基于二维蛭石纳米片混合基质膜分离CO_(2)/CH_(4)性能研究

本研究以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物(Pebax)为高分子膜基质,二维蛭石纳米片(VMT)为填充剂,制备不同填充量的混合基质膜(Pebax-VMT MMMs)。利用蛭石纳米片的结构以及其在混合基质膜内的排列方式,为CO_(2)构筑传输通道,同时提高膜对CO_(2)/CH_(4)的分离性能。通过对Pebax-VMT MMMs的表征和气体分离特性进行研究,结果表明,填充VMT后混合基质膜在CO_(2)/CH_(4)体系中的分离效果明显增强。当VMT填充量为5 wt%时,Pebax-VMT MMMs表现出了最优的CO_(2)分离性能,CO_(2)的渗透量为489.31 Barrer, CO_(2)/CH_(4)的选择性为39.96,与纯Pebax膜相比,CO_(2)渗透量增加98.3%,同时CO_(2)/CH_(4)的选择性增加84.2%。

二维WS_(2)纳米片的规模化可控制备及其摩擦学性能

以微米级WS_(2)为原料、异丙醇为剥离介质,通过超声辅助液相剥离、液相级联离心和固液分离的策略制备二维WS_(2)纳米片,采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重-差示扫描量热联用分析仪等对二维WS_(2)纳米片的微观结构、形貌和热稳定性进行表征。借助四球摩擦磨损试验机考察二维WS_(2)纳米片作为锂基润滑脂添加剂的极压、减摩和抗磨性能,利用电子显微镜对钢球磨斑表面进行分析。结果表明,实现了不同片径二维WS_(2)纳米片的规模化制备,且所制备的样品晶型无破坏、晶格完整,具有较好的热稳定性;二维WS_(2)纳米片的片径对锂基润滑脂的摩擦学性能有显著影响,随着片径减小,其极压、减摩和抗磨性能均明显提升;当WS_(2)-3纳米片质量分数添加量为2.0%时,最大无卡咬负荷和烧结负荷较锂基脂分别提升63.3%和86.1%,摩擦系数和磨斑直径减小19.3%和34%。

二维蛭石纳米片的制备及其环境吸附功能的研究进展

蛭石是一种层状硅酸盐矿物,具有独特的层状结构、层间离子可交换性、高比表面积、纳米层间域等物化特性,属于天然的非金属矿产资源,来源广泛,价格低廉,可作为良好的吸附材料应用于水体污染物的去除。由于蛭石片层的堆垛,巨大的内比表面难以展现,限制了其对污染物的吸附能力,将天然蛭石剥离成纳米级厚度的二维纳米片是获得巨大内比表面积并提高其吸附性能的有效途径。综述了近年来二维蛭石纳米片的制备方法,包括热膨胀剥离预处理法、物理剥离法、化学剥离法、物理-化学联合剥离技术,总结对比了各种方法的优缺点,并简述了剥离蛭石对部分水体污染物吸附性能的研究进展,为寻求蛭石的高产率剥离方法及剥离蛭石在环境吸附方面的高附加值应用提供思路。最后,对二维蛭石材料的发展趋势进行了展望。

SnS_(2)/ZIF-8衍生二维多孔氮掺杂碳纳米片复合材料的锂硫电池性能研究

锂硫电池(LSBs)因能量密度高、原料储量丰富、环境友好等优点引起了广泛关注。然而,多硫化物的穿梭效应、反应过程中较大的体积膨胀以及硫较差的电子电导率等缺点极大地限制了其发展。本研究设计了一种SnS_(2)纳米颗粒与ZIF-8衍生的花状二维多孔碳纳米片/硫复合材料(ZCN-SnS_(2)-S),并研究了其作为锂硫电池正极的电化学性能。其独特的二维花状多孔结构不仅有效缓解了反应过程中的体积膨胀,而且为Li+和电子的传输提供了快速通道,杂原子N也促进了对多硫化物的吸附作用。并且负载的极性SnS_(2)纳米颗粒极大地增强了对多硫化物的吸附,从而使ZCN-SnS_(2)-S复合材料表现出优异的电化学性能。在0.2C(1C=1675 mA·g^(–1))电流密度下,ZCN-SnS_(2)-S电极循环100次后仍能保持948 mAh·g^(–1)的高可逆比容量,容量保持率为83.7%。即使在2C的高电流密度下循环300圈,ZCN-SnS_(2)-S电极仍具有546 mAh·g^(–1)的可逆比容量。

MoS_(2)纳米片功能化PAN锂金属电池隔膜的制备及锂枝晶抑制作用

引导锂离子流的均匀分布可以有效抑制锂枝晶的形成-生长,推动锂金属电池的产业化应用.本文采用化学插层法制备出单层或少层、结构完整的MoS_(2)纳米片,将二维MoS_(2)纳米片喷涂到静电纺聚丙烯腈(PAN)纤维膜上,制得MoS_(2)@PAN复合隔膜.MoS_(2)涂层的引入不仅提高了离子电导率(1.02 mS/cm)、Li+迁移数(0.59)和电解液亲和性,而且降低了复合隔膜的孔径,使其孔径分布均一.这些特性协同作用,调控了通过MoS_(2)@PAN复合隔膜的Li+流分布,促进了Li+在锂金属表面的均匀沉积,抑制了锂枝晶的形成-生长.因此,MoS_(2)@PAN复合隔膜组装的Li/Li电池在1 mA/cm^(2)电流密度下以14 mV的超低过电位可稳定循环长达500 h,循环后的锂金属表面没有明显的枝晶生长.此外,MoS_(2)@PAN复合隔膜组装的LiFePO_(4)/Li电池在2C倍率下循环550次后保持92%的初始容量,表现出更稳定的循环性能.通过隔膜调节Li+通量实现了锂的均匀沉积,为抑制锂枝晶的形成-生长提供了一种可行的策略.

镁合金表面TiO_(2)二维薄膜的制备及其耐腐蚀性能研究

由于镁是一种较为活泼的金属,容易被氧化,且生成的氧化膜不具备保护性,这会进一步加快镁的腐蚀速率。通过在镁合金表面制备一层保护膜来阻断其与腐蚀物质的接触,从而增强镁合金的耐腐蚀性。首先根据已有文献制备TiO_(2)胶体,然后利用电泳沉积法,以镁合金基样为阳极,在其表面制备TiO_(2)薄膜,电泳液为上述TiO_(2)胶体,并探究了制备过程中的各项实验参数(不同电泳时间和不同沉积时间)对样品的影响。采取XRD、SEM等测试方法对制备的TiO_(2)薄膜进行分析,并进一步测试样品的极化曲线并做出分析。通过一系列参数优化可知,最优参数为电泳电压20 V,沉积时间90 s,此时制备的TiO_(2)薄膜的腐蚀电位最正,为-1.26 V,同时腐蚀电流密度也最低,为4.21×10^(-6)A/cm^(2)。

二维黑磷纳米材料用于骨与软骨组织修复的临床前研究进展

临床上骨与软骨组织的缺损非常常见,目前骨缺损的临床治疗方法主要包括植骨术、Masquelet技术、Ilizarov技术,而软骨缺损的临床治疗方法主要包括微骨折术、自体软骨移植术、同种异体软骨移植术,然而这些治疗方法均有一定局限性。近些年来,黑磷作为一种新兴的纳米材料正被广泛研究,由于它拥有优越的机械性能、导电性、光热性能和生物相容性等,黑磷被认为在电极、场效应晶体管、电子学和生物医学等多个领域有良好的应用前景。本文综述骨与软骨缺损的治疗方法现状以及黑磷纳米片用于治疗骨与软骨缺损的临床前研究进展。

二维ZnO纳米片的热力学研究

采用水热法合成了二维ZnO纳米片,并通过扫描电镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD)对其形貌尺寸和物相进行表征,合成的多孔状纳米纯度高,且结晶度好。采用原位微热量技术,得到了过程的热动力学信息,结合热化学循环、热动力学原理及动力学过渡态理论,获取了二维ZnO体系的整体热力学函数和表面热力学函数,讨论了温度对表面焓、表面熵和表面吉布斯自由能的影响规律。结果表明:(i)纳米ZnO整体热力学函数:标准摩尔生成吉布斯自由能、标准摩尔生成焓和标准摩尔熵均比块体的大;(ii)随着温度的升高,表面焓和表面熵增加,表面吉布斯自由能则减少。

二维沸石纳米片的合成及其分离膜研究现状

二维(2D)纳米片堆叠构建的层状分离膜的出现为下一代高效膜分离技术开辟了新途径.2D沸石纳米片具有纳米级别的厚度及较大的横纵比,其面内规整孔道为分子传质提供了丰富的路径,并可有效缩短传统无孔纳米片堆叠构筑的二维膜内分子绕行的传质路径,有望用于制备具有优异分离性能的二维材料膜.本文综述了2D沸石纳米片的合成方法及沸石纳米片膜的研究进展,重点介绍了2D沸石纳米片合成方法,包括表面活性剂辅助合成、沸石层状前驱体剥离和Assembly-disassembly-organization-reassembly(ADOR)法,以及2D沸石纳米片膜的制备方法及其在膜分离中的应用,最后对该领域当前的技术局限性和未来的研究方向进行展望.

二维MoSe_2、MoS_2纳米片在一维纳米线上的边缘外延生长

近年来，构建以二维材料为基础的异质结由于其在光电子器件、热电子器件以及催化等领域的潜在应用，受到研究者的广泛关注。

二维钴基纳米片阴极电催化还原硝酸盐氮

鉴于污染废水中稳定存在的硝酸盐氮的毒性和潜在致癌性,急需开发高效的硝态氮处理技术。电化学法具有高效、稳定且产物可控等优点,成为目前净化废水中硝酸盐污染最具潜力的处理工艺。然而,传统的粉体电催化剂在复杂水体中容易受到抑制,因此需要寻找更高效的电催化材料。本研究使用模板法和煅烧法制备了二维钴基纳米片阴极(Co NS/CC),并研究了其电催化还原硝酸盐的性能。实验结果表明,煅烧温度为700℃的Co NS/CC展现出最佳的电催化脱硝性能,在1 h内即可达到较高的反应速率常数(2.88 h^(-1))和硝酸盐去除率(95%)。另外,Co NS/CC-700在较高质量浓度的硝酸盐氮、不同pH值的溶液和含有复杂成分的水体中都表现出良好的电催化脱硝能力。电子顺磁共振(EPR)和叔丁醇(TBA)捕获实验证实,Co NS/CC-700通过产生的吸附态氢(H^(*))来促进硝酸盐的还原。此外,Co NS/CC-700还具有较高的稳定性和环境适应性。综上所述,Co NS/CC-700是一种具有高催化活性和稳定性的电催化材料,对于电催化处理含硝酸盐废水具有潜在应用价值。

杂多酸驱动线型寡肽构建二维超薄纳米片

二维结构因具有大的表面积和多活性位点等优点而备受青睐,本实验设计合成了一种新型线型寡肽,其在杂多酸的驱动下能够在水溶液中自组装形成二维超薄纳米片。结果表明,寡肽在杂多酸的驱动下,其二级结构由无规则转变为β-sheet结构;组装形貌由无规则的纳米球转变为二维纳米片,且纳米片的厚度仅为1.51 nm;通过调节杂多酸的电荷数目,结果发现随着电荷数的减少,自组装结构由二维纳米片转变成了纳米球,这表明杂多酸的电荷数是构筑二维纳米片的关键因素。

一种改进的MoS_2二维纳米片的高效液相剥离方法

报道了一种改进的液相剥离方法以实现MoS_2二维纳米片的高效制备。在MoS_2球磨的过程中引入轻质CaCO_3粒子作为微磨球,引入少量N-甲基吡咯烷酮作分散剂,在400r/min下球磨一定时间得到充分研磨细化的MoS_2纳米粒子。将其与含适量HCl的45%的酒精水溶液充分混合后,再进行高速剪切液相剥离,可实现MoS_2二维纳米片的高效制备。利用纳米粒度仪、AFM、TEM、拉曼光谱等对所制得的MoS_2二维纳米片进行了表征。结果表明,这种改进的球磨结合高速剪切的液相剥离方法可获得的最高产量达54.43mg/mL。

化学气相沉积可控制备超薄二维MoS2纳米片

采用化学气相沉积(CVD)技术,以硫粉和MoO3为反应剂、氩气为载气,在SiO2/Si衬底上制备超薄二维MoS2纳米片。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、喇曼光谱和光致发光光谱测试分析技术,研究硫粉送入距离对超薄MoS2纳米片的形貌、结构和光学性质的影响规律。结果表明:硫粉送入距离为17~25 cm时,距离MoO31 cm的SiO2/Si衬底上形成平行于衬底生长的二维MoS2纳米片;硫粉送入距离为25~29 cm时,MoO3正上方的SiO2/Si衬底上形成竖直排列的二维MoS2纳米片。通过调控硫粉送入距离和衬底的位置可以控制MoS2的形成过程,实现水平排列和垂直排列二维MoS2纳米片的可控生长。

二维纳米片金红石TiO2的可控合成及光催化性能

采用水热法,低温条件下合成了二维纳米片状的金红石二氧化钛(TiO2)半导体材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和表面光电压谱(SPV)研究了反应过程中HCl浓度对TiO2材料的晶相、结晶性、形貌、粒径和光电性能等性质的影响。结果表明,HCl浓度为3、5、7 mol/L时分别合成了微球、纳米片和纳米棒状的金红石TiO2;上述3种形貌的金红石TiO2均显示了高于采用焙烧法得到的金红石TiO2的光催化降解罗丹明B活性;与微球和纳米棒结构相比,纳米片金红石TiO2具有更加优异的光催化性能。SPV结果表明,纳米片金红石TiO2具有更高的光生电荷分离和迁移效率。

二维纳米片层结构MoS_2和其改性材料的合成及在环境领域的应用

类石墨烯的二维纳米片层状MoS_2作为过渡金属硫化物材料家族的典型代表,由于其各方面独特的性能尤其是超薄的厚度和二维结构,已成为近些年材料的研究热点。独特的三明治结构使其具有良好的物理化学性质,MoS_2及其复合材料在催化、传感器、润滑等方面有广阔的前景。总结了国内外MoS_2的合成及其改性方法、性能和应用。针对社会发展过程中日益严重的环境污染问题,重点介绍利用其吸附和催化性能去除环境中污染物,并对其未来发展进行了展望。

二维纳米片状MoS2的制备及其作为润滑添加剂的减摩抗磨性能

目的探究具有超薄结构的二维纳米片状MoS2的制备方法及其在发动机润滑油中的减摩抗磨性能。方法以七钼酸铵和硫脲为反应前驱物,油胺为反应溶剂,采用原位表面法制备出表面修饰有油胺分子的二维纳米片状MoS2。利用透射电镜(TEM)、红外光谱分析仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征纳米片状MoS2的形貌特征、表面状态及化学组成。采用球盘式摩擦磨损试验机对其作为润滑添加剂在发动机润滑油中的摩擦学性能进行考察,并通过三维共聚焦表面形貌仪、扫描电镜和X射线光电子能谱仪对磨痕进行分析。结果所制备的具有超薄结构的二维纳米片状MoS2在发动机润滑油中具有良好的减摩和抗磨性能,当其添加量为3%时,摩擦系数降低27.1%,磨斑直径降低17.17%。在150℃高温下,使用纯发动机润滑油进行润滑时,摩擦初始阶段的摩擦系数高达0.5,出现润滑失效现象。然而,使用添加有3%二维纳米片状MoS2的润滑油进行润滑,150℃高温下的摩擦系数在整个实验过程中都比较平稳,磨损体积和最大磨痕深度为纯发动机润滑油润滑时的23.44%和28.53%。结论在摩擦过程中,两摩擦表面处于边界润滑状态,所制备的二维纳米片状MoS2随润滑油进入摩擦接触区,发挥良好的润滑效果。特别是在高温下,当发动机润滑油润滑失效时,二维纳米片状MoS2在摩擦表面生成富含MoS2的摩擦化学反应膜填充修复磨损表面,起到润滑作用。

基于纳米SnO_2材料的二维纳米催化发光传感器研制及其测定甲基叔丁基醚的应用

以碳纳米管(CNT)为模板,采用液相沉积法可控合成了SnO2-CNT复合纳米材料、SnO2纳米棒两种形貌的SnO2纳米材料,研究了它们对甲醇、MTBE催化发光的影响。通过考察两种不同形貌SnO2纳米材料的结构、比表面积与其催化发光的关系,建立了一种二维纳米催化发光传感器,并测定了MTBE产品的纯度和其中的甲醇含量,甲醇的线性范围为0.050～3.0 g/L,MTBE的线性范围为0.028～8.0 g/L。

超薄Ni(OH)2纳米片修饰Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米颗粒作为二维/零维异质结构光催化剂可见光下光催化制氢

设计与制备高效的光解水催化剂是解决能源问题和环境问题的策略之一.硫化镉因其可在可见光引发下分解水制氢而受到广泛关注,然而光腐蚀严重,过电势高,载流子复合快速以及表面反应动力学缓慢等缺点极大地限制了其在光解水反应中的实际应用.本文采用简单液相法将均匀的Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米颗粒锚定在超薄Ni(OH)_(2)纳米薄片上,构建紧密的二维/零维异质结构.通过调控Ni(OH)_(2)纳米片的含量,制备出不同Ni(OH)_(2)质量比(3%,5%,7%,9%,11%)的二维/零维Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S复合材料,并考察其可见光激发的光催化分解水制氢性能.在可见光照射下,Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S复合材料的光催化性能要大幅度地优于未修饰的Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米颗粒,甚至远高于贵金属Pt修饰的Zn_(0.5)Cd_(0.5)S.在不同Ni(OH)_(2)含量的纳米复合材料中,7%Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S具有最高效的产氢性能,产氢速率可达6.87 mmol·h^(–1)·g^(–1),且在波长为420 nm的表观量子产率为16.8%.在同等条件下,二维/零维7%Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S复合光催化剂的光催化分解水产氢速率分别约为纯Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米颗粒和Pt/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S光催化剂的43倍和8倍,甚至要高于零维/零维7%Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米复合材料.7%Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S复合光催化剂具有优异的光催化产氢循环性能,通过循环反应后样品的X射线衍射,X射线光电子能谱和透射电子显微镜等表征,结果表明Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S在经过20 h的使用后,其晶体结构、表面化学成分和形貌结构未发生明显改变.通过研究样品的时间分辨荧光光谱,线性扫描伏安响应,光电流性能及电化学交流阻抗等,发现二维Ni(OH)_(2)纳米片的修饰能一定程度降低Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的过电势,还能有效促进Zn_(0.5)Cd_(0.5)S的光生电子-空穴的分离和光生电子的转移.本文认为二维/零维Ni(OH)_(2)/Zn_(0.5)Cd_(0.5)S光催化活性的大幅提升主要由于Zn_(0.5)Cd_(0.5)S与Ni(OH)_(2)之间独特且牢固的纳米结构,在该过程中超薄Ni(OH)_(2)纳米片不仅能为Zn_(0.5)Cd_(0.5)S纳米颗粒的负载提供平台,而且作为一种高效的助催化剂,促进光生电子的转移以及为制氢反应提供更多的活性位点.本文可为多功能,高效及低成本的二维-零维异质结构光催化剂的制备及在太阳能转化方面的应用提供一定借鉴.

骨组织工程研究中的二维黑磷材料

背景:黑磷与人体骨有高度的同源性,近年来在骨组织工程领域被广泛研究。自2014年以来,二维黑磷材料因具有优异的理化性能和生物性能备受生物医学领域广泛关注。目的:综述黑磷基纳米材料在骨组织工程中的研究进展,着重介绍了二维黑磷纳米材料的合成方法、成骨特性和在生物材料中的应用。方法:以“黑磷,骨组织工程,骨缺损,骨再生,成骨性;black phosphorus,Bone tissue engineering,Bone defect,Bone Regeneration,Osteogenesis”为关键词,检索2014年1月至2023年12月期间Pub Med、中国知网数据库中的相关文献。经过排除和筛选后对96篇文章进行分析。结果与结论:黑磷纳米材料因良好的生物相容性、生物降解性、光热作用、抗菌能力、载药性能和特殊成骨效应在骨组织工程中发挥着重要作用,是促进骨再生的理想候选材料。黑磷纳米材料的制备主要为自上而下的顶层剥离方法,主要原理是通过物理或者化学手段削弱黑磷层间的范德华力,得到单层或者少层的磷烯,即黑磷纳米片或量子点。黑磷基纳米复合材料主要分为水凝胶、3D打印支架、复合材料支架、静电纺丝、仿生骨膜、微球和仿生涂层。纳米黑磷研究在骨组织工程中处于起步阶段,仍面临多个挑战:黑磷在体内的行为以及与各种生物分子的相互作用机制有待进一步研究;黑磷的长期潜在毒性尚不清楚;黑磷的制造过程难以控制。因此,如何开发尺寸均一、安全、可靠、高效的纳米黑磷并转化为临床应用,需要对现代生物医学技术、物理化学技术和精密制造技术进行跨学科研究。