吸附-解吸循环后,NH₂-Fe₃O₄@MIL-100(Fe)对Cu(Ⅱ)的吸附容量仍略高于Fe₃O₄@MIL-100(Fe)。

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深共晶体系电沉积Ni-Mo-Yb/Cu电极及其析氢性能研究

袁美玲, 陈必清, 景欣欣, 翟佳鑫

功能材料. 2025, 56(1): 1099-1105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.012

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开发高效、廉价、稳定的电催化材料,对绿色制氢有着重要意义。以铜片为基体,在氯化胆碱-乙二醇深共熔体系利用电沉积技术制备Ni-Mo-Yb自支撑电极。同时对电极的结构和形貌进行表征,并对其电化学析氢性能进行研究。结果表明稀土镱(Yb)的加入,使镀层表面形成大小均匀的球形颗粒,且在不同沉积电位下,样品具有不同的形貌。在-1.08 V沉积的Ni-Mo-Yb/Cu具有最好的电催化活性和稳定性,电流密度为10 mA·cm^-2时过电位仅有48 mV,电荷转移电阻仅为0.2996 Ω·cm^-2。且在1000次循环伏安后,过电位基本无变化,碱性条件下100 h均能保持稳定。这些优异的电催化析氢性能表明,该材料在绿色工业制氢中极具发展潜力。

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Ce掺杂对LiCoO₂电子结构及Li⁺迁移影响的第一性原理研究

张旭昀, 于馥瑶, 王勇, 谭秀娟

功能材料. 2025, 56(1): 1106-1112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.013

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LiCoO₂作为锂离子电池正极材料具有优异的体积能量密度。但其在高电压条件下的结构稳定性差,这会导致LiCoO₂的性能下降。稀土元素掺杂是改良LiCoO₂性能的有效手段,但掺杂改性机理目前在原子与电子尺度层面尚需进一步明确。采用第一性原理计算方法,研究了Ce掺杂对LiCoO₂电子结构及Li⁺迁移性质的影响机理。结果表明,Ce掺杂显著扩大了晶胞体积,降低了晶胞内的电荷密度,减少相互作用的强度,使晶胞更加稳定。LiCoO₂在Ce掺杂后由半导体特性转变为金属性,增加了载流子密度,提高了材料的导电性能。经过Ce掺杂后,Li⁺的迁移势垒相比未掺杂时降低了93.12%。这主要是因为Ce掺杂导致Li层厚度增加,使得锂离子更容易发生迁移,从而提升电池的功率密度和循环寿命。

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铁原子修饰的石墨烯表面吸附硫化氢气体的电子性质与光学特性研究

岳远霞, 罗磊, 朱洪强, 吴泽邦, 尹开慧, 杨英

功能材料. 2025, 56(1): 1113-1119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.014

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利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,对H2S 气体分子在三种Fe原子修饰石墨烯表面上吸附的电子性质与光学特性进行了理论研究,计算了Fe原子修饰的石墨烯表面吸附H2S分子的吸附能、Mulliken分布、差分电荷密度、态密度和光学性质并与原始石墨烯吸附H2S进行了比较。研究结果表明:三种Fe原子修饰石墨烯表面结合能均为负值,结构能够稳定,吸附H2S气体后,Fe/SV-GN与Fe/DV-GN模型为化学吸附,未经Fe原子修饰的石墨烯表面(GN)与Fe/4N-GN模型为物理吸附。在可见光的能量范围内,经过Fe原子修饰后的三种模型吸附H2S气体后的光学性质均优于原始石墨烯。同时在红外区域,Fe/SV-GN模型的光学性质最优,在可见光区域,Fe/4N-GN模型的光学性质最优。

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基于磁控溅射沉积BZO/Ag/BZO透明电极的性能优化研究

王露, 高春联, 李月婵, 李秀秀, 谢安

功能材料. 2025, 56(1): 1120-1125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.015

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采用多步磁控溅射的方法在钠钙玻璃衬底上制备了BZO /Ag/BZO电极,分别研究金属层Ag和顶层BZO厚度对电极形貌和光电性能影响。通过优化Ag层厚度,当Ag层达到19 nm 的厚度阈值时,Ag 由“孤岛结构”转变为“连续结构”,为自由电子的传输提供完整的导电通路,导电性大幅度上升,电阻率下降到4.19×10^-3 Ω·cm,在可见光区的平均透过率均达到 88%。此外,在19 nm的金属Ag层基础上,通过调整电极结构中的顶层BZO厚度(32~64 nm),可以实现光干涉的相消效应,从而诱导增透效果,顶层BZO薄膜厚度为50 nm的电极是实现多层结构系统高透射率的最佳厚度,在可见光区域内平均透过率为89.85%,而在48 nm的顶层BZO厚度下,电极能提供良好支撑和导电路径,实现最低电阻率,为4.19×10^-4 Ω·cm。

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氮掺杂增强Fe_xNi_yCl₂(pyz)₂衍生铁镍基材料的电催化析氢性能

刘国梁, 杨灵医, 蒋伟, 刘洋, 丁皓

功能材料. 2025, 56(1): 1126-1132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.016

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基于非贵金属MOFs前驱体衍生的氮掺杂铁镍基材料,可以作为电解水制氢的理想催化剂。首先常温制备MOF(n(Fe)∶n(Ni)=1∶1)前驱体,然后在850 ℃的马弗炉中将其转化为FeNi(1∶1),随后以三聚氰胺为N源,在氩气环境中热处理得到FeNi(1∶1)-N_7.5催化剂。FeNi(1∶1)-N_7.5在10 mA/cm²电流密度下析氢反应过电位为97.5 mV,Tafel斜率为82.1 mV/dec,且具有良好的长期催化稳定性。铁镍双金属和N元素掺杂有效的调控了催化剂的形貌和表面电子结构,有助于降低电催化动能势垒和激活新的活性位点,从而提升碱性电催化过程的析氢活性。

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有机硅烷改性UIO-66 催化剂CO₂加氢制甲醇性能研究

彭一帆, 纳薇, 高文桂, 黄浩

功能材料. 2025, 56(1): 1133-1138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.017

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采用浸渍法制备了有机硅烷改性的UiO-66铜基催化剂(CuO/Si-UiO-66),并对其进行了有关CO₂加氢制甲醇的实验研究。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)等表征方法考察了有机硅烷改性对催化剂的性能与结构的影响。实验结果显示,有机硅烷改性后的催化剂相较于UiO-66的CO₂转换率、甲醇选择性有了明显的提高,并且稳定性方面有了显著的增强。这可能是因为有机硅烷中硅的进入到UiO-66骨架中使其结构稳定性得以保持,从而可以更好的限制分布较均匀的CuO纳米粒子。此外,还对催化剂进行CO₂加氢合成甲醇的催化性能测试。在180 ℃、3 MPa的反应条件下CH₃OH的时空产率最高,达到了72.4 mmol/(g_MeoH·h)。

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烷基硫醇修饰纳米多孔电催化剂及其合成氨性能研究

顾先涛, 刘怡瑢, 陈晓春, 郭兴旺, 周仲康, 计巧珍, 吴妍, 高宇祥, 张更, 朱胜利

功能材料. 2025, 56(1): 1139-1146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.018

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电催化氮还原(electrocatalytic nitrogen reduction reaction, ENRR)合成氨作为一种新兴的人工固氮工艺,具有反应条件温和、可再生能源适配性强等特点。但电催化氮还原反应电位与析氢反应(hydrogen evolution reaction, HER)电位接近,造成氮还原反应选择性降低。通过正十八-烷基硫醇对纳米多孔FeNbMoP电催化剂进行疏水修饰,增加氮气分子与催化剂表面活性位点的接触,抑制析氢反应,提高氨产率及法拉第效率。修饰后的ENRR催化剂合成氨产率为15.45 μg/(h·cm²),法拉第效率为6.28%,性能较未修饰的FeNbMoP催化剂提升明显。该方法有望为氮还原催化剂的理性设计提供新的思路。

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改性钢渣微粉混凝土碳化试验研究

黄榜彪, 张宇, 黄秉章, 杨子建, 李广峰, 潘丽华

功能材料. 2025, 56(1): 1147-1155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.019

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研究了改性钢渣微粉混凝土的碳化性能,通过快速碳化法测试了不同掺量沸石粉和钢渣微粉对混凝土劈裂抗拉强度和碳化深度的影响。试验结果表明,适量掺入钢渣和沸石粉的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度最佳,但过量掺入会导致强度下降。碳化试验显示,不同碳化龄期后劈裂抗拉强度变化与碳化前基本一致,碳化对劈裂抗拉强度影响微小。随着时间增加,劈裂抗拉强度逐渐提高,碳化后混凝土碳化深度随时间增加,掺入沸石粉降低抗碳化性能,但对钢渣微粉活性影响小。适量沸石粉可改善结构、抗碳化性,过量会加速碳化。通过Matlab建立的二次多项式非线性回归模型成功描述了混凝土试件的碳化深度与时间的关系,为混凝土结构碳化深度预测提供了重要参考价值。

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Cu²⁺掺杂提高BiOBr纳米结构的吸附性和光催化活性

胡月, 房国丽, 田景, 魏杰, 严祥辉, 张刚

功能材料. 2025, 56(1): 1156-1163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.020

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采用一步溶剂热合成法制备了xCu-BiOBr纳米结构,研究了掺杂浓度对xCu-BiOBr纳米结构的吸附性和光催化性能的影响。结果表明,Cu掺杂有利于获得形貌、尺寸均一的xCu-BiOBr纳米结构,而且掺杂后xCu-BiOBr纳米结构的比表面积增大,吸附性增强,尤其0.04Cu-BiOBr对Rh B的单层饱和吸附量为9.059 mg/g,是纯BiOBr吸附量的1.6倍。同时,Cu掺杂引入杂质能级,xCu-BiOBr的带隙随Cu掺杂浓度的增加逐渐红移。但是,0.02Cu-BiOBr在可见光下展现出最高的光催化活性;随Cu掺杂量的进一步增大,xCu-BiOBr的光催化活性降低。这是因为Cu掺杂主要形成置换型固溶体,并促使其周围形成氧空位缺陷;氧空位可以俘获光生电子,从而改变光生电子、空穴的迁移和复合历程。但是,过量Cu掺杂使晶格畸变程度增大,xCu-BiOBr可能会形成载流子复合中心,这不利于光生电子、空穴的迁移,因此过量掺杂可能导致xCu-BiOBr光催化活性的降低。

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改性纳米TiO₂的制备及光催化降解废水性能的研究

吴丹, 刘伯赈, 徐洲

功能材料. 2025, 56(1): 1164-1170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.021

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以Ti(SO₄)₂和Ce(NO₃)₃·6H₂O为原料,通过水热法制备了Ce-TiO₂复合光催化材料,通过XRD、SEM、UV-Vis、拉曼、红外光谱、PL等手段表征了Ce-TiO₂复合光催化材料的晶格结构、微观形貌及光谱性能,并以罗丹明B(RhB)溶液模拟废水,以300 W氙灯为光源进行照射,研究了Ce掺杂量对Ce-TiO₂光催化性能的影响。结果表明,水热法制备出的Ce-TiO₂复合光催化材料的晶型均属于锐钛矿相,形貌为不规则的球状颗粒。Ce的掺杂降低了Ce-TiO₂的禁带宽度,吸收边发生红移,光致发光测试表明TiO₂的本征发射峰随Ce掺杂量的增多而降低,0.9%Ce-TiO₂的光致发光强度最低,吸收边和禁带宽度分别为474 nm和2.62 eV,0.9%Ce-TiO₂在30 min时对RhB的降解率最高可达99.6%,相比纯TiO₂提高了82.8%,Ce-TiO₂对RhB的光催化降解符合一级反应动力学方程,拟合方程的相关度均超过了99%。

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Ce-MOFS/g-C₃N₄复合材料的制备及其光催化二氧化碳还原制一氧化碳研究

张辉, 孙懿辉, 吕妍, 安胜利, 郭瑞华, 王瑞芬

功能材料. 2025, 56(1): 1171-1178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.022

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以硝酸铈和尿素为原料,1,3,5苯三甲酸为配体,采用简单的静电自组装法合成了铈金属有机框架(Ce-BTC)和石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的复合材料(Ce-BTC/g-C₃N₄),用于二氧化碳还原制一氧化碳的研究,并探索Ce-BTC的复合对g-C₃N₄性能的影响机制。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱、阻抗、光电流测试和CO₂还原性能测试对复合材料的结构、形貌、光电学性能及催化性能进行研究。结果表明Ce-BTC与g-C₃N₄的复合可能使得g-C₃N₄层间距发生改变,在细化晶体颗粒的同时提高样品比表面积,使复合样品获得更高的可见光捕获能力且载流子的分离效率更高;在仅加入1 mL H₂O作为质子提供源的前提下,Ce-BTC/g-C₃N₄-3拥有最优光催化性能。CO产率为19.02 μmol/(h·g),是g-C₃N₄的2.25倍,循环测试后催化性能基本保持稳定。

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惰性碳源对两步反应烧结碳化硅陶瓷组织和性能的影响

潘鑫龙, 张明君, 王波, 杨建锋

功能材料. 2025, 56(1): 1179-1183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.023

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两步反应烧结可以降低反应烧结碳化硅中的残余硅含量,采用纳米炭黑为活性碳源,过量碳微球和金刚石分别为惰性碳源,通过两步反应烧结制备了碳化硅陶瓷,分析比较了两种惰性碳源的反应率,以及对碳化硅陶瓷力学性能和热学性能的影响。结果表明,在碳密度和烧结工艺条件相同的情况下,金刚石的反应率低于碳微球,制备的烧结体中残余硅较多。在1 550 ℃保温6 h条件下,使用高硬度的金刚石为惰性碳源制备的碳化硅的显微硬度达(2 488±133)HV,高于使用碳微球制备的碳化硅。但是由于使用金刚石为惰性碳源制备的烧结体中低导热的残余硅较多,导致使用金刚石制备碳化硅的导热系数较低,在 1 550 ℃保温6 h条件下为115 W·m^-1·K^-1,低于碳微球使用的碳微球。

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聚乙二醇/粉煤灰定形相变材料的制备与性能

闫贞玮, 高建明, 马舒佳, 郭彦霞

功能材料. 2025, 56(1): 1184-1192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.024

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传统模板法制备介孔硅基材料存在合成工艺复杂、成本高昂的问题。研究以粉煤灰为原料,采用矿相活化和酸刻蚀两步法合成了一种介孔硅基材料,工艺简单且能耗低。以聚乙二醇(PEG)为相变材料,通过真空浸渍法制备了定形复合相变材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、热重(TG)对所制备的材料成分、形貌和热性能等进行了表征。BET测试表明这种介孔硅基材料比表面积可达492 m²/g,孔容为0.42 cm³/g。复合相变材料在105 ℃下仍然可以保持固体形状,PEG4000的最大质量负载量为61.69%,熔融相变焓为57 J/g。实验表明所制备的定形复合相变材料具有良好的储热性能和热稳定性能,粉煤灰基复合相变材料是一种很有潜力的绿色环保的热能储存材料。

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石蜡基复合相变储能砂浆的制备及性能研究

张忠扩, 蔡文慧, 王蕾

功能材料. 2025, 56(1): 1193-1199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.025

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以石蜡和膨胀石墨为原材料,通过熔融吸附法制备石蜡/膨胀石墨复合相变材料,将相变材料掺入水泥中制备了石蜡基复合相变储能砂浆。通过FT-IR、水化放热测试、SEM、力学和热性能分析,研究了试样的物相结构、微观形貌、力学性能和导热性能。结果表明,石蜡和膨胀石墨是通过物理作用形成了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,复合相变材料添加到砂浆中会以颗粒状的形式分散在水泥浆体中,使砂浆表面变得粗糙。相变材料的添加降低了砂浆水化放热速率和水化累积放热量。相变储能砂浆的抗压强度随相变材料的添加不断降低,相变材料添加量20%的储能砂浆的抗压强度为最低值10.63 MPa,较纯砂浆降低了34.18%,密度和导热系数降低至最小值,分别为1 730.2 kg/m³和0.372 W/(m·K);蓄热系数和比热容达到最大值,分别为16.24 W/(m²·K)和1.592 J/(kg·℃)。箱体模型动态热性能分析表明,相变材料添加后延缓了最高温度到来的时间,降低了箱体的最高温度,相变材料添加量20%的储能砂浆的最高温度为28.0 ℃,最高温度到来的时间为8 385 s。

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氯硫共掺杂氮化碳的制备及其光催化性能

景张欣, 宗刚, 高存, 任敬, 谢涛

功能材料. 2025, 56(1): 1200-1208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.026

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以三聚氰胺为前驱体,氯化铵为Cl源,硫脲为S源,采用直接热聚合法制备了Cl、S共掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄),考察了氯硫掺杂对g-C₃N₄结构和光催化性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积和孔径分布(BET)、紫外-可见光(UV-Vis)等手段对样品进行了表征和分析,研究了催化剂投加量、PH以及底物浓度对光催化降解碱性红18(BR18)的影响。结果表明,当氯化铵掺入量为0.4 g,硫脲掺入量为1 g时,ClSCN2 的光催化性能最优。催化剂投加量为 40 mg,pH=10,底物浓度为 5 mg/L 时,在120 min内对BR 18的降解率达到 92.6%。自由基捕获实验表明,光降解过程中主要的活性物质是·O^-₂和·OH。Cl 和S 两种杂原子的掺杂扩大了g-C₃N₄的比表面积,为光催化提供了更多的活性位点。同时 Cl和S 的掺杂代替了 g-C₃N₄ 中的 N,使之产生 N 缺陷,提高了光生电子和空穴的分离。

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铟锡氢氧化物的煅烧温度对ITO靶材结构性能的影响

张倍维, 陆映东, 黄作, 莫斌, 方志杰, 黄誓成

功能材料. 2025, 56(1): 1209-1216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.027

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研究发现氧化锡铟(ITO)靶材的致密度受ITO前驱粉体烧结活性影响并取决于其结构和组成。而ITO前驱粉体煅烧温度对于ITO靶材结构及其性质的影响尚未明晰。探究铟锡氢氧化物粉体的煅烧形成ITO粉体过程中,温度对于其粉体的结构以及后续制备的ITO靶材的烧结致密化的影响。XRD衍射分析表明铟锡氢氧化物的粉末煅烧温度和时间的增加均会导致ITO粉体晶粒尺寸变大;当煅烧温度为750 ℃时(2 h),ITO粉体有较高的比表面积,高的表面金属含量构成,制备的靶材具有高的相对密度,更低的电阻率,靶材断面结构紧凑,内部气孔相对较少。前驱粉体煅烧温度与ITO靶材的结构-性能关系,揭示了煅烧温度直接影响铟锡氢氧化物粉体的立方晶体的形成,改变了生成的ITO粉体结构(比表面积、表面元素构成、粒度等),影响成型的素胚密度,进而影响ITO靶材的烧结致密性及导电性能。

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铌掺杂磷灰石型硅酸镧的制备及其导电性能研究

田晓凤, 黄志良, 商海鑫, 王棋昌

功能材料. 2025, 56(1): 1217-1222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.028

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选用离子电导率高、密度大的La_9.33Si₆O₂₆作为基体,采用尿素-硝酸盐燃烧法在600 ℃下燃烧10~15 min成功制备较高纯度无杂质相的铌掺杂La_9.33Si_6-xNb_xO_26+0.5x(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20,0.30, LSNO)电解质粉体,800 ℃预烧12 h,经过压制成型、高温烧结得到LSNO陶瓷体。通过X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)等测试方法对样品晶体结构、表面微观形貌及电导性能进行分析。结果表明,Nb⁵⁺成功掺杂取代[SiO₄]中的Si⁴⁺,形成[Si(Nb)O₄],随着掺量x增大,晶格体积增大,适量掺杂铌得到的LSNO纯度高且仍具有La_9.33Si₆O₂₆ (LSO) P6₃/m磷灰石型晶体结构,可以有效提高硅酸镧电解质的电导率,最佳掺杂量为x=0.10,600 ℃时电导率达到8.81×10^-4 S/cm。

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碳纳米管改性固废混凝土的制备及其工作性能研究

刘京红, 冯鹏龙, 杨晋荣, 张彦, 张凌博, 尚伟

功能材料. 2025, 56(1): 1223-1229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.029

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以固废混凝土为再生粗骨料,采用50%的铁尾矿砂取代天然河砂,选取多壁碳纳米管(CNTs)为纳米增强材料,制备出碳纳米管改性铁尾矿砂再生骨料混凝土。通过力学性能、吸水率、SEM(电子扫描显微镜)等表征测试,探究碳纳米管掺量、再生粗骨料替代率对混凝土性能的影响,建立了固废混凝土抗压强度预测公式并验证了该公式的可行性。分析结果表明,制备固废混凝土时掺加适量CNTs,混凝土力学强度呈抛物线型先增后减的规律;通过SEM试验发现,适量CNTs能够改变混凝土的微观界面结构,加快早期水化进程,同时优化其孔隙分布,进而形成更高密度的基体。为改善固废混凝土性能和固废资源化利用提供了新途径。

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苦参碱/明胶微胶囊的制备及性能研究

李超钧, 刘颖, 金玉珠, 王海洋

功能材料. 2025, 56(1): 1230-1236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.01.030

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使用明胶作为壁材,苦参碱作为芯材,采用乳化交联法制备出苦参碱/明胶抗菌微胶囊,并探究了芯壁比、搅拌速度和交联剂种类对微胶囊性能的影响。观察微胶囊形貌结构,并测定了微胶囊载药率和包埋率,粒径分布,还对其抗菌性能和缓释性能进行测定。芯壁比为1∶2,搅拌速度为700 r/min,使用戊二醛做为交联剂的制备出的微胶囊,载药率为15.0%,包埋率为32.2%;10 mg/mL的微胶囊对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌率能达到100%;且微胶囊体外释放速度稳定。

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2025年, 第56卷, 第1期　刊出日期：2025-01-30

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