高镍三元正极材料具有能量密度大,电压平台高,无记忆效应等优势,受到研究者们的广泛关注。但受限于其循环稳定性差,阳离子混排,热稳定性差等缺陷,高镍三元正极仍需进行广泛深入的研究。围绕高镍三元正极材料的不足,概括了近年来离子掺杂、表面包覆、共改性、浓度梯度、电解质改性和结构调控等改性策略的最新进展,并对未来的研究方向进行了探讨与展望。

随着社会经济的快速发展,能源与环境问题越来越突出,解决问题的关键是寻找可持续的、可再生的绿色新能源。电催化水裂解技术在解决清洁能源短缺和环境污染等关键问题上具有突出的优势。金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)及其衍生物由于具有可定制的结构、超大的表面积和设计灵活性,被认为是电催化制氢的理想多孔材料。从电催化水裂解的反应原理、决定电催化活性的相关因素入手,总结并举例说明了近年来基于MOFs及其衍生物的水裂解电催化剂的研究进展。最后,强调了水裂解领域存在的许多挑战,并提出了基于MOFs和衍生物作为电催化剂用于水裂解制氢的展望。

以ZnO作为光催化剂,稀土元素Ce为添加相,通过水热法制备了不同摩尔比Ce掺杂的ZnO纳米复合材料,以甲基橙(MO)染料为降解对象,研究了Ce掺杂摩尔比对ZnO纳米复合材料的晶格结构、微观形貌和光催化性能的影响。结果表明,制备的Ce-ZnO纳米复合材料均为六方晶系纤锌矿结构,外观为不规则的颗粒状,Ce掺杂后使ZnO的表面粗糙度增加。Ce掺杂后在ZnO中无新产物产生,没有影响ZnO的结构。随着Ce掺杂摩尔比的增大,Ce-ZnO的比表面积逐渐增大,吸收边先增大后减小,禁带宽度先降低后升高,光致发光强度先降低后增大。0.6%Ce-ZnO的比表面积达到33.91 m²/g,吸收边最大为394 nm,禁带宽度最小为2.97 eV,对应的光致发光强度最低。光催化降解测试表明,随着Ce掺杂摩尔比的增大,Ce-ZnO对MO的光催化降解率先增大后降低,0.6%Ce-ZnO在180 min时对MO的降解率达到最大值95.36%。强酸或强碱条件下均不利于光催化反应的进行,在pH值=5的弱酸条件下0.6%Ce-ZnO对MO的降解率最高达到99.16%。0.6%Ce-ZnO光催化剂重复使用5次时对MO的降解率依旧超过70%,具有良好的使用稳定性和经济效益。

近年来,光电催化技术(PEC)因其融合了电化学与光催化技术的优势而备受瞩目。这一技术不仅展现了优良的催化性能,还解决了传统粉末光催化剂难以分离回收的难题。光电极的基底材料是PEC技术的核心,其显著影响着电子转移的效率、光生载流子的复合率以及光电极的稳定性。尽管PEC技术已取得诸多成果,但关于光电极基底材料的研究进展尚未得到充分的文献报道。鉴于此,在系统地对光电极基底材料进行分类,包括金属、导电玻璃、碳基材料以及其它新兴材料,并深入回顾近年来关于这些材料的研究进展。详细论述光电极的制备方法、性能表现以及作用机理,以期为读者提供一个全面而深入的理解。同时,我们也对光电极基底材料的未来研究方向提出了一些建议,希望能为该领域的进一步发展提供有益的参考。

纳米陶瓷涂层是一种采用不同纳米增韧方法和制备工艺获得的陶瓷涂层,纳米结构的引入能够在一定程度上改善陶瓷涂层的脆性。介绍了纳米结构增韧陶瓷涂层的常用增韧方法及其增韧机理,包括晶须增韧、纳米线增韧、碳纳米管增韧、纳米颗粒增韧、纳米多层膜增韧、纳米超晶格增韧以及仿生结构增韧,简述了近几年纳米增韧陶瓷涂层的主要制备工艺,主要有溶胶-凝胶法、气相沉积法、热喷涂技术(如等离子喷涂、超音速喷涂)以及磁控溅射等。最后,总结了不同纳米增韧陶瓷涂层制备过程中存在的难题与挑战,并对纳米增韧陶瓷涂层的研究方向与应用前景进行了展望。

金刚石/铝复合材料具有高导热和低密度等优点,是理想的航天电子器件散热材料。然而,目前对影响金刚石/铝复合材料热导率的影响因素和可靠性研究仍有不足。采用放电等离子烧结法,综合考虑了烧结温度、保温时间和金刚石粒径组合的影响,制备了热导率为462 W/(m·K)的金刚石/铝复合材料。同时,验证了复合材料在高低温和振动环境中的扩热可靠性。结果表明,当热流密度为70 W/cm²时,与铝合金扩热板相比,金刚石/铝复合材料将带动热源温度下降13 ℃,在高低温和振动环境中仍具有热物理性质稳定性和结构可靠性,有效提升了电子设备的总体散热能力,为航空航天电子器件的发展提供了一种稳定、可靠的散热方案。

由于传统能源的大量消耗与环境污染等问题,探索高效清洁的新型能源显的越来越重要。锌空电池作为一种绿色清洁能源受到了广泛的关注,然而其阴极氧还原(ORR)反应较为缓慢限制了其大规模应用。因此开发一种高效、绿色经济的非贵金属催化剂对氧还原反应至关重要。以金属-有机骨架(MOF)作为前驱体,通过高温热解合成了铁基氮掺杂碳电催化剂(Fe-N-C)。Fe-N-C催化剂由于其较强的金属-氮配位结构可以避免金属原子的聚集和溶解,使金属原子均匀分散在氮掺杂的碳载体上,实现较高的ORR性能。制备的Fe-N-C-2催化剂具有丰富的孔隙结构和大量的Fe-N_X活性位点。其在碱性电解质中半波电位为0.91 V,在酸性电解质中半波电位为0.75 V。同时将其应用于锌空电池具有高达1.47 V的开路电压和163.1 mW/cm²的功率密度。该策略为设计二维结构以构建高性能电催化剂提供了一种有前途的方法。

简述了空心玻璃微珠的表面改性方法以及在涂料中的应用情况,分类总结了其在隔热涂料、防火涂料、吸波涂料和防腐涂料中的最新研究进展,并对未来空心玻璃微珠在涂料中的应用方向拓展进行了展望。

铁尾矿转化为高附加值产品的功能化利用越来越受关注和期待。本文以铁尾矿为原料,引入锌离子水热合成了介孔硅酸锌复合材料,包括由层状纳米片组装而成的花瓣状硅酸锌类物质(zincsilite)和异晶锌(hemimorphite)复合材料,以及由短棒组装而成的椭球状硅锌矿(willemite)复合材料。其中,花瓣状异晶锌复合材料具有典型的片状粒子聚集形成的狭缝孔结构,孔隙宽度约为3.385 nm,比表面积为96.15 m²/g。该复合材料对染料亚甲基蓝(MB)有高效吸附效应,10 min内去除率接近100%,在染料废水处理领域具有潜在的应用前景。

ETFE薄膜在自然环境老化后的力学性能是ETFE结构长期使用性能评价的基础。选取在室外自然环境长期使用后的ETFE薄膜,开展了微观形貌表征和宏观力学性能试验,采用能量法确定了自然环境老化ETFE薄膜的屈服点及弹性模量,基于数理统计分析了材料力学参数标准值。研究结果表明,自然环境老化作用使ETFE薄膜材料表面微观形貌粗糙,截面褶皱纹理密集,晶粒尺寸增大了7.8%。老化ETFE薄膜破断强度下降显著,屈服应力及弹性模量降低较大,其标准值为11.73、703.2 MPa,降低了14.9%、13.5%。研究扩展了ETFE薄膜材料力学的研究范畴,可为准确评估ETFE结构长期使用性能提供重要的力学参数。

钛植入物术后细菌感染是临床上常见的并发症。通过水热处理和退火处理,在Ti表面构建了缺氧钛酸钡纳米棒(BaTiO_3-x)阵列。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪证实了BaTiO₃纳米棒的合成,采用X射线光电子能谱确认了氧空位的存在。以甲基紫(MV)为捕获剂验证了BaTiO_3-x纳米棒阵列在超声下的活性氧(ROS)产生能力。结果表明BaTiO_3-x纳米棒阵列在超声波(US)辐照下可有效产生羟基自由基(·OH)。抗菌实验表明,BaTiO_3-x纳米棒阵列超声作用15 min对金黄色葡萄球菌(S. aureus)展现出优良抗菌能力,抗菌率达到90.92%。研究为钛植入体表面超声响应抗菌涂层的制备提供了思路。

相变混凝土(phase change concrete,PCC)是一种新型建筑材料,在相变温度范围内吸收或释放大量热量,在节能和环保方面体现了优异性能。首先综述了相变混凝土的基本原理及其发展应用概况;其次分析了相变混凝土材料性能、力学性能、热学性能的研究现状,指出了当前研究中存在的问题与挑战;最后总结了相变混凝土的试验研究与工程实际应用,并提出了基于相变混凝土复合材料的智能化发展建议。

以KMnO₄和MnCl₂·4H₂O为原料通过水热法制备出二氧化锰电极材料,利用SEM、XRD观察材料的微观形貌并确定其晶型,通过放电测试和电化学测试研究二氧化锰作为电极材料的ORR电催化性能。研究结果表明,水热反应温度为180 ℃、KMnO₄:MnCl₂·4H₂O摩尔比为2.5:1时,能够制得均匀纳米线状的α-MnO₂,其作为催化剂制备的空气阴极在极化电压为1.0 V时极化电流密度最大,达到76.15 mA/cm²,并且具有最小的阻抗,说明氧还原反应阻力最小,在10,20,30,40 mA/cm²电流密度下放电电压分别为1.64,1.49,1.36和1.23 V,放电性能相较于5%铂碳催化剂提升10%左右。

目前,开发可再生能源已经成为全球可持续能源战略中的一个重要内容。氢能是世界上最清洁的能源,被认为是最有潜力的替代能源。目前工业制氢含有大量杂质,因此,氢的提纯是利用氢能不可或缺的一环。目前钯及其合金膜在氢分离上是最常见的材料,但它们过于昂贵和产量不足,我们需要去寻找新的性能优异的氢分离膜。研究发现V/Nb及其合金膜的氢渗透系数远大于Pd,且成本相比钯金属更为低廉,是替代Pd金属的最佳氢分离膜材料。目前对V/Nb基合金膜的研究已有许多,本文介绍了合金膜的透氢原理、氢分离膜的制备方法及其优缺点以及V/Nb基合金近年来的研究现状,并展望未来氢分离膜的研究发展趋势。

水凝胶因其出色的生化和机械性能,在抗旱、保鲜、调湿等领域均有广泛的应用,在伤口敷料领域也具有突出的优势。因其良好的亲水性、生物相容性和类似细胞外基质的三维多孔结构等特征,水凝胶敷料的研究备受关注,并逐渐呈现出功能化甚至智能化。然而,目前仍缺乏对功能性水凝胶敷料的系统性阐述。介绍了不同类型的功能性水凝胶敷料,提出了水凝胶敷料在研究和应用过程中面临的挑战,展望了功能性水凝胶敷料在未来的发展前景。

层状钒氧化物电极材料具有容量高、高温性能好、成本低、安全性好等一系列优点,是下一代高性能二次离子电池的备选电极材料之一。虽然目前层状钒氧化物电极材料的电化学性能在不断提升,但层状钒氧化物在循环过程中结构稳定性差的问题始终没有得到解决。层状NH₄V₄O₁₀材料由于其特殊的结构稳定性,得到了广泛的关注和应用。本文系统地总结和讨论了层状NH₄V₄O₁₀材料在不同种类离子电池中的电化学性能、储能机制,并将NH₄V₄O₁₀材料的优化策略进行了分类和阐述。最后对层状NH₄V₄O₁₀材料的发展前景进行了展望,为进一步提升其电化学性能提供了新的见解。

组元多样性是改善Fe基非晶纳米晶合金非晶形成能力和软磁性能的重要方式之一,基于Nanomet合金,通过Fe基二元相图设计成分,利用单辊甩带法制备出Fe₈₀(Al_xSi_y)_2.4B_12.6P₄Cu₁(x/y=0,1/5,1/2,1/1,2/1)合金,探讨了x/y变化对合金非晶形成能力、热稳定性与软磁性能的影响,研究表明,x/y比例的提高能够增强合金的初晶相晶化温度与非晶形成能力,当x/y=1时,Fe₈₀(Al₁Si₁)_2.4B_12.6P₄Cu₁合金的非晶形成能力较高,退火温度窗口拓宽,在500 ℃退火1 min后表现出优异的软磁性能,其中矫顽力为1.27 A/m,磁导率达17551,由于Fe含量并没有变化,Al的掺杂对合金的饱和磁感应强度影响较小。

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。

采用溶胶-凝胶法制备了以正十八烷(C₁₈)相变材料为芯材、二氧化硅(SiO₂)为壳材的相变纳米胶囊(NEPCM),引入硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对SiO₂表面进行功能化处理,此外APTES的引入促进正硅酸乙酯(TEOS)水解缩合形成致密SiO₂壳层。研究了不同芯/壳质量比对NEPCM的微观形貌、相变焓值的影响规律,同时,对NEPCM的热循环稳定性,防泄漏性,热稳定性,对建筑内部温度调节等性能也进行了详细的研究。结果表明,随着核/壳质量比的变化,NEPCM相变焓值随着改变。在核/壳质量比为1/1.3时,所制备的纳米胶囊的相变焓值最高,达到了140.57 J/g,包覆率达到61.6%;与此同时,由于有致密SiO₂壳材的保护,相较于纯C₁₈,NEPCM具有良好的防泄漏性,在经过150次冷热循环后其焓值仅下降0.13%,具有优良的热循环稳定性和耐久性。此外,当NEPCM用于建筑热管理时,其有效地把室内温度到达峰值温度的时间延缓了385 s,并将峰值温度降低了9 ℃,表明NEPCM具有优良的蓄热调温性能。与此同时,APTES的引入使NEPCM外壳功能化,其表面氨基与有机聚合物的官能团之间的高效相互作用为高效制备纳米复合材料提供了广阔的应用前景。

随着煤炭等不可再生资源的日益枯竭,生物基替代材料得到了广泛关注,木质素来源广泛,储量巨大,但全球仅有约5%得到了资源化利用。因此本研究采用一步法,以木质素磺酸钠为原料,FeCl₃作为活化剂,尿素为氮源,制备了一种分级多孔木质素基氮硫共掺杂活性炭,探究其在超级电容器和CO₂吸附领域的应用潜力,为木质素的资源化利用提供理论支持。研究发现在6 mol/L KOH为电解液的三电极体系中,AC-1-NS在0.5 A/g的电流密度下具有高达275 F/g的比电容,AC中丰富的孔结构和杂原子决定其优异的电化学性能,掺氮引入的N-5、N-6、N-Q,掺硫引入的-SOx-导致不同AC的比电容产生差距。AC-2-NS的比表面积达到1 510 m²/g、微孔率为75.8%,CO₂吸附量达到2.86 mmol/g,孔结构和杂原子掺杂共同决定其性能。

使用化学机械抛光制备硅基铌酸锂单晶异质集成薄膜,研究了在薄膜制备过程中不同阶段下薄膜状态,利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱分析(XPS)对单晶铌酸锂的表面形貌与元素含量变化进行了表征,并通过高压极化装置对铌酸锂薄膜实现了大面积周期性极化。研究结果表明,随着研磨步骤的进行,样品表面粗糙度逐渐降低,完成最终抛光工艺后,样品表面均方根粗糙度基本达到初始样品水平;抛光过程会导致Li缺失,但是可以通过后续工艺进行修复,研磨过程中引入的杂质元素会随着工艺的进行逐渐被去除,最终得到高质量硅基铌酸锂单晶薄膜;使用高压极化装置对铌酸锂薄膜进行极化,得到周期极化的条形电畴反转单元结构。该研究对制造基于铌酸锂的高性能传感器件具有重要意义。

通过单辊甩带法制备成分为Fe_80.5-xCo_xSi_3.5B_13.5Cu₁Nb_1.5(x=0, 3, 5, 7, 9)非晶合金带材,研究了Co含量及退火温度对非晶纳米晶合金软磁性能与组织结构的影响。其中,退火温度为510 ℃,Co含量x=5时,Fe_75.5Co₅Si_3.5B_13.5Cu₁Nb_1.5非晶合金形成了由非晶基体和纳米晶粒组成的双相结构,晶粒尺寸D约为13.5 nm,具有低矫顽力H_c=2.5 A/m及高饱和磁感应强度B_s=1.59 T,获得了优异综合软磁性能。通过磁光克尔(magnetic-optical kerr, MOKE)显微镜观测合金表面磁畴结构,当退火温度为510 ℃,Co含量x=5时,内应力释放相对完全,纳米晶微观结构更加均匀,条状磁畴更清晰平直,磁畴的变化与H_c变化相对应。

近年来,由五种或五种以上金属元素以等摩尔或近等摩尔比构成,具有各组元高度分散且混乱无序结构特征的高熵氧化物受到了研究人员的广泛关注。高熵氧化物主要有岩盐型、尖晶石型、钙钛矿型和萤石型等几种类型,在储能、催化、吸波及隔热领域均有很好的应用前景。综述了近年来固相反应法、喷雾热解法、共沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、溶液燃烧合成法和激光脉冲法等制备高熵氧化物的最新研究进展,详细比较了这些方法的优缺点。在此基础上,归纳总结了目前高熵氧化物的各类改性方法;提出了目前高熵氧化物的合成过程中出现的问题,并对高熵氧化物的未来发展趋势进行了展望。

汽车工业的不断升级,对铝合金的性能和轻量化效果提出了更高要求。热处理是提高铝合金性能的有效方式之一,但如何获得最优的热处理工艺参数组合,成为行业亟需解决的问题。以6082铝合金型材前碰横梁为研究对象,系统深入研究了热处理工艺参数(固溶温度、固溶时间、时效温度、时效时间)对力学性能的影响,并建立了力学性能与热处理工艺参数的关系模型,并通过ESDB、SEM等手段分析了不同工艺参数下的微观形貌。结果表明,当固溶温度为530 ℃、固溶时间为1 h、时效温度为170 ℃、时效时间为6 h时,6082铝合金型材的力学性能最优,其屈服强度达313 MPa,抗拉强度达350 MPa,断后延伸率达13.21%;建立Y值(屈服强度、抗拉强度、断后延伸率)与关键工艺因子的关系模型,其中固溶温度对力学性能的影响最大;固溶温度为530 ℃时,晶粒尺寸最小,析出的细小Mg2Si相和Al(FeMnSi)相使力学性能最优,其拉伸断口主要为韧窝断裂。为铝合金型材热处理工艺的优化提供理论依据和实践指导。

金属是工业和日常生活最常用的原材料之一,金属设备遍及生活的方方面面。但是随着使用时间的延长,这些设备将不可避免的发生锈蚀,严重降低设备性能、缩短服役寿命,甚至可能导致安全事故事故的发生,因此延缓金属的腐蚀至关重要。长久以来,涂覆有机涂层法是最便捷高效的防腐措施。超疏水涂层凭借独特的材料特性和巧妙的表面结构,不仅能够阻止腐蚀性介质的入侵,同时可以延缓污垢的附着。在这次研究中,以硅藻(DE)土为“桥梁”,将具有Cl^-固化效果的Ni-Co LDH和Fe₃O₄磁性纳米材料进行组装,并进行疏水改性,制备了磁性疏水Fe₃O₄/Ni-Co/DE磁性微胶囊填料,实现了硅藻微胶囊的Cl^-固化和疏水的协同防腐。另外,将获得的磁性疏水填料与聚偏二氟乙烯(PVDF)混合,制备了具有钢铁自粘附特性的疏水防护涂层。测试结果表明自粘附涂层最大疏水角为151.52°,在模拟海水中浸泡20 d后最优异自粘附涂层的阻抗模值仍然高达10¹¹ Ω·cm²,表现出优异的自清洁和防腐蚀性能。

以聚苯乙烯颗粒(EPS)作为掺杂材料,通过不同的表面活性剂对其进行亲水改性,在此基础上将聚苯乙烯颗粒掺入到泡沫混凝土中,研究了亲水改性后的聚苯乙烯颗粒对混凝土力学性能和保温性能的影响。结果表明,未改性的聚苯乙烯属于憎水材料,接触角为112°,三乙醇胺改性后接触角降低至31°,具有优异的亲水性。泡沫混凝土具有多孔特征,孔径分布为20~230 μm,凝固时间随聚苯乙烯颗粒掺杂量的增多不断降低,流动度先增大后降低,EPS-0.9%的凝固时间为90 min,流动度最高为17.9 mm。随着EPS颗粒掺杂量的增多,泡沫混凝土的抗压强度持续降低,抗折强度先降低后轻微升高,导热系数和干密度先降低后增大,抗碳化性能持续降低。在28 d龄期时,EPS-1.2%试样的抗压强度达到最低值5.2 MPa,碳化深度达到最大值2.13 mm;EPS-0.6%试样的抗折强度达到最大值0.57 MPa;EPS-0.9%试样的干密度和导热系数达到最低值,分别为357 kg/m³和0.069 W/(m·K),保温性能最优。

利用单铜辊甩带法制备 (Fe_1-xNi_x)₈₃Si₁B₁₆(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)非晶合金带材,并进行退火处理。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)、直流/交流磁化特性自动测试分析仪(BH)、维氏硬度计、Instron 机械试验机分析研究不同的Fe/Ni比例对于FeNiSiB合金带材的非晶形成能力、软磁性能和力学性能的影响。结果表明随着Ni元素不断替换Fe元素,FeNiSiB合金带材会有晶化的趋势,并且有α-Fe相析出,第一晶化温度T_x1不断降低,力学性能有所提升,维氏硬度和抗拉强度分别高达770.0和2452 MPa。适当的Fe/Ni比例会使得材料的软磁性能显著提升,其中 (Fe_0.8Ni_0.2)₈₃-Si₁B₁₆在退火处理后饱和磁感应强度Bs为1.62 T,矫顽力Hc仅为0.5 A/m,初始磁导率μi为33 000。

由块状三元金属硼化物(MAB相)制备的MBene作为一种新型的二维材料,其大规模发展受到了越来越多的关注,但其制备策略受到了限制。工作详细探索了采用氢氟酸法从MoAlB中刻蚀Al层的最佳制备工艺条件,并成功合成了具有典型手风琴结构的Mo₂Al_1-xB₂(MBene)二维材料。此外,使用X射线衍射仪和XPS详细分析了MBene晶体结构和表面化学状态。扫描电子显微镜结合能谱仪分析了MBene的微观形态。结果表明,在60 ℃下刻蚀72 h(简称60-72 h)合成的MBene具有清晰手风琴层状结构特征。当用作LIBs阳极时,60~72 h样品具有出色的电化学性能,在1 A/g电流密度下循环500次后的可逆比容量为228.0 mAh/g。其优异的电化学性能主要归因于二维MBene良好的导电性及快速锂离子扩散通道,由此而带来高的赝电容效应,即在2 mV s^-1扫描速率下,赝电容贡献达到~86.7%。

再生混凝土作为绿色生态混凝土,其在生态水利工程中的应用较为广泛。为提高其力学性能和耐久性,采用内养护方式将再生骨料预处理至干燥、半饱和、饱和状态,分别以50%、100%的取代率取代普通混凝土,并设置干燥状态的普通混凝土作为对照组,分析了不同取代率下含水量对再生混凝土宏细观性能的影响并对各参数进行相关性分析,通过建立再生骨料吸水、解吸模型从细观尺度诠释内养护作用机理。研究结果表明,同等取代率下,养护90 d时抗压强度较优异的是含水率50%的再生混凝土组。取代率增大,孔隙增多,养护90 d时,R50P、R100P的孔隙率比7 d时分别降低14.2%、10.3%,说明含水率50%的再生骨料能一定程度上改善孔隙和界面过渡区结构;骨料吸水、解吸过程中发挥的内养护作用机制是再生混凝土后期强度持续增长的主要原因。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂,结合超声工艺对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行分散处理,配置出MWCNTs水性分散液,并将其作为掺杂相制备了粉煤灰混凝土,通过TEM、XRD、SEM、FT-IR、力学性能测试和快速冻融实验等方式研究了多壁碳纳米管掺量对粉煤灰混凝土的力学和耐久性能的影响。结果表明,PVP结合超声工艺能够有效分散MWCNTs,粉煤灰混凝土中加入MWCNTs能够加速水泥水化反应的进行,提高C-S-H和Ca(OH)₂等水化产物的生成量。适量的MWCNTs掺杂后能够细化水泥内部孔结构,减少裂纹和大尺寸孔洞的数量,使粉煤灰混凝土的破坏形式由脆性断裂转变为韧性断裂。MWCNTs-0.3%试样的载荷峰值和形变量达到最大值,分别为41.6 kN和2.92 mm;抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为60.5 和11.2 MPa。经过100次快速冻融循环后,MWCNTs-0.3%试样的质量损失率为最低值0.271%,相对动弹性模量最大为84.34%,抗冻性能提升显著。

采用二酮吡咯并吡咯基半导体聚合物PDVT-10与新型碳纳米材料碳量子点(CQDs)复合,通过溶液法制备了平面异质结薄膜有机光电晶体管(OPT)。PDVT-10/CQDs薄膜叠加了PDVT-10和CQDs的光学特性,在紫外至近红外的宽频范围显示了很高的光吸收能力。相较于纯PDVT-10光电晶体管,PDVT-10/CQDs平面异质结OPT展现出更优异的宽谱光电探测性能,在450 nm激光照射下,器件的光响应度达2.6×10⁴ A/W,比探测率达2.4×10¹³ Jones,最大光灵敏度超10⁴;在808 nm光照下,光响应度甚至高达4.4×10⁴ A/W,比探测率达1.2×10¹³ Jones。根据OPT光响应过程的探究,PDVT-10/CQDs异质结器件的性能提升源于界面处合适的能级排布增强了激子的解离效率、促进电荷分离,并有效减少了空穴-电子复合几率,同时PDVT-10高空穴迁移率有助于形成高效的电荷传输通路。研究为发展高性能有机光探测器件中提供了一条重要途径。

采用共沉淀法制备了不同含量La掺杂的Cu/ZnO/ZrO₂催化剂,并对其进行了关于CO₂加氢合成甲醇的实验研究。采用XRD、N₂物理吸附、N₂O化学吸附、XPS、H₂-TPR、CO₂-TPD等技术考察了La对于Cu/ZnO/ZrO₂催化剂的优势,并对La不同含量的影响进行了研究。详细讨论了不同掺杂量(0%~10%)La的加入对Cu平均粒径、聚集状态和元素间相互作用的影响。实验表明,掺杂的La后,Cu/ZnO/ZrO₂催化剂的比表面积和分散度显著提高,碱性位点的数量显著增加与未经改性的催化剂相比具有明显的甲醇选择性优势。La的掺杂促进了Cu-ZnO之间相互作用,提升了催化性能。适宜的La含量有利于Cu/ZnO/ZrO₂催化剂的催化性能,当La含量为5%时,在240 ℃、3 MPa的条件下CH₃OH的时空产率最高达到了0.35(g_(MeOH)/g_(cat)·h)。

采用分子动力学模拟的方法,对不同成分Ni-Zr合金高温熔体的原子结构和热力学性质方面进行研究,分析影响其非晶形成能力的因素。通过观察降温过程中平均原子体积随温度的变化,以及300 K下构型的可视化分析中非晶结构比例的变化,发现Ni-Zr合金非晶形成能力在Ni含量占比60%~90%区间,非晶形成能力出现显著下降后又回升的情况。混合焓、混合熵、混合自由能等热力学参数未表现出与非晶形成能力有明显相关性,混合自由能二阶偏导数的变化,体现出热力学因子的变化显著影响非晶形成能力。双体分布函数,配位数等与非晶形成能力密切相关的结构参数呈现较弱相关性。Warren-Cowley参数,及键长分析,发现Ni-Zr键的变化表现出与非晶形成能力相同的变化趋势。此项研究有利于加深对合金高温熔体与非晶形成能力间关系的理解。

橡胶颗粒具有良好的吸能变形能力,将橡胶颗粒掺入水泥基中可以有效提高材料的韧性,同时能够增强水泥基的抗冻性、抗开裂、抗冲击等性能。但由于橡胶颗粒是一种憎水物质,导致橡胶与水泥浆液的界面粘结力较弱,水泥基材料的强度有所下降,因此对橡胶水泥基材料进行化学与物理改性研究。结果表明,改性橡胶通过两种方式来增强水泥基材料的性能:其一,改性剂通过溶解橡胶颗粒表面的杂质和在其表面形成一层薄膜来提高橡胶的亲水性;其二,改性剂与水化产物发生反应,形成有效的化学交联,使橡胶颗粒与水泥浆液形成紧密连接。同时研究发现,橡胶颗粒与纤维聚合物对水泥基材料的增强增韧有协同作用。

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,对一氧化氮 (NO) 分子在石墨烯表面上吸附的光学特性进行了理论研究,计算了石墨烯表面顶位、桥位和空位3个位点吸附NO分子的吸附能、Mulliken分布、差分电荷密度、态密度和光学性质。研究结果表明,单O掺杂、单N掺杂和O-N双掺杂的石墨烯表面均易吸附NO分子,其吸附方式是化学吸附;3种掺杂均会在石墨烯的费米能级附近形成新的杂质能级,为电子跃迁提供帮助,提升石墨烯的光学性能;在可见光360~780 nm范围内,O-N双掺杂石墨烯表面C-N键桥位吸附NO分子的光学性能最优,其吸收系数和反射系数的峰值较未掺杂时分别提高了约1.40倍和1.84倍。工作加深了对石墨烯表面吸附NO分子的理解,为基于石墨烯材料的NO传感研究提供了理论支持。

金属有机框架(MOFs)材料因其独特的孔隙结构和便于调节的化学性质而在光催化领域显示出巨大潜力。沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)作为光催化剂面临光吸收不足的问题。针对现阶段ZIF-8在应用中存在的难点,采用吡啶基功能化修饰的方法,改善ZIF-8禁带宽度,从而提高ZIF-8的光催化活性。由2,2′-联吡啶修饰的ZIF-8(2-BP)具有最强的光催化活性,其光催化析氢效率约为910.14 μmol/(g·h),是未修饰ZIF-8的7.3倍。

硅藻基是一种天然的、具有良好热稳定性的非金属材料,是相变储能材料(phase change material,PCM)的优良载体,广泛应用于太阳能、建筑、节能等领域。介绍了硅藻土基相变储能材料和硅藻壳基相变储能材料。综述了硅藻土改性相变储能材料、导热增强硅藻土复合相变储能材料、光热转换硅藻土复合相变储能材料、硅藻壳改性相变储能材料的研究进展。硅藻基相变储能技术有望成为高效、环保的能源储存解决方案,为可再生能源的发展做出贡献。

Ruddlesden-Popper(RP)型钙钛矿氧化物具有独特的理化性质,被认为是一种极具潜力的固体氧化物燃料电池(SOFCs)阳极材料,但是多数现有RP型钙钛矿存在不耐还原、催化氧化活性或稳定性不足等问题。在简要介绍RP型氧化物的基础上,总结出其结构可调和性质特异的内在机理,基于材料微观结构的维度、离子取代位点、制备工艺特性等系统地介绍了近年其作为SOFCs阳极的研究进展,并对制备RP型材料使用的相转变法及提升催化活性的原位析出进行了梳理与探讨,重点分析了RP型钙钛矿氧化物用于SOFCs阳极的设计理念和目前仍然存在的问题。最后指出利用异价离子取代、理论实践结合、充分利用氧非计量比是开发耐还原且具有高催化活性和稳定性的新型RP阳极的重要策略。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其铂基催化剂昂贵和资源稀缺,未能得到大规模应用,过渡金属氮掺杂碳(M-N-C,M=Fe,Ni,Mn,Co)单原子催化剂被认为是有潜力的氧还原反应(ORR)催化剂,其中Fe-N-C催化剂在酸性介质下具有较高的氧还原催化活性,成本低,受到广泛关注,被认为是最具有前途替代铂基催化剂的燃料电池催化剂,然而,大多数报道的Fe-N-C催化剂在燃料电池中的性能仍不如铂基催化剂,并且在酸性介质下稳定性差,而不能被广泛应用,在此,我们报道了一种以ZIF-67为前驱体,在具有稳定高石墨化NC载体上构建Fe-N_x和Co-N_x双活性位点,得到的Co/Fe-N-C双原子催化剂实现了0.96V(vs.RHE)的起始电位(E_oneset)和0.79 V(vs.RHE)的半波电位(E_1/2),对比Fe-N-C和Co-N-C催化剂有着更显著的稳定性和更优异的ORR活性,为提高Fe-N-C催化活性和耐久性提供一条新思路。

以乙酸盐为前驱体,采用水热法制备不同比例Cu/Zn催化剂,在未H₂预处理的情况下对其进行CO₂加氢制甲醇性能评价。采用XRD、TG-DSC、H₂-TPR、CO₂程序升温解吸和XPS等表征手段考察了不同Cu/Zn比对催化剂的晶相结构,表面性质和价态的影响,并对其活性位点进行研究。研究结果表明,以乙酸盐为前驱体制备的Cu/Zn催化剂,在未预处理的情况下进行CO₂加氢制甲醇活性评价,反应气(H₂∶CO₂=3∶1)中的H₂会将Cu/Zn催化剂的Cu²⁺还原成Cu⁰,形成新的Cu⁰-ZnO界面,使得其达到不错的性能,其中Cu/Zn45在3 MPa,240 ℃的条件下达到7.97 mmol/g·h的时空产率。