功能材料

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功能材料. 2026, 57(1): 0-0.

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ZnO光催化剂的制备及矿化苯酚的性能及机理研究

陈非凡, 陈虎, 王莹, 刘世龙, 张海龙, 吕永康

功能材料. 2026, 57(1): 1-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.001

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ZnO在光催化降解有机污染物上应用广泛,目前研究常以目标污染物的去除率和和COD作为指标,难以真实反应污染物矿化效果。首先通过直接沉淀法、溶胶-凝胶法和控制沉淀法3种方式制备ZnO催化剂,通过XRD、SEM、FT-IR、XPS、BET、UV-Vis和PL等多种表征手段对制备的光催化剂的结构、形貌和光学性能进行分析,结果表明控制沉淀法合成的ZnO具有较大的比表面积、均匀的颗粒形貌和更强的紫外光吸收能力。然后以TOC去除为指标系统研究了ZnO光催化剂对苯酚矿化效果,研究发现控制沉淀法合成的ZnO催化剂在紫外光照射下表现出优异的光催化活性和稳定性,在催化剂用量3 g/L、苯酚初始浓度40 mg/L、溶液pH=7的条件下,经过5 h氙灯光照后,实现了83%的TOC去除。最后采用GC-MS方法检测到丁酸甲酯和苯醌等光催化降解苯酚的中间产物,推测了其降解机理。该催化剂在较宽的苯酚浓度范围内,以及在中性、偏酸性和偏碱性环境中均展现出良好的光催化性能,为该催化剂在有机污染物矿化方面展现出良好的应用前景。

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Sm³⁺, Ce³⁺共掺YAG单晶体的发光性能研究

覃李莉, 唐丽云, 李益亮, 谢桂芳, 胡美圆, 徐守磊

功能材料. 2026, 57(1): 14-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.002

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传统YAG: Ce³⁺荧光粉由于缺少红光成分,显色系数低,封装所使用的环氧树脂易于老化失效,而共掺稀土离子的YAG单晶能够有效解决这一问题。通过光学浮区法制备了一系列不同Sm³⁺掺杂浓度的YAG:Ce³⁺,Sm³⁺单晶体,并将之替代传统YAG:Ce³⁺荧光粉用于制备白光发光二极管(LED)。利用X射线衍射谱(XRD)和Raman光谱对晶体样品的物相及结构进行表征,测试了样品的紫外可见光吸收光谱、透射光谱和光致发光光谱(PL)。XRD表明Sm³⁺和Ce³⁺的掺杂并未改变晶体的YAG相,PL谱表明在Sm³⁺掺杂浓度为0.6%时发射峰值最强,而浓度猝灭则导致荧光强度在掺杂浓度继续增加时下降。Sm³⁺的掺杂为YAG:Ce³⁺的发射光谱引入了红光成分,从而有望提高利用其制备的白光LED的显色指数。

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石墨片原位生长NiS₂催化剂的界面构筑及其对MgH₂储氢性能的优化

马瑜飞, 吴成章, 罗雯雯, 徐畅

功能材料. 2026, 57(1): 20-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.003

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氢化镁(MgH₂)因其高储氢容量和低成本被视为极具潜力的固态储氢材料,但其热力学稳定性高与动力学性能差的问题限制了实际应用。通过一步溶剂热法成功制备了石墨片负载的镍硫化物催化剂(NiS₂@xC),系统探究了不同石墨片添加量(0%、3%、5%、10%(质量分数))对MgH₂储氢性能的影响。结果表明,石墨片的引入显著抑制了NiS₂颗粒的团聚,使其均匀分散并原位生长于石墨片表面,平均粒径由1.60 μm降至200~500 nm,比表面积和活性位点数量显著增加。当石墨片添加量为3%(质量分数)时,MgH₂-NiS₂@3C复合材料展现出最优性能:起始放氢温度降为240 ℃,在300 ℃下10 min内释放6.50%(质量分数)的氢气,总放氢容量达6.70%(质量分数);吸氢性能方面,5 min内吸氢量为5.50%(质量分数)。过量石墨片(10%(质量分数))则会因物理屏蔽效应阻碍氢扩散,导致性能下降。通过SEM、XRD等表征手段揭示了石墨片负载对材料微观结构及催化机理的影响,证实适量石墨片通过抑制颗粒团聚、增加活性位点暴露和优化氢扩散通道,显著提升MgH₂的吸/放氢动力学,为高活性复合催化剂的理性设计提供了重要参考。

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三维网络超薄壁分级多孔炭的构筑及载硫特性

孙涛, 李嘉琦, 张夏兰, 林起浪

功能材料. 2026, 57(1): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.004

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开发可再生能源转换和存储技术是解决目前能源危机和环境污染问题的有效途径。锂硫电池因具有超高理论能量密度而被认为是一种高效的储能装置,但其硫正极在实际应用中仍面临电导率低,体积膨胀和穿梭效应等问题。为此,开发具有大比表面积、高电导率和高硫负载量的基体材料具有重要意义。通过直接热解石油渣油/异丙醇铝复合物制备三维网络超薄壁分级多孔炭作为载硫基体,并采用溶剂混合-热熔法制备锂硫电池正极材料。该方法不仅显著降低了现有多孔炭载硫基体材料的制备成本,同时提高了硫负载量和活性物质利用率,最终获得了电化学性能优异的锂硫电池。

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BST/PVDF纳米复合材料介电性能的研究

刘嘉辰, 李俊钢, 琚绍帅, 赖金光, 李雨婷, 莫军琪, 李骏越, 胡季帆, 同阳

功能材料. 2026, 57(1): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.005

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随着电子器件的快速发展,对作为关键电学元件的介电电容器提出了更高的要求。电介质电容器中的介电薄膜材料的介电性能起重要作用。通过采用3种不同粒径的Ba_0.8Sr_0.2TiO₃(BST)纳米颗粒作为填料,使用旋转涂布法制备了0~15%(体积分数)BST的BST/PVDF复合介电薄膜材料。分析了BST纳米颗粒填料粒径、体积分数和温度对薄膜材料介电性能的影响规律。结果表明,BST填料的引入显著提高了材料薄膜的介电常数。BST/PVDF复合材料在-60 ℃到120 ℃区间的介电性能具有较强的温度依赖性,这主要由聚合物基体决定。为优化高介电纳米填料的粒径并开发以PVDF为基材的高性能柔性介电薄膜材料具有指导意义。

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二维铁谷材料及多场调控的研究进展

贺军杰, 刘祥林, 付慧芸, 毋志民, 丁守兵

功能材料. 2026, 57(1): 41-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.006

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利用谷自由度结合电子的电荷、自旋等其他自由度对信息进行编码的谷电子学器件,在面向人工智能与大数据处理的下一代电子器件中极具应用前景。具有自发谷极化的铁谷材料为灵活调控谷自由度提供了方便,同时在铁谷材料中通过多场调控将谷自由度与贝里曲率的耦合,可以产生反常谷霍尔效应,从而实现谷自由度的电读取,这对谷电子材料的实际应用具有至关重要的作用。系统地综述了近年来国内外二维铁谷材料的研究现状,首先对谷自由度和谷霍尔效应的基本概念进行了简要阐述。接着对不同类型的铁谷材料按其化学式进行了分类整理,并且重点分析了其相关特性及其调控方法,包括外场调控,应变调控以及堆叠调控等高效手段。随后,对谷现象的理论阐释进行了简要探讨。最后,对二维铁谷材料研究领域所面临的挑战与机遇进行了展望。

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基于气凝胶的被动辐射制冷材料研究进展

卜小海, 刘艳梅, 张孝琴, 陆涛

功能材料. 2026, 57(1): 55-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.007

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被动辐射制冷技术利用地球与外太空之间的大气辐射透明窗口,将热量直接发射到外太空(~3 K),实现物体自身降温,无温室气体排放、无需外部能源输入。该技术可应用于建筑、纺织、智能穿戴、电子设备和人工智能等多个领域,对实现节能减排、推动“碳达峰、碳中和”目标达成具有重要意义。辐射制冷气凝胶材料集成了高太阳光反射率、高红外发射率和高热绝缘性,可以显著降低空调等制冷设备的能耗负荷,减少碳排放。从热辐射和辐射制冷基本原理出发,简述被动辐射制冷材料的研究进展,重点阐述基于气凝胶的被动辐射制冷材料的制备、性能及应用,最后对未来辐射制冷气凝胶的发展方向进行了展望。

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氧空位在Na⁺/Li⁺电池中的研究进展

陈凯宇, 刘博宇, 夏雨菡, 王嘉琦, 望红玉

功能材料. 2026, 57(1): 71-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.008

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迄今为止,钠离子电池(Na-ion Batteries,NIBs)和锂离子电池(Li-ion Batteries,LIBs)的容量衰减快和倍率性能差仍然是一个尚未解决的问题。氧空位(Oxygen Vacancy,OV)可以促进离子扩散,降低电荷传输阻力,提高钠离子电池和锂离子电池的比容量和倍率性能,对钠离子电池和锂离子电池正极材料有着至关重要的作用。回顾了近几年氧空位在钠离子电池和锂离子电池中的研究进展,重点从氧空位的引入,以及氧空位对正极材料结构的影响等方面介绍并讨论了氧空位对电极材料电化学性能的影响以及尚未解决的挑战,以增进人们对钠离子电池和锂离子电池正极材料中氧空位的理解,并促进钠离子电池和锂离子电池正极材料的进一步研究。

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多功能超滑涂层的研究进展

赵欣懿, 冯民生, 刘萍, 卢超, 雷凡

功能材料. 2026, 57(1): 79-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.009

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在漫长的进化历程中,自然界的生物演变出诸多独特结构,为科技发展提供了源源不断的灵感。其中,荷叶表面呈现的疏水特性极大地激发了研究人员对表面湿润性领域的深入探究。为进一步解决超疏水涂层在极端条件下(如机械磨损、化学腐蚀和温度变化)可能失效的固有缺陷,润滑油被引入其表面,从而制备出高性能的超滑涂层。结合国内外相关研究,综述超滑表面在防腐蚀、除冰霜及耐磨损3个功能方向的研究进展。最后,针对超滑涂层面临的磨损与老化问题,以及如何提高其耐久性与使用寿命等当前挑战,进行了总结与展望。

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探针式水泥基电池的研究进展与应用前景

刘芷均, 罗健林, 刘洋

功能材料. 2026, 57(1): 88-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.010

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随着能源需求量的增长和环境保护意识的增强,开发高效、环保、可持续的能源存储技术已成为当今世界的重要课题。针对建筑中储能形式的创新,结构储能一体化复合材料的研究提供了新的解决思路。探针式水泥基电池(PCB)利用水泥基材料作为电解质,有良好离子导电性的同时兼具本征结构功能。通过系统地梳理PCB的技术原理、研究进展、性能特点、应用前景以及面临的挑战,以期为未来有关PCB的研究与工程应用提供参考。

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Co₃S₄-Ni₃S₄/NF异质结的制备及电催化析氢性能研究

吴燕霞, 苏丽荣, 委智颖, 王庆涛

功能材料. 2026, 57(1): 95-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.011

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采用水热反应和硫化法制备了负载在泡沫镍(NF)上的自支撑型Co₃S₄-Ni₃S₄/NF异质结材料并用作电解水HER电催化剂。结果表明,合成的Co₃S₄-Ni₃S₄/NF材料在酸性和碱性介质中均展现出良好的HER催化活性和稳定性。硫化温度对材料催化性能也有一定的影响,其中,Co₃S₄-Ni₃S₄/NF-180 ℃在0.5 mol/L H₂SO₄和1.0 mol/L KOH溶液中,电流密度为10 mA/cm²处的过电位分别为80和83 mV,Tafel斜率分别为72和89 mV/dec,其催化性能明显优于对照样。这主要归因于Ni₃S₄纳米粒子与Co₃S₄纳米针之间形成的异质界面可以改善电子结构,产生更多的活性位点,同时,三维多孔结构的泡沫镍基底可提高材料的分散性,增加活性面积,有助于提升材料的HER催化性能。

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巴尔沙木衍生自支撑碳硫正极的制备与电化学性能研究

曹托托, 燕映霖, 任冰, 杨蓉

功能材料. 2026, 57(1): 103-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.012

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传统的锂硫电池涂覆正极由于导电剂、粘结剂的加入而导致电池实际能量密度降低。将巴尔沙木经去木质素后碳化获得具有有序孔道的多孔碳材料,与单质硫复合作为锂硫电池自支撑正极,表现出良好的电化学性能。在0.1C条件下,去木质素巴尔莎木衍生自支撑正极材料表现出1094.6 mAh/g的首周放电比容量,循环100周后仍能保持702.9 mAh/g的可逆放电比容量,保持率为64.1%。木材天然有序多孔结构有利于活性物质的存储与传输,为锂硫电池自支撑正极提供了低成本、可再生的碳骨架原材料。

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石墨烯改性聚氨酯膜的电热与除冰性能研究

傅孝良, 李秦良, 王鹏, 赵仁航, 袁小亚

功能材料. 2026, 57(1): 111-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.013

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风电叶片在冬季极易结冰,导致风电机组发电效率降低,输出功率不稳,机组磨损加剧。现有风电叶片除冰技术存在除冰效率低、除冰能耗高的问题,而石墨烯聚氨酯发热膜具有优异的电热特性,有望实现风电叶片的高效率除冰。以石墨烯聚氨酯发热膜作为加热元件应用于风电叶片除冰,探究了发热膜在不同覆冰厚度下的除冰性能,性能测试结果显示:以工作电压20 V驱动石墨烯聚氨酯发热膜,在环境温度为-20 ℃的条件下除去10 cm覆冰,所需除冰时间不超过5.35 h,除冰能耗低于0.577 kWh。

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聚碳硅烷对酚醛树脂衍生碳基复合材料显微结构和电磁性能的影响

李世恩, 陈家鑫, 陈平安, 朱颖丽, 陈浮, 乔梦珂, 吴江, 李享成

功能材料. 2026, 57(1): 119-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.014

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碳基复合材料具有结构可设计性和优异的介电损耗性能,是一种极具发展前景的电磁波吸收材料。然而碳基复合材料介电常数过高导致其阻抗失配,难以满足吸波材料强吸收和宽频带的要求。以酚醛树脂为基体,研究聚碳硅烷(PCS)对酚醛树脂碳衍生碳基复合材料显微结构和电磁性能的影响规律。结果表明,在1 000 ℃热处理温度下,酚醛树脂与PCS质量比为1∶1时,酚醛树脂衍生碳基复合材料中原位生成大量的SiC和碳纳米管,增强了材料的介电损耗能力,且提高了阻抗匹配性能。当吸收体厚度为1.8 mm时,最小反射损耗(RL_min)达到-46.80 dB,且有效吸收带宽(EAB)为5.52 GHz。开发了一种有效改善酚醛树脂衍生碳基复合材料阻抗匹配性的新方法。

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聚二甲基硅氧烷力学行为影响因素的研究

霍佳康

功能材料. 2026, 57(1): 129-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.015

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为探究在老龄化应用场景下聚二甲基硅氧烷(PDMS)的力学行为研究,采用拉伸试验以揭示混合比例、应力-应变曲线定义以及拉伸(应变)速率对弹性模量和应力-应变曲线的影响。研究结果表明,实际弹性模量显著依赖于应力-应变的定义、混合比例以及拉伸速率。在不同混合比例和拉伸速率下,真实应力应变定义相较于工程应力应变定义和真实应力-工程应变定义,会导致更高的应力值和弹性模量。而弹性模量的数值随着预聚物和固化剂比例的增加而增大,直至达到9∶1的比例,此后即使混合比例继续增加,弹性模量反而开始下降。研究提出的结果将有助于指导体外实验设计,以模拟动脉壁,并利用PDMS弹性体深入理解血流与动脉壁之间的复杂交互作用。同时也能为解决老龄化社会柔性器件发展瓶颈提供有效支撑。

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基于金属增强荧光效应的功能化微球及探针检测性能研究

郑逸龙, 向清, 刘胜东, 陈俊杰, 王豪, 张环环, 闵永刚

功能材料. 2026, 57(1): 135-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.016

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基于种子介导法制备了金纳米颗粒(Au NPs),然后通过刻蚀得到规整的球型Au NPs,并在其表面构建二氧化硅壳层用以避免对荧光的猝灭作用。使用球型Au NPs对聚苯乙烯(PS)微球进行修饰,并使用抗体蛋白使PS-Au NPs功能化,得到具有特异性识别作用的功能化微球;其次,使用二氧化硅包裹的Au NPs制备荧光探针,使用抗体蛋白功能化荧光探针,使探针也具有特异性识别的能力。利用场发射扫描电镜、稳态瞬态荧光光谱仪、多功能微孔板检测仪以及多角度粒度及高灵敏Zeta电位分析仪等测试仪器对各阶段的材料进行表征。并利用制备得到的功能化微球和荧光探针实现了对心肌肌钙蛋白 I (cTnI)的高灵敏检测,通过形成的免疫夹心结构上的双层Au NPs显著增强了荧光信号,实现了低检测限(LOD = 0.33 ng/mL)。

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Cu/ZnO催化剂催化性能与Cu^x+-Zn^x+构效关系研究

何鹏程, 陈沿兵, 高文桂, 陈志远

功能材料. 2026, 57(1): 144-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.017

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二氧化碳加氢制甲醇是一种非常清洁的碳利用技术,不仅能减缓温室效应,而且还能生产出许多高附加值的产品;Cu/ZnO催化剂内在活性位点及其Cu、Zn的相互作用一直是讨论的热点,而复合价态Cu基催化剂中各价态Cu与Zn的相互作用机制并没有得到深刻阐述。研究旨在通过调控复合价态Cu基催化剂中各价态Cu的占比,来研究各价态Cu与ZnO的相互作用机理,及复合价态铜基催化剂中活性位点来源,及维持活性稳定的原因。XRD与XPS研究表明:选择具备一定还原性前驱体通过水热制备的Cu/ZnO催化剂含有复合价态铜,通过调控后的催化剂的二氧化碳转化率和甲醇选择性分别能达到11.55%和75%。

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纳米SiO₂改性再生混凝土的增韧机理及低温力学性能研究

马瑞彦, 霍紫玮, 张肖艳, 李晔, 张子文

功能材料. 2026, 57(1): 154-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.018

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以纳米SiO₂颗粒为增强相,将其掺入聚丙烯纤维再生混凝土中,系统研究了纳米SiO₂掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对再生混凝土微观结构、破坏形态、力学性能及抗冻性能的影响,并深入分析其增韧机理。结果表明，纳米SiO₂通过成核效应和火山灰反应优化了混凝土的微观结构,显著提升了其抗冻耐久性,当纳米SiO₂掺量为1.5%时,再生混凝土28 d抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为44.3和6.2 MPa,较基准组提升31.5%和17.0%。冻融试验显示,100次循环后,当纳米SiO₂掺量为1.5%时,再生混凝土的质量损失率最低为-0.277%,相对动弹性模量最大为80.33%,抗压强度剩余比最高达0.84。微观分析表明,纳米SiO₂可以有效填充孔隙并促进C-S-H凝胶生成,抑制冻融损伤,但掺杂量超过1.5%会导致颗粒团聚,降低增强效果。综合分析可知,当纳米SiO₂掺量为1.5%时,再生混凝土的性能最优,可为寒区再生混凝土的耐久性设计提供参考。

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混合相α/β-Ni_1-xCr_x(OH)₂的制备及电化学性能研究

赵娜娜, 张鑫尧, 王海, 周兴辉, 沈俊诚, 关明云

功能材料. 2026, 57(1): 163-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.019

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采用水热法制备了片状结构的混合相α/β-Ni_1-xCr_x(OH)₂。XRD表征显示通过调控Cr³⁺的掺杂量,β相、α相和混合相α/β-Ni_1-xCr_x(OH)₂很容易被调控合成。CV和EIS测定显示,混合相α/β-Ni_1-xCr_x(OH)₂(x=0.03~0.10)的电化学性能优于β相和α相。当Cr掺杂量为3%时,产物的电化学性能最佳。将Cr含量3%的α/β-Ni_0.97Cr_0.03(OH)₂作为正极组装NiZn电池,电化学性能测试结果表明,其最高能量密度为250.49 Wh/kg,1 500次循环后,仍能保持246.26 Wh/kg的能量密度,容量保持率达98.3%,库伦效率在98%以上,展现出优异的循环稳定性。

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原位碳掺杂TiO₂光催化剂的制备及其性能研究

罗祥彬, 周珂, 尹鑫, 刘志颖, 熊得莉, 夏浩翔, 赵梓伊, 施越, 贾碧

功能材料. 2026, 57(1): 170-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.020

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近年来,能源危机和环境问题的日益严峻对可持续发展提出了迫切需求,开发高效、稳定的光催化剂用于降解有机污染物成为研究热点。创新提出了一种溶剂热-煅烧法原位合成可控制备C掺杂TiO₂。该方法采用溶剂热制备了表面吸附乙二醇的TiO₂,并以乙二醇为碳源,在氩气环境下进行退火处理,使表面吸附的乙二醇分解,C原子进入TiO₂晶格内部取代氧原子形成Ti-C键。通过控制退火温度(200、300、400、500 ℃),可以调控TiO₂的禁带宽度变化(3.15~2.25 eV),亚甲基蓝(MB)光催化降解实验结果表明,TiO₂-300光催化活性优异,其在可见光照射下,120 min内对MB的降解率可达97.6%,分别是本征TiO₂和市售P25的3.88倍和1.97倍,h⁺和·O^-₂是驱动TiO₂-300光催化讲解的主要活性物质。提出的溶剂热-煅烧法原位合成可为制备高活性TiO₂基光催化剂提供有益的方法及条件参考。

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ZIF-8/ZIF-67复合膜的制备及其N₂/CO₂分离性能

陈帆, 王永洪

功能材料. 2026, 57(1): 178-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.021

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为了对低浓度CO₂烟道气进行高效捕集,设计了一种基于ZIF-8/ZIF-67异质结构的N₂优先渗透膜。以聚砜(PSf)多孔膜为支撑层,利用Zn²⁺-壳聚糖(CS)交联层对聚砜进行表面改性,通过锚定Zn²⁺诱导ZIF-8晶种层形成;随后采用外延生长法在其表面生长ZIF-67层,最后经聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂覆制备ZIF-8/ZIF-67。采用ATR-FTIR、XPS、XRD及TGA表征了复合膜的化学结构、元素组成、晶体特征及热稳定性,并通过SEM与EDX观察其表面形貌。系统研究了ZIF-8晶种层与ZIF-67层的生长条件对膜分离性能的影响。实验结果表明,在25 ℃、0.05 MPa条件下,ZIF-8/ZIF-67表现出良好的气体分离性能,N₂渗透速率为139 GPU,N₂/CO₂选择性为36.3。通过构建Zn²⁺和Co²⁺双金属活性位点增强对CO₂的吸附能力,导致CO₂解吸困难,从而实现N₂的优先渗透。

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混杂纤维增强海水珊瑚水泥基复合材料动态拉伸性能研究

张晓宇, 穆朝民, 秦玉琳, 陈燚, 章雨

功能材料. 2026, 57(1): 188-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.022

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提升海水珊瑚砂工程水泥基复合材料(SCECC)的动态拉伸性能对于岛礁工程建设具有重要意义。为了探究混杂钢纤维(SF)-聚丙烯纤维(PPF)增强SCECC动态拉伸性能,对掺入不同体积掺量的PPF的钢纤维海水珊瑚砂工程水泥基复合材料进行不同应变率下动态劈裂拉伸测试,对动态拉伸强度、动态增长因子(DIF)和试件破坏形态等进行分析,并结合细观建模技术对动态劈裂拉伸测试过程进行数值模拟研究。结果表明,SF与PPF协同可以提升SCECC的静、动态拉伸强度,PPF掺量为0.2%时,最大动态拉伸强度增长率可达到44.91%;S-PPF可以提升SCECC的应变率敏感性,当混掺0.2%PPF时,最大DIF达2.53;S-PPF会减缓拉应力集中效应,PPF掺量0.2%时试件破坏程度最低;基于细观建模的动态劈裂拉伸数值模拟与实验具有一致性,可以验证SF和PPF混掺在动态加载下对SCECC的增韧效果。

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温度梯度调控樟树水热炭结构演变及亚甲基蓝吸附机理

张玉涛, 项兴佳, 钟磊, 张杰, 李桂龙, 彭新华, 刘佳

功能材料. 2026, 57(1): 201-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.023

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研究以樟树废弃物为原料,通过水热炭化技术制备生物质材料,基于180~260 ℃梯度温度调控,系统探究了炭化温度对水热炭微观结构演变及亚甲基蓝吸附机理的影响规律,旨在揭示温度梯度-微观结构-吸附性能的关联机制,为农林废弃物高值化利用提供理论依据。结果表明,炭化温度显著调控水热炭微观结构的演变过程:随温度从180 ℃升至220 ℃,SEM表征显示孔隙结构逐渐发育并形成纤维状网络,BET分析证实此时水热炭兼具最大比表面积 (5.79 m²/g) 和孔容 (0.029 cm³/g);当温度进一步升高至260 ℃,高温诱导孔隙坍塌并生成非均质大孔,微观结构劣化。FTIR分析表明,220 ℃水热炭保留关键极性官能团 (C—O),而 260 ℃ 水热炭因脱水缩合反应导致—OH含量降低。吸附实验表明,樟树水热炭对亚甲基蓝的吸附更符合准二级动力学模型和Freundlich模型,化学吸附与多层作用协同主导吸附过程。其中,220 ℃水热炭因最优的微观结构和表面化学特性,亚甲基蓝吸附量达35.72 mg/g。研究明确了炭化温度梯度对水热炭微观结构演变的调控规律,并揭示了微观结构与吸附机理的内在关联,为樟树废弃物资源化制备高性能水热炭提供了工艺优化方向与理论支撑。

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基于ZnO协同新型磷-氮阻燃体系熔融加工制备低增塑剂迁移率的阻燃聚乙烯醇

赵茂桐, 徐文总, 宣子怡, 柳巨澜, 苏璐璐, 张祎

功能材料. 2026, 57(1): 209-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.024

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聚乙烯醇(PVA)是一种可降解材料,但其本身易燃,并且熔融加工中所加的液体增塑剂容易迁移到PVA薄膜的表面,从而限制了它的应用范围。研究采用固体多元醇部分替代PVA熔融加工中的液体增塑剂,改善了增塑剂易迁移到PVA薄膜表面的问题。通过DOPO衍生物(DOPO-OH)与对苯二胺的反应合成了一种新型DOPO基膦酸铵盐(DOPOP),将其与氧化锌(ZnO)复配制备加入到PVA中制得复合材料。研究结果表明,添加9%DOPOP和1%ZnO(质量分数)的PVA复合材料的极限氧指数(LOI)值为28.8%,UL-94等级为V-1,且不再有熔融滴落现象。复合材料的热释放速率峰值(pHRR)和总热释放量(THR)分别比纯PVA的降低了34.3%和31.29%。虽然阻燃剂的添加对熔融温度和熔体流动速率有一定程度的影响,但仍能满足熔融加工的需要。该研究为通过熔融加工法制备低增塑剂迁移率的阻燃PVA复合材料提供了新思路。

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淀粉/κ-卡拉胶全生物质基高吸水性水凝胶土壤保水剂的制备及应用

许文博, 杨宇, 宁轩, 张建丰, 李美秀, 刘青业, 李晓君

功能材料. 2026, 57(1): 219-225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.025

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以淀粉(S)和κ-卡拉胶(C)为原料,以环氧氯丙烷(ECH)为交联剂,采用“一锅法”开发一种全生物质基高吸水性水凝胶,探究溶胀行为及相关机制,挖掘其在农业生产中作为土壤保水剂的应用潜力。实验结果表明,该水凝胶具有优异的溶胀性能和耐逆性,最大平衡溶胀度可达524.0 g/g,溶胀行为遵循伪一阶和伪二阶溶胀动力学机制。火麻种植试验显示,该水凝胶显著提高了土壤含水率,改善火麻的农艺性状,并增加产量。该水凝胶在改善土壤水分、促进火麻生长方面效果显著,作为全生物质基保水剂为干旱、半干旱地区作物种植提供了理想的解决方案,展示出广阔应用前景。

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纳米SiO₂-橡胶再生混凝土抗冻性研究

黄煌军, 屠艳平, 邓丽, 程书凯, 魏继民

功能材料. 2026, 57(1): 226-234. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.026

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采用废碎屑橡胶(CR)、再生骨料(RA)等质量取代天然骨料,纳米SiO₂(NS)作为辅助胶凝材料制备了橡胶再生混凝土(RRC),研究了单掺NS及复掺CR对再生混凝土(RC)抗冻性能的影响。结果表明,RC对照组表现出最差的抗冻性,掺入NS有利于减小RC的ITZ宽度,降低冻融破坏后RC的强度损失,但对抗冻性的提升并不显著,仅比RC组多承受了25次冻融循环;尽管CR的掺入导致混凝土ITZ发育不良,并增大了坍落度和强度损失,但却显著延缓了冻融循环过程中E_n的衰减,有效抑制了冻融环境下W_n和ITZ宽度的增大,从而提高了RC的抗冻性,当CR掺量为15%时RC抗冻性最佳,经受200次冻融循环后其W_n和E_n分别为3.8%和60.5%;当CR掺量为20%时,100次冻融循环后ITZ宽度增幅虽仅为0.9%,但E_n衰减至53.39%,结合其冻融循环前后薄弱的ITZ微观形貌,证实该组是抗冻性最差的RRC。

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微波响应Fe₃O₄/ZnTCPP纳米材料抗菌性能研究

王柏惠, 程昊, 张翔宇

功能材料. 2026, 57(1): 235-242. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.027

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智能响应抗菌材料在生物医学领域具有广阔应用前景,目前研究较广泛的主要是光响应抗菌材料。然而,光的穿透能力有限,限制其在深部感染领域的应用。针对此问题,研究采用水热法成功制备出微波响应Fe₃O₄/ZnTCPP复合纳米抗菌材料,并通过SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS对其表征,发现球状Fe₃O₄成功复合在层片状ZnTCPP表面。通过分析材料的反射损耗值(RL)和电磁参数综合考察了复合材料的微波吸收性能,在不同频率条件下复合材料显示出不同的微波吸收性能。Fe₃O₄/ZnTCPP展现出良好的微波热效应和微波动力性能。体外抗菌测试表明,由于微波热和产生的活性氧协同作用,造成细菌裂解、蛋白质泄露,Fe₃O₄/ZnTCPP对金黄色葡萄球菌展现出优良抗菌效果,抗菌率达到(99.8±0.14)%。细胞骨架染色实验和MTT实验证明了Fe₃O₄/ZnTCPP具有良好的生物相容性。这种微波响应Fe₃O₄/ZnTCPP复合纳米抗菌材料在深部感染治疗方面具有潜在的应用前景。

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W-Re合金的热疲劳损伤及性能研究

庞炳贺, 李运刚, 齐艳飞, 杨璐琪, 陈颜冰

功能材料. 2026, 57(1): 243-250. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.028

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钨作为面向等离子体材料,长时间处于核聚变堆高温极端的环境下,会受到一系列的粒子流(离子、中子、电子等)和其伴随的能量流的冲击作用。在高热流作用下,材料表面产生热应力,导致表面形成热疲劳损伤。系统的研究了纯W及不同Re含量(1.5%、4.5%、6%、10%)的W-Re合金在循环热载荷下的损伤行为,旨在揭示Re含量对材料热疲劳寿命、裂纹萌生与扩展的影响规律以及W-Re合金的热疲劳损伤机制。采用粉末冶金结合热等静压(HIP)制备高致密度W-Re合金。通过扫描电子显微镜(SEM)、LSM800全自动3D形貌分析仪、纳米压痕仪和X射线衍射(XRD)等微尺度分析表征,分析W-Re合金热疲劳损伤行为中的微观组织、表面形貌、力学性能及物相组成等,结果表明,与纯W的相比,Re的添加提高了材料的抗热疲劳性能,但抗热疲劳损伤能力并非随着Re含量的增加而单调变化。根据循环温度或次数,在W中添加6%Re时,可实现对热疲劳损伤抑制效果的最大化。

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Cu、Nb和Mo对Fe-32Ni-5Co软磁与热膨胀性能的影响

陈英明, 于一鹏, 王晶, 罗曦, 刘军凯, 张敬霖, 张建福

功能材料. 2026, 57(1): 251-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.029

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通过添加Cu、Nb、Mo合金化元素研究其对超因瓦合金的软磁与热膨胀性能的影响,利用XRD、SEM、TEM-EDS和MFM分别对合金微观组织结构、磁畴结构进行表征,测试合金软磁性能和膨胀性能,并分析合金化的影响机理。发现超因瓦合金在低温(-20 ℃)下发生奥氏体向针状马氏体的组织结构转变,而合金化元素的添加有效抑制了相变过程,将相变温度降低至-60 ℃以下。Cu元素在基体中呈均匀分布状态,导致晶格畸变和晶格能升高,添加0.65%(质量分数)Cu使初始磁导率(μ_0.4)提升,矫顽力(H_c)降低至11.85 A/m。而Nb、Mo添加形成的第二相主要为NbC或(Nb,Mo)C型碳化物,产生晶界钉扎效应,使合金低温组织结构更稳定,同时改善了软磁性能,其中μ_0.4与最大磁导率(μ_m)增大,剩余磁通密度(B_r)与H_c降低。此外,合金化调控后的超因瓦合金仍保持稳定的热膨胀特性,在-60~100 ℃温度区间热膨胀系数(CTE)表现出优异的温度稳定性,其中添加0.28%(质量分数)Nb的合金在各个温度段保持CTE＜0.3×10^-6/℃。

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γ-氨基丁酸-二苯乙烯-聚乙烯醇荧光增白剂的合成及性能

饶飞庆, 画莉, 万茂生, 周荣爱, 汪波, 周艳艳

功能材料. 2026, 57(1): 260-265. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.01.030

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以4, 4′-二氨基二苯乙烯-2, 2′-二磺酸、2, 4, 6-三氯-1, 3, 5-三嗪、γ-氨基丁酸和聚乙烯醇1788为原料,经三步连续缩合反应合成得到γ-氨基丁酸-二苯乙烯-聚乙烯醇荧光增白剂。采用核磁共振氢谱和红外光谱对目标产物的结构进行了表征。通过紫外吸收光谱和荧光发射光谱考察了其光学性能,用热重分析仪测试了热稳定性。在不同染色浓度和不同pH下对纸张进行染色处理,研究了合成化合物7对滤纸白度、色度和表面整理作用的影响。结果表明,γ-氨基丁酸-二苯乙烯-聚乙烯醇荧光增白剂具有较强的光学性能、耐光稳定性以及耐酸性,处理后滤纸的白度由78.22提升至128.77,黄蓝指数由2.68降低至-7.68,增白增色效果非常显著,在弱酸性环境下的白度仅降低了4.19,并且该荧光增白剂还兼具表面整理作用,处理过后的纸张外观更加平整。

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2026年, 第57卷, 第1期　刊出日期：2026-01-30

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