模板和发泡双策略制备氮掺杂介孔碳材料及电化学性能

以尿素作为氮源,聚乙烯吡咯烷酮为碳源,同时利用硬模板法和发泡双策略在不同预活化温度(90℃、140℃、180℃和250℃)下探究前驱体缩合反应程度。通过SEM对其形貌分析,通过BET分析不同的发泡温度对孔径的影响,进而探究其作为电极材料的电化学性能。结果表明,在预活化温度为180℃的条件下煅烧的NPCNs样品呈三维网状形貌,拥有较高的比表面积且伴随着丰富的分级多孔结构。同时,NPCNs的导电性高,电化学性能良好,在1 mV/s的扫速下比电容高达382 F/g,即使在2 A/g的电流密度下经过1000次循环后仍保持近100%的容量保持率,放电比容量能达到302 F/g。

电化学免疫传感器中纳米材料信号放大策略的研究进展

简单介绍了电化学免疫传感器的构成及原理,详细从导电性增强、信号分子富集、抗体增加、催化信号放大等4个方面进行纳米材料信号放大策略的综述。其中重点分析了各类纳米材料,包括石墨烯类纳米材料、金属纳米材料、多孔纳米材料、磁性纳米材料和金属化合物纳米材料的功能特性及信号放大原理。其次,总结了基于纳米材料信号放大策略的电化学免疫传感器对不同领域分析物的检测,提出了基于纳米材料的电化学免疫传感器目前面临的问题,并对其今后发展存在的机遇进行了展望(引用文献79篇)。

绿色能源融入化学实验教学——以锂硫电池阴极材料制备为例

本文利用先进的锂硫电池作为大学无机化学课程实验,探讨将先进的储能技术与大学无机实验教学相融合。本实验选取氮掺杂多孔碳作为研究对象,利用X射线衍射仪、手套箱、电化学工作站、蓝电电池测试仪等设备对其结构与电化学性能进行研究。本实验结合了绿色能源理念,理论知识与动手实践相结合,巩固电化学知识的同时使学生掌握制备电极、组装和测试电池的基本技能,旨在提高本科生的创新能力和综合素质。

电化学沉积时间对碱预处理钛合金表面HA涂层的影响

采用碱预处理钛合金表面再电化学沉积的方法,研究了电化学沉积时间对羟基磷灰石(HA)涂层物相、形貌、生物活性及其与钛合金基体间结合强度的影响。结果表明,碱预处理钛合金表面制备的电化学沉积涂层主要由片状HA相组成,电化学沉积时间对涂层物相组成没有影响,但会影响涂层厚度;沉积时间60 min时得到的HA涂层较致密,与基体的结合强度达17.85 MPa。各沉积时间下得到的HA涂层均具有较好的生物活性,在模拟体液(SBF)中,CO_(3)^(2-)置换HA中的PO_(4)^(3-)进入磷灰石中形成类骨磷灰石CHA,呈馒头状,直径7~8μm,且在SBF中浸泡3 d,CHA可铺满HA表面。

磷掺杂钴酸铁电极材料用于非对称超级电容器

采用简单的水热法和低温磷化法在柔性碳布上原位生长磷掺杂的钴酸铁纳米线(P-FeCo_(2)O_(4-x))电极材料,研究了不同磷源加入量对P-Fe Co_(2)O_(4-x)的形貌和性能的影响。结果表明:当加入的磷源量为400mg时,所制备的P-FeCo_(2)O_(4-x)-2电极材料具有优异的电化学性能,在5m A/cm^(2)的电流密度下表现出3643m F/cm^(2)的比电容,在20m A/cm^(2)的电流下充放电循环5000次后容量保持率为85.9%。性能提升的主要原因得益于磷掺杂到尖晶石结构中,取代了部分氧原子的位置并形成氧空位,提高缺陷程度的同时,改善了电子结构,提高了电导率。进一步组装成柔性非对称超级电容器,其正极为P-FeCo_(2)O_(4-x)-2材料,负极为活性炭(AC)。该电容器在功率密度达到747.4W/kg的情况下,展现出高达40.9Wh/kg的出色能量密度。此外,经过2000次充放电循环测试,即使在5A/g的电流密度下,其容量保持率依然稳定在82.1%。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

氧化锆增强铝基复合材料的制备及性能研究

铝合金由于其强度高、质量轻、价格低等多重优势,在汽车制造、航空航天、水下装备等各个领域都极具应用前景。利用机械搅拌铸造方法制备了不同质量分数纳米氧化钇稳定氧化锆(yttrium oxide stabilized zirconia,YSZ)的Al-YSZ复合材料,研究纳米YSZ质量分数对铝基复合材料组织和性能的影响。研究结果表明,添加的纳米YSZ均匀分布在Al基体中,不与Al基体发生反应。同时能够作为异质形核剂细化晶粒,并通过Orowan强化机制提升复合材料的力学性能。添加质量分数为8%的纳米YSZ的复合材料具有较好的强度和塑性。同时,在受到外力作用时,纳米YSZ会发生从四方到单斜的相变,并产生一定的体积膨胀,在吸收能量的同时改善了复合材料内部的晶格畸变,从而提高了铸态复合材料的塑性。

增材制造专业课程与材料专业学科相结合的教学方法探讨

增材制造作为一门新出现的先进制造技术近年来发展迅速,应用前景广阔,对我国发展高端制造业具有重要作用。增材制造技术进入高校课堂的时间不长,2021年增材制造工程专业课程首次进入我国普通高等学校本科专业目录新增专业名单,因此当前大部分高校处于开展增材制造专业课程的初期阶段,在教学内容和教学方式上存在较大差异,面临着经验不足、教学效果差等问题。目前开设增材制造课程教学的专业主要集中在工科专业,该文探讨在材料学科中开展增材制造专业课程的教学方法,从增材制造课程的理论教学、课程实践、科研项目三方面进行教学内容和教学方法的论述。并阐述如何将增材制造课程内容与传统材料学科知识相结合,培养适应快速技术发展的专业人才。该文的最后对增材制造专业课程中如何融入思政教学也提出思考与展望。

碳材料改性的BiOX光催化材料的研究进展

环境与能源问题严峻,人们迫切需要开发一些高效、环保、稳定的光催化剂。卤氧化铋(BiOX,X为Cl、Br、I)因其独特的层状结构、优异的光学、电学性能而受到光催化领域的广泛关注。但BiOX存在光吸收不足、电子−空穴(electron-hole,e^(−)−h^(+))快速复合、载流子浓度有限等问题而限制了它的应用。利用碳材料修饰BiOX可以极大地提升BiO X的光催化性能。简要介绍了BiOX的结构、性质、改性方案,碳材料基本类型和性质,主要综述了近几年零维,一维,二维,三维碳材料改性的BiOX光催化剂的研究进展,并分析了碳材料对BiOX光催化剂的提升机制,最后展望了碳材料改性的BiOX所面临的机遇和挑战。

氮掺杂纳米碳包覆MnO复合材料的制备与电化学性能

利用静电引力在MnO_(2)纳米线表面吸附盐酸处理的三聚氰胺(H-melamine),H-melamine和MnO_(2)纳米线的质量比分别为1∶1,3∶1,5∶1,然后进行退火以制备氮掺杂纳米碳包覆MnO(MnO@N-C)复合材料,研究了复合材料的物相组成、微观结构和电化学性能。结果表明:退火处理使得MnO_(2)纳米线和包覆在其表面的H-melamine分别转变为MnO及氮掺杂碳材料,得到的MnO@N-C复合材料呈现串珠状形貌;当H-melamine与MnO_(2)纳米线的质量比为3∶1时,复合材料的电化学性能最佳,在1 A·g^(-1)电流密度下表现出1050 F·g^(-1)的超高比电容,并且在3 A·g^(-1)电流密度下经6000次充放电循环后具有75%的容量保持率。以复合材料为正极、活性炭为负极组装的锌离子混合超级电容器的工作电压范围可达0~2.0 V,且表现出72 W·h·kg^(-1)的能量密度;在3 A·g^(-1)的电流密度下经过5000次循环后,超级电容器仍能保持88%的初始比电容。

非均匀GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器材料表征和器件性能研究

本文利用分子束外延(MBE)技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结合能谱仪(EDS)对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析,并利用二次离子质谱仪(SIMS)对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明,该量子阱外延材料晶体质量很好,量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。对于非均匀量子阱红外探测器,通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度,可以改变量子阱电场分布,而与传统的均匀量子阱红外探测器相比,其暗电流显著下降(约一个数量级)。在不同阱宽下,非均匀量子阱的跃迁模式发生改变,束缚态到准束缚态跃迁模式下(B-QB)的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。

金属基石墨烯复合材料的合成机理及工艺方法

石墨烯具有良好的力学性能、导电导热和耐腐蚀性能,大部分纯金属只有在某些方面有着单一的良好性能,而不具备多维度的优良材料性能,金属基复合材料可以弥补纯金属在单一方面性能的不足,具有比单一基体更优异的性能;石墨烯/金属基复合材料(Gr-MMC)在航空航天、汽车、电子和军事领域有着广泛的应用。详细介绍了微观层面金属基表面沉积石墨烯的机理,在不同的金属表面石墨烯会表现出不同的行为,其中铜、钌、铱、镍是比较有代表性的几种金属,通过研究在不同金属上的沉积机理能够更好地从微观层面指导金属基复合材料的制备;金属基石墨烯复合材料的制备工艺针对不同的金属大致可以分为液相法、固相法和沉积处理,对于每种工艺方法的特点和不足也有所提及。

TiB增强钛基复合材料的热腐蚀行为

钛基复合材料因其优异的高温力学性能,在航空航天和海洋工程领域具有广泛的应用前景。但在高温含盐环境下服役时,会遭受热腐蚀,限制其应用。在钛基复合材料中添加TiB增强相,可进一步提高其高温强度和使用温度,在此基础上,研究其在高温盐环境下的热腐蚀行为和机制。研究了TiB增强钛基复合材料在973 K条件下热腐蚀30 h的腐蚀行为,测定了材料的热腐蚀质量变化,并采用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对材料热腐蚀后表面腐蚀产物、形貌以及截面结构进行分析。热腐蚀过程中,材料表面形成细丝状TiO2晶体、微裂纹以及颗粒状腐蚀产物等形貌。结果表明,随着TiB增强相体积分数的增加,材料表面氧化物膜层致密度增加,膜层中缺陷减少,表面腐蚀行为减轻,材料耐热腐蚀性提高。

功能性渔用材料的研究现状与展望

随着新材料技术的不断革新和现代渔业的高质量发展,功能性渔用材料迎来了新的挑战,同时也给现代渔业高质量发展带来新的机遇。功能性渔用材料在蓝色粮仓建设、渔业生态环境保护及绿色水产品供给等方面发挥了重要作用。为研发综合性能更加优越的功能性渔用材料,本文概述了近年来功能性渔用材料的研究现状,分析了防污材料、可降解材料、发光材料、抗菌材料等功能性渔用材料的应用进展以及现阶段存在的问题与不足,并展望了今后的发展趋势,以期为功能性渔用材料的快速崛起和产业化应用等提供参考。

原位生长CNTs对于铜基复合材料性能的影响

通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用内氧化法制备Cu-Al_(2)O_(3)粉末,利用CVD技术改善碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)在铜基体中的分散性和界面结合,提高复合材料的性能。在制备的铜基复合材料中,Al_(2)O_(3)和CNTs双增强相的加入能够提高复合材料的力学性能,且CNTs独特的纤维结构有助于阻止熔融铜脱离基体表面,保持液态熔池稳定,避免复合材料导电率降低。双增强相的添加提高了复合材料的耐磨性、抑制了腐蚀坑的形成。Al的质量分数为0.35%的CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料能够保证导电率较高的情况下得到较高的维氏硬度与致密度。为制备高性能铜基电接触材料提供了新思路。

掺Mg^(2+)的ZIF-8材料的制备及抗菌和促成骨性能研究

金属有机框架材料被广泛应用于种植体、骨修复等医疗领域。选用二甲基咪唑为有机配体,Mg^(2+)、Zn^(1+)为金属结节,通过溶剂热法在室温下成功合成纳米级Mg@ZIF-8有机框架材料。Mg@ZIF-8纳米颗粒为正十二面体结构,粒径为200~400 nm,具有Mg–N、Zn–N、C–N、C=C、C=N、C-H官能团,在酸性微环境下不稳定,以上物理表征与ZIF-8相似。抗菌实验结果表明:随着Mg^(2+)浓度的升高,Mg@ZIF-8对大肠杆菌的抗菌性能逐步提高,而且一定浓度的Mg^(2+)对金黄色葡萄球菌的抗菌性能也有所提高。体外矿化实验表明:Mg^(2+)能够促进钛片表面P、Ca的沉积。Mg@ZIF-8有机框架材料在植入物领域有良好的应用前景。

MnFePBA/rGO/CC复合电极的制备及电化学电容性能

采用共沉淀法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长锰铁普鲁士蓝类似物(MnFePBA)纳米颗粒,获得不同MnFePBA和GO质量比(1:0.1,1:0.3,1:0.5)的复合粉体;采用超声喷涂法将MnFePBA/GO复合粉体涂敷在预热的碳布(CC)基底上,并借助化学还原将GO转化成还原氧化石墨烯(rGO),制备出MnFePBA/rGO/CC复合电极,研究了复合电极的微观结构和电化学电容性能。结果表明:当MnFePBA与GO的质量比为1:0.1时,MnFePBA颗粒发生团聚;当二者的质量比为1:0.5时,GO纳米片出现明显堆叠;当二者的质量比为1:0.3时,GO与MnFePBA均匀复合,所制备的MnFePBA/GO/CC复合电极具有最高的比电容、最小的内阻及最快的离子扩散速率,电化学性能最优。当MnFePBA和GO质量比为1:0.3时,化学还原法制备的MnFePBA/rGO/CC复合电极在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容由化学还原前的888 F·g^(-1)增加到1032 F·g^(-1);当电流密度从1 A·g^(-1)增大到10 A·g^(-1)时,比电容保持率由化学还原前的44.93%提升至54.55%,且在7 A·g^(-1)电流密度下经过3000圈循环后的比电容保持率仍为94.78%。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

非金属原子掺杂碳基材料活化PMS降解污染物及其催化机制

碳基材料具有较大的比表面积、良好的耐酸碱性、结构易于改性以及环境友好等特性,在催化活化过氧单硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)方面发挥了重要作用。理解碳基材料的结构和PMS活化机制对进一步设计高性能催化剂有着十分重要的指导意义。主要综述了N、B、P原子的单掺杂碳基催化剂及其研究现状,分析了不同杂原子掺杂碳基催化剂活化PMS的反应原理,详细阐释了杂原子掺杂改善反应活性的作用机制。此外,总结了不同类型杂原子掺杂CNT用于苯酚降解,并着重阐述了杂原子掺杂CNT活性改善的主要因素。最后,提出了当前杂原子掺杂碳基材料面临的一些挑战,给出了相关的解决建议并对该领域的发展进行了展望。

基于CDs@SiNWs的光电化学免疫传感器构建及性能研究

采用金属辅助化学蚀刻法制备高定向硅纳米线阵列(silicon nanowire arrays, SiNWs),结合碳点(carbon dots,CDs)改性制备了一种新型无标记光电免疫传感器,用于心肌肌钙蛋白I(cardiac troponin I, cTnI)的检测。N型SiNWs作为光阳极,可获得强的光电信号基底响应。采用旋涂法将CDs负载于SiNWs表面,可以提高SiNWs对可见光的吸收能力,促进光生载流子分离,从而提高SiNWs的光电性能;同时,CDs为抗体连接提供了羧基活性位点。基于CDs@SiNWs的光电免疫传感器对cTnI的检测具有良好的线性范围(0.005~5.000 ng/mL)和较低的检出限(3.79 pg/mL)。所设计的光电化学(photoelectrochemical, PEC)免疫传感器具有良好的灵敏度、稳定性和重复性。该电极可实现无标签检测,为实现c TnI的即时检测提供了新的途径。