固相反应合成MgAl_(2)O_(4)多孔纤维的研究

MgAl_(2)O_(4)纤维的主要制备方法为气相法,但该方法存在反应温度高、制备成本高以及产率低等问题。将碱式硫酸镁晶须作为模板,分别与铝溶胶或α-Al_(2)O_(3)微粉混合,通过固相反应制备了MgAl_(2)O_(4)多孔纤维,研究了热处理温度(1000、1100和1300℃)和保温时间(3、10 h)以及铝源(铝溶胶和α-Al_(2)O_(3)微粉)对MgAl_(2)O_(4)多孔纤维合成的影响。结果表明:1)与α-Al_(2)O_(3)微粉相比,以铝溶胶为铝源时,纤维中MgAl_(2)O_(4)生成量更高;2)随着热处理温度的升高,Al_(2)O_(3)与MgO逐渐反应完全,MgAl_(2)O_(4)的生成量不断增加,MgAl_(2)O_(4)多孔纤维上有小而均匀的纳米孔;3)最佳制备工艺是以铝溶胶为铝源,在1300℃保温3 h。

莲杆纤维多孔碳的制备及其CO_(2)吸附性能

由于大气中CO_(2)浓度不断上升,迫切需要高效的CO_(2)吸附剂。以废弃生物质莲杆纤维为原料,通过两步碳化法制备了具有发达孔隙结构的氮掺杂多孔碳样品。合成过程包括莲杆纤维碳化、KOH活化衍生莲杆纤维多孔碳及使用壳聚糖进行改性。通过壳聚糖改性,提高多孔碳表面碱度和氮元素掺杂,增加对CO_(2)的吸附性能。结果表明,掺氮多孔碳比表面积达到1550 m^(2)/g,在20℃和0℃、1bar条件下,吸附量分别高达4.59 mmol/g和6.31 mmol/g,表现出优异的CO_(2)吸附性能,且循环性能优异,该法制备的多孔碳在CO_(2)吸附方面具有广阔前景。

多孔Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极的制备及电催化产臭氧性能研究

采用溶胶凝胶法制备了多孔Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极,并研究了所制备电极的电催化产臭氧性能。采用SEM与XRD等方法对电极涂层的表面形貌及结构进行了表征;考察了不同电极基体条件对电催化产臭氧性能的影响。实验结果表明:多孔Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极表面呈现为密集粗糙颗粒状结构;当电极涂层中Sn∶Sb∶Ni摩尔比为500∶8∶5、泡沫钛基体孔径为20μm时,制备出的电极有最佳的电催化产臭氧性能。多孔Ti/SnO_(2)-Sb-Ni电极可为新型电化学生成臭氧技术的研究和应用提供支撑。

多孔碳支撑SnO_(2)/CoO/异质结的构筑及其储锂性能研究

在溶剂热环境中,通过调整原料中锡源(SnCl_(2)·2 H_(2)O)和钴源[Co(NO_(3))_(2)·6 H_(2)O]摩尔比制备了多孔碳支撑SnO_(2)/CoO异质结构。当摩尔比为1∶1时,制备的SnO_(2)/CoO/多孔碳呈现出SnO_(2)和CoO纳米颗粒通过M-O-C(M=Sn,Co)键嫁接在多孔碳骨架上的结构。作为锂离子电池负极,SnO_(2)/CoO/多孔碳在500 mA/g电流密度下初始充放电比容量为1192.3/1408.4 mAh/g,库仑效率为84.7%。经过200次循环后,可逆比容量可保持在735 mAh/g。在2000 mA/g高电流密度下,SnO_(2)/CoO/多孔碳可逆比容量仍为617.3 mAh/g。优异的循环性能和倍率性能归功于SnO_(2)、CoO高的储锂容量及其与多孔碳之间的协同增强效应。

多孔SnO_(2)纤维的简易模板合成及近室温NO_(2)超高响应

以废弃的烟嘴为模板,通过简单的锡盐浸渍和600℃空气煅烧成功合成了由均匀的纳米粒子交联形成且具有沟槽结构的多孔SnO_(2)纤维(Sn CB-600)。这种独特的结构特征有利于暴露更多的活性位点,促进目标气体在敏感层的快速扩散和表面化学反应,进而有效提高其传感能力。在近室温(50℃)下,Sn CB-600传感器对10 ppm NO_(2)气体的响应值高达3410,明显好于迄今报道的绝大多数SnO_(2)基气体传感器,且具有快的恢复特性(68 s),低的实际检测限(300 ppb),好的稳定性、重现性和抗湿性。因此,Sn CB-600传感器具有低能耗下监测有害NO_(2)气体的应用潜力,这种简单和可控的合成方法也为废弃烟嘴的高值化利用提供了新思路。

SiO_2气凝胶复合短切莫来石纤维多孔骨架复合材料的制备及性能

将短切莫来石纤维、硅溶胶、B4C粉，经过1260℃烧结制备多孔骨架，以正硅酸乙酯、去离子水和乙醇配制SiO2溶胶，并将多孔骨架与SiO2溶胶浸渍，经过超临界干燥制备SiO2气凝胶复合的莫来石隔热瓦。通过热重和差热分析、X射线能谱分析，表明B4C在700℃-900℃时发生氧化，生成B2O3将短切纤维粘接到一起，莫来石多孔骨架在1500℃以下稳定存在。具有纳米级孔洞结构的SiO2气凝胶填充了多孔骨架的微米级孔洞，隔热瓦的热导率在200℃、500℃、800℃、1000℃分别下降了44．3％、33．8％、34．6％、29．5％。此外，SiO2气凝胶的复合使得抗弯和抗压强度分别提高了50％和40％。

静电纺丝技术制备金红石型TiO_2多孔空心纳米纤维

采用静电纺丝技术,以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和无水乙醇为原料,成功地制备出了金红石型TiO2多孔空心纳米纤维。用TEM、SEM、XRD等分析手段对多孔空心纳米纤维进行了表征。结果表明,所得产物为单相金红石型TiO2多孔空心纳米纤维,平均外径300nm,平均内径54nm,长度>100μm。对TiO2多孔空心纳米纤维的形成机制进行了讨论。该技术可以用来制备其它无机氧化物多孔空心纳米纤维。

多孔结构TiO_2纳米纤维的制备及光催化性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、钛酸四正丁酯(TNBT)和溶剂丙酮为主要原料,采用静电纺丝法制备PVP/钛酸四正丁酯复合纳米纤维,经过煅烧最终得到多孔结构TiO2纳米纤维。然后分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)和比表面积(BET)测试手段对该材料进行形貌、结构等表征。最后,以亚甲基蓝为目标污染物,在模拟紫外线照射的条件下,研究其光催化剂活性。结果表明,经700℃煅烧后得到的TiO2纳米纤维光催化活性最好,3h后降解效率达到95.2%。

硫酸氢铵焙烧纤蛇纹石短纤维制备纤维状多孔SiO_2

基于纤蛇纹石一维纳米管结构和形态属性,以石棉尾矿中分选的纤蛇纹石短纤维为原料,采用硫酸氢铵与纤蛇纹石短纤维混合焙烧,选择性浸出纤蛇纹石短纤维中主要金属氧化物,制备纤维状多孔SiO2。获取去金属氧化物作用(以氧化镁浸取率表征)最佳浸取条件为:NH4HSO4/MgO摩尔比为2.5,焙烧温度为500℃,焙烧反应时间为1.5 h。结合焙烧过程分析,证明焙烧过程中纤蛇纹石的镁氧八面体片溶解,保留和修饰了硅氧四面体片残骸,最终形成纤维状多孔SiO2。对制备的纤维状多孔SiO2样品进行表征,其中SiO2含量为94.71%,且保持纤维纳米属性。此研究为纤维状多孔SiO2制备提供新的方法。

生物模板法合成分级多孔结构SnO_2及其乙醇气敏性能

以脱脂棉为模板,采用溶剂热法、超声法和浸渍法3种工艺,复制式制备了具有棉纤维结构的分级多孔SnO2纳米材料。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜表征结果得知,3种方法制得的SnO2均为四方晶系金红石结构,均较好的复制了棉纤维的分级多孔结构。测试对比了SnO2材料制作的元件的气敏特性,3种元件对乙醇表现出很高的响应,其中浸渍法制备的材料显示出更高的响应,分析了生物模板在遗态材料合成过程中的作用,并初步分析了乙醇的气敏机理。

KOH活化制备多孔碳纤维及其CO_2吸附性能研究

采用活性碳纤维(ACFs)为原料,以KOH为化学活化剂,在ACFs:KOH的质量比为4∶1时,研究了不同活化温度下制备的多孔碳纤维的结构性能。用N2吸附仪测定多孔碳纤维的比表面积、孔容及孔径分布,通过变压吸附法研究了多孔碳纤维对CO_2的吸附性能,探讨了不同活化温度下对多孔碳纤维的孔隙结构及CO_2吸附量的影响。实验结果表明,活化温度对多孔碳材料的比表面积、孔径分布及孔容有良好的调控作用。当活化温度为900℃时,获得的多孔碳纤维有最大的比表面积(1702 m2/g)、最大孔容(0.902 cm3/g)及最大的CO_2吸附量(138 mg/g)。

多孔TiO_2薄膜在PET纤维上的负载及其光催化性能

采用浸渍法将低温制备的TiO2溶胶在碱减量前后的PET纤维上负载成膜,并以聚苯乙烯(PS)微球为模板剂使TiO2膜多孔化,制备了一系列TiO2/PET光催化纤维。采用XRD、SEM对TiO2和纤维进行表征,并通过对甲基橙的降解考察其光催化性能。结果表明:溶胶经室温陈化后可得到具有较高光催化活性的锐钛矿型纳米TiO2。随着溶胶在浸渍液中含量的增加,PET纤维上TiO2的负载率增大。纤维的碱减量有利于TiO2的负载和光催化活性的提高,甲基橙降解率随着TiO2负载率的增加具有先增加后缓慢减小的趋势。当碱减量纤维的TiO2负载率为4.2%时,光催化活性最好。利用PS为模板剂使TiO2薄膜多孔化可以进一步提高光催化纤维的光催化活性。

纤维素基多孔炭的制备及其用于CO2吸附与分离的研究

多孔炭被广泛用于气体吸附与分离、空气和水的净化、催化等领域。以生物质为原料制备多孔炭将为开发功能多孔材料提供一种绿色、可持续的路径。总结了近年来以纤维素为原料合成多孔炭的研究进展,并着重介绍了纤维素基多孔炭在CO2吸附与分离等领域的应用。

CO_(2)分离用中空多孔纤维膜的研究进展

为了扩大中空多孔纤维膜在CO_(2)分离方面的应用,提高其捕捉、分离CO_(2)的能力,总结了中空多孔纤维膜在CO_(2)气体分离中的应用研究进展,主要分析了中空多孔纤维膜在CO_(2)分离过程中的溶解-扩散机制、促进传递机制和分子筛分机制;概括了干喷湿纺、湿法纺丝、静电纺丝及熔融纺丝-拉伸法等中空多孔纤维膜的制备方法;归纳了溶液混和、涂层包覆和蒸汽渗透在中空多孔纤维膜功能性整理方面的应用;最后指出现有中空多孔纤维膜应用于CO_(2)气体分离方面所存在的气体传输性差、纤维膜孔隙无法控制等问题,并对未来的中空多孔纤维膜在低阻力条件下进行远距离气体传输和纤维孔隙的改善进行了展望。

Bi_2WO_6在多孔Al_2O_3纤维上的原位生长及其光催化性能表征

以多孔Al_2O_3纤维为载体,应用水热方法使Bi_2WO_6在纤维上原位生长。利用XRD、SEM等分析测试手段对样品进行表征,研究了在水热温度为180℃条件下,不同水热保温时间和p H值对纤维上Bi_2WO_6形成及结晶形貌的影响。分析评价了负载有Bi_2WO_6的多孔Al_2O_3纤维在可见光辐照下对Rh B溶液的光催化降解性能。结果表明,Bi_2WO_6微晶不仅能够在比表面较大的多孔Al_2O_3纤维上原位生长,且致密均匀,并具有良好的针状结晶形貌。不同的水热保温时间和p H值对应生成的Bi_2WO_6结晶形貌以及光催化性能也呈现一定的规律,在保温时间为9 h,p H=1的条件下,Bi_2WO_6生长的最为致密均匀,且保持多孔结构,在60 min内可使Rh B降解95%。

In掺杂SnO_(2)纳米纤维用于快速高选择性氢气传感

SnO_(2)作为典型的n型金属氧化物半导体,具有优异的物化稳定性和灵敏度,在还原性气体传感方面具有极好的表现。通过静电纺丝法和煅烧工艺在600℃下制备了纯SnO_(2)纳米纤维和(0.5%、1%、2%、3%、4%(原子分数))In掺杂SnO_(2)纳米纤维。通过测试In掺杂SnO_(2)气体传感器对氢气的气体响应,研究其气体传感性能,证明了In掺杂SnO_(2)纳米纤维在气体传感方面具有潜在应用价值。在340℃时,1%(原子分数)的In掺杂SnO_(2)纳米纤维对100×10^(-6)氢气具有最高的响应(S=6.4)并且具有极快的响应/恢复行为(3.6 s/4.5 s)和高氢气选择性。结合FESEM、TEM、XRD、XPS分别对SnO_(2)基纳米纤维的微观形貌以及尺寸,晶体结构以及元素组成进行了分析表征,以阐释验证其传感机理,并讨论了一种合理的传感机制。

静电纺丝法制备SnO_(2)纳米纤维及其气敏性能研究

为了获得高灵敏度、响应迅速的SnO_(2)气敏材料,以SnCl_(2)·2H_(2)O、SnCl_(4)·5H_(2)O为锡源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为高分子基体,利用工艺简单可控的静电纺丝技术获得具有一定长径比的一维SnO_(2)纳米纤维材料。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等探究PVP分子量及不同锡源对SnO_(2)纳米纤维形貌性能的影响,并对SnO_(2)纳米纤维进行比表面积和气敏特性测试。结果表明:静电纺丝制备的纤维原丝经煅烧后高分子基体及溶剂去除干净,成功获得纯净四方相金红石型SnO_(2)纳米纤维,且均呈现出比表面积较大、灵敏度高、响应速度快等特性。当选用PVP-K30为高分子基体,以SnCl_(4)·5H_(2)O为锡源时,制取的SnO_(2)纳米纤维直径均匀、纤维分明、取向性好且具有更优良的气敏特性。

高性能C-Sn/SnO_(2)纤维复合物的合成及其储锂性能

采用静电纺丝法成功制备了碳纤维和C-Sn/SnO_(2)纤维负极材料,并研究了其储锂性能。X射线衍射(XRD)测试结果表明碳纤维具有典型的无定形碳特征。扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,碳纤维和C-Sn/SnO_(2)复合物由均匀的纤维组成,直径在200~300 nm。循环伏安测试表明,碳纤维和C-Sn/SnO_(2)纤维负极材料均具备较好的可逆性和结构稳定性。充放电测试表明,在500 mA/g的电流密度下,470次循环后,碳纤维和C-Sn/SnO_(2)纤维负极材料的充放电容量分别为346/347和547/548 mAh/g,说明Sn/SnO_(2)的添加提高了碳纤维的可逆容量;电化学阻抗谱测试结果表明,Sn/SnO_(2)的添加降低了碳纤维的电荷转移电阻,提高了锂离子的传输动力学。

羟基化玻璃纤维增强SiO_(2)气凝胶的制备及性能

采用羟基化的玻璃纤维作为增强体来提升SiO_(2)气凝胶力学性能。通过正交实验确定最优工艺参数,对比研究玻璃纤维羟基化以及纤维添加量和长度对SiO_(2)气凝胶的影响,并研究其影响机制。结果表明:最佳成分比所得SiO_(2)气凝胶的孔隙率达到97.34%,羟基化玻璃纤维能够有效提高SiO_(2)气凝胶的力学性能,且当添加质量分数为5%,短纤维(3 mm)与长纤维(10 mm)质量比为2∶8时,SiO_(2)气凝胶导热系数为0.0284 W/(m·K),抗压强度达到0.37 MPa。

NiO纳米纤维掺杂SnO_(2)检测液态甲醛的机理和性能

NiO是检测甲醛(HCHO)的重要半导体材料。为了提高NiO的导电性和对甲醛检测的灵敏度,采用静电纺丝工艺制备NiO纳米纤维(NF)和SnO_(2)/NiO NF。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)对纳米材料分别进行形貌表征和成分分析。使用线性循环伏安法和电化学阻抗谱(EIS)等电化学方法对NiO NF和SnO_(2)/NiO NF进行电化学分析和机理研究。实验结果表明,由SnO_(2)/NiO NF制备的电化学传感器具有较高的检测灵敏度(75.29μA·mmol·L^(-1)·cm^(-2))和较低的检测限(0.039 mmol·L^(-1))。因此掺杂SnO_(2)提升了NiO NF对甲醛的检测性能,使该传感器有了广阔的应用前景。