热电池用单相硫化物正极材料的可控合成及其电性能研究

采用高温固相法合成了单相硫化物正极材料,通过控制单相硫化物在高硫低氧的热力学优势区位促使中间过渡态向产物平衡转化,解决了多种硫化物共存的技术难题,实现了人工可控合成,减弱了电压尖峰的影响。在硫/金属摩尔比为2.5,反应温度为440℃,反应时间超过24 h的条件下,合成单相铁/钴/镍二硫化物,对应的热电池单体电压分别为2.05、1.98和2.01 V,输出比容量分别为883、875和958 As/g。部分研究成果进行了工程转化,合成的NiS2性能稍优于商用材料。

CdS/石墨烯纳米复合光催化剂的可控合成及其性能研究

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。为提高光催化效率,利用简单的“自下而上”法合成了尺寸可控,具有中空内核且核与壳之间有一定间隙层的中空蛋黄壳结构型CdS/石墨烯复合光催化剂Hollow CdS@void@GR。采用多晶粉末X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和比表面积测定(BET)表征样品的晶体结构、微观形貌、元素组成和孔结构。采用光催化降解罗丹明B(RhB),采用紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP)测定Cd^(2+)浓度,分析该材料的光催化性能及抗光腐蚀性能。结果表明:Hollow CdS@void@GR的结构大小可通过PS模板大小、S/Cd比例、超声反应时间及TEOS量进行调控。在强光照射下,由于多级中空结构,中空CdS内核与中空GR外壳之间的协同效应,Hollow CdS@void@GR纳米复合材料表现出较强的光催化活性、优异的光催化稳定性和良好的抗光腐蚀作用。

CeO_(2)负载Co_(3)O_(4)纳米立方块复合金属氧化物的可控合成与表征

负载型催化剂上的金属氧化物-氧化物界面由于其复杂的界面结构和合成难度而很少被研究。通过对合成温度、反应时间、表面活性剂-Ce源比例等实验条件的探索与优化,成功在Co_(3)O_(4)纳米立方块表面制备出了具有均匀CeO_(2)覆盖状态的CeO_(2)/Co_(3)O_(4)复合金属氧化物材料。所得材料的形貌结构、成分状态等物化性质通过扫描电镜、X射线衍射光谱、X射线光电子能谱等表征技术验证。为复合金属氧化物材料的可控合成制备提供研究思路。

GAP/PBAMO基含能热塑性弹性体的可控合成和性能研究

为了改善传统聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基含能热塑性弹性体(ETPE)的性能,以GAP、聚3,3'-双(叠氮甲基)氧杂环丁烷(PBAMO)为预聚物,采用官能团预聚法合成了不同结构组成的GAP/PBAMO基含能热塑性弹性体(GBETPE)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(^(1)H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)以及元素分析等测试手段对共聚物的结构进行表征,证实了共聚物结构与组成的可控性。GBETPE的数均相对分子质量(Mn)为30243~33480,分子量分布(PD)保持在1.22~1.60,氮质量分数为37.47%~39.22%。通过热重(TG)、差示扫描量热仪(DSC)以及拉伸测试对共聚物的热性能和力学性能进行了研究,建立了共聚物结构与性能之间的关系。GBETPE的初始热分解温度(T5%)为219.66~234.88℃,玻璃化转变温度(T_(g))为-37.0~-29.7℃,熔点(T_(m))为60.0~75.5℃,具有较佳的热性能。以HMDI(4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯)和1,4-丁二醇(BDO)作硬段,GAP的质量分数为50.98%,硬段质量分数为25.5%时,GBETPE的最大拉伸强度(σ_(m))为4.70MPa,断裂伸长率(ε_(b))为487.2%,具有较好的力学性能。

磷酸铋纳米棒的可控合成及其光催化性能

采用水热法合成了形貌可控的磷酸铋纳米棒光催化剂,并以亚甲基蓝(MB)为探针研究了其光催化活性.利用粉末X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)对产物进行了表征.研究发现甘油含量、水热时间、水热温度及前驱体浓度会影响磷酸铋纳米棒的形貌及结构.甘油含量和前驱体浓度主要影响产物形貌.随着甘油含量的增加,产物的长径比先增大后减小.前驱体浓度越低,所得BiPO4纳米棒的尺寸越小,长径比越大.水热时间短时,产物结晶度差,且为六方相,时间延长后转化为单斜相.水热温度过低或过高均不利于完美晶体的形成,160°C时产物的结晶度最高.实验结果表明:BiPO4纳米棒在紫外光下具有良好的光催化性能,其光催化活性受长径比和尺寸大小影响的总体趋势是长径比越大,尺寸越小,其光催化活性越强.结晶度对BiPO4的光催化性能影响较大,结晶度越高,其光催化活性越好.单斜相BiPO4的光催化活性较六方相的强.

回流法可控合成BiPO_4纳米棒及其光催化性能

采用回流法合成了BiPO4纳米棒光催化剂,探讨了反应时间、反应物比例、pH值和反应物浓度对BiPO4晶相结构和形貌尺寸的影响,利用粉末X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面积分析(BET)和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)等对产物进行了表征,以亚甲基蓝(MB)为探针研究了其光催化活性.反应时间和反应物浓度对产物的形貌尺寸影响较大,反应物比例和pH值对产物晶相结构和形貌尺寸均有较大的影响,进一步影响BiPO4光催化剂的活性.调控各种因素后可合成出具有单斜相独居石/六方相混晶结构的高紫外光活性BiPO4纳米棒光催化剂.

不同形貌Bi_4Ti_3O_(12)粒子的可控合成及光催化性能(英文)

研究了用一步水热法制备的不同形貌的钛酸铋(Bi_4Ti_3O_(12),BIT)粒子的光学和可见光催化性能,并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征.XRD结果表明,所制备的BIT样品为层状钙钛矿结构.FESEM结果表明,通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粒子.紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BIT样品的带隙能约为2.88-2.93 eV利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙(MO)降解实验评价了BIT样品的光催化性能.结果表明,BIT的光催化活性比掺氮TiO_2(N-TiO_2)高得多.研究了形貌对BIT光催化性能的影响.所制备的BIT纳米带光催化效率最高,经可见光照射360 min,甲基橙溶液的降解率可达到95.0%.

利用压电微泵驱动和脉动混合可控合成金纳米粒子

为了合成粒径均一、单分散性好的金纳米粒子,提出一种压电驱动式脉动微混合可控合成金纳米粒子的方法。该方法采用两腔三阀结构的压电微泵作为驱动源,结合Y形微混合器,基于两压电微泵脉动交叉式输出性能来实现多种不同混合模式的可控混合。利用Fluent软件对Y形微混合器内不同流量及频率下的混合效果进行了优化分析,优选出了压电微泵的控制参数。在实验室内设计、制作了用于金纳米粒子可控合成的系统样机,并开展了相应的金纳米粒子可控合成试验。试验结果表明:电压为40V,频率为300Hz时,合成的金纳米粒子粒径较为均一,分散性较好,该结果验证了文中所提方法的可行性。此方法亦可应用于其他纳米粒子的可控合成。

球形、花形和线状钒酸铋的可控合成及光催化性能(英文)

通过无模板、无助剂的可控水热法,制备出球形、花形和线状钒酸铋(BiVO4),研究了其光学和可见光催化性能.通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)观测其结构和形貌特征.XRD谱线显示,所制备的样品为单斜晶体结构.TEM结果表明,通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粉体.基于不同条件下制备的样品的微结构分析,提出了这些不同形貌的形成机制.紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)表明BiVO4样品的带隙能约为2.19-2.33eV.利用可见光(λ>420nm)照射下的罗丹明B(RhB)降解实验评价了BiVO4样品的光催化性能.结果表明,BiVO4的光催化活性比商用TiO2催化剂P25和掺氮TiO2(N-TiO2)高得多.所制备的球形BiVO4光催化效率最高,经可见光照射180min,RhB溶液的降解率可达100%.系统地研究了结构和形貌对不同pH值下制备的BiVO4样品光催化活性的影响.

高纯β-SiAlON粉料的可控合成

在Si3N4-SiO2-Al2O3-AlN体系中,采用拟抛物面规则对不同组成SiAlON相的热力学性能进行了评估,并研究了β-SiAlON相的合成热力学条件.以煤矸石为主要原料,加入适量碳黑作为还原剂,在不同气氛(空气或不同纯度的氮气)下合成了β-SiAlON,并研究了β-SiAlON粉料在不同气氛下的相转化.热力学分析表明,不同的SiAlON相可以在合适的气氛参数Y=lg(PO2/Pθ)-2/3lg(PN2/Pθ)下合成,较低的Y值有利于β-SiAlON相的合成.过量碳存在时提高通氮纯度α将会降低气氛中的Y值,其关系式为Y=2lg[(2-2α)/(2-α)]-2/3lg[α/(2-α)]-15.616.实验结果表明:热力学分析得到的合适初始参数可以实现高纯β-SiAlON的可控合成,当初始参数为T=1800K,埋焦炭保护,通入氮气纯度α=0.995～0.999时可获得较好的结果.

球形羟基磷灰石纳米颗粒的可控合成及其对间充质干细胞生长分化的影响

本文采用CTAB为添加剂进行球形纳米相羟基磷灰石(nHAP)的可控合成,并采用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)和精密接触角测量仪对所制得的纳米颗粒的物性进行了表征。结果表明所制得的纳米颗粒为部分结晶的羟基磷灰石,颗粒为均匀球形,粒径约为20nm,具有很好的亲水性。由该纳米颗粒构成的生长基质有利于骨髓间充质干细胞的贴壁、增殖以及成骨分化,是一种良好的骨组织工程支架材料。

Birnessite和Cryptomelane型氧化锰的可控合成及其催化性能

以葡萄糖和高锰酸钾为原料,采用溶胶-凝胶法合成了birnessite(K1.35MnO2,简写为Bir)和cryptomelane(K0.27MnO2,简写为Cry)型氧化锰;采用X射线衍射、原子吸收光谱等考察了凝胶处理方法、反应物浓度比、焙烧温度和反应时间等对氧化锰晶型的影响.结果表明,采用不同方法处理凝胶可实现对Bir和Cry型氧化锰的可控合成.以不同的处理方法,葡萄糖和高锰酸钾的浓度比为0.74,反应20s制成凝胶,并在400oC焙烧2h,可分别制取高结晶度和高纯度的Bir和Cry型氧化锰.Bir和Cry型氧化锰在二甲醚燃烧反应中表现出优异的催化性能,且Cry型氧化锰的催化活性更高.

以混合表面活性剂为模板可控合成MCM-48和MCM-41分子筛

利用阳离子和三嵌段共聚物混合表面活性剂为模板，在水热条件、碱性介质中可控合成出MCM-48和MCM-41分子筛．在固定P123（聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物）：TEOS（正硅酸乙酯）（物质的量的比）为0．01875的体系中，调节CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）：TEOS（正硅酸乙酯）物质的量比值m，当m在0．12～0．13范围合成出MCM-48分子筛；当m在0．04-0．08范围合成出MCM-41分子筛。通过XRD，TEM，N2物理吸附，IR等方法进行了表征。结果表明：聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物（P123）的加入可以更大程度地降低合成介孔材料所需阳离子表面活性剂的用量：可控合成的介孔材料具有高比表面积、高度有序的孔道结构、较集中的孔径分布。

AOT微乳体系中纳米银的可控合成及其紫外-可见光谱研究

在以琥珀酸二异辛酯磺酸钠(AOT)为表面活性剂、环己烷为连续相形成的W/O型微乳体系中,用增溶于微乳液水核中的AgNO3为银源、水合肼为还原剂制备了纳米银溶胶,利用UV-Vis光谱分析了Ag-NO3的浓度、AOT的浓度、还原剂的种类和水与表面活性剂的物质的量比(W)等参数对形成粒子数量及平均粒径的影响,为纳米银粒子的可控合成和纳米银的UV-Vis光谱解析提供了新的依据。研究表明,适当增大AgNO3的浓度,有利于形成粒径较小的纳米银粒子;W值增大,形成粒子的平均粒径和粒子数量明显增加。和NaBH4相比,水合肼在反胶束中的溶解性能较好,有利于微乳液反胶束中Ag+的还原。增大AOT的浓度,在一定范围内胶束对反应物的增溶能力增强,胶束的半径也相应减小,有利于形成数量较多、平均粒径较小的纳米银粒子。

氧化铟八面体、纳米带、锯齿状纳米线和纳米链的可控合成

在N2/H2O混合气流中将硅片上金覆盖的金属铟颗粒加热到800℃制备出了不同形貌的In2O3纳米结构,在距铟源不同距离处依次得到In2O3的八面体、纳米带、锯齿状纳米线和纳米链.采用拉曼光谱、扫描电镜、X射线衍射和透射电镜对产物进行了表征分析.结果表明,八面体、纳米带、锯齿状纳米线和纳米链均为立方相单晶结构的In2O3.基于气-固和气-液-固生长机理详细分析了八面体、纳米带、锯齿状纳米线和纳米链的生长过程,提出了不同形貌In2O3纳米结构的生长模式.

银纳米材料的可控合成研究

纳米银的形貌、尺寸和尺寸分布可通过采用不同的合成技术和反应条件来调控。在大量阅读文献的基础上对纳米银的可控合成研究进行评述。结合本课题组在可控合成球形银纳米粒子方面的研究,较系统地讨论了纳米银的一些主要制备方法,包括化学还原法、微乳液法、模板法、电化学法、光诱导法、微波辅助还原法、超声波辅助还原法、辐射还原法等等,分析了纳米银制备过程中存在的不足,展望了纳米银合成研究的发展趋势。

不同形貌纳米SnO_2的可控合成及催化发光传感器

以碳纳米管(Carbon nanotubes,CNT)为模板,采用液相沉积法,通过改变煅烧温度可控合成了SnO2-CNT复合纳米材料、SnO2纳米棒和SnO2纳米粒子3种形貌的SnO2纳米材料,研究了3种形貌的SnO2纳米材料对乙酸乙酯催化发光的影响.考察了3种不同形貌SnO2纳米材料的纳米尺度和结构,讨论了影响纳米材料催化发光特性的因素,研究了3种不同形貌SnO2纳米材料对乙酸乙酯催化发光图谱和强度的变化,建立了3种新型、高效的不同形貌纳米催化发光传感器.

一维纳米TiO_2的可控合成及其应用的研究进展

TiO2是一种重要的多功能无机材料,一维纳米TiO2材料的可控合成是一个十分复杂的过程。由于一维纳米TiO2材料的存在形式多样(包括纳米纤维、纳米丝、纳米带、纳米棒、纳米线和纳米管等),其可控合成的工艺方法也很丰富。综述了一维纳米TiO2材料可控合成的各种方法,包括静电纺丝法、水热合成法、模板法和阳极氧化法等;分析合成过程中参数变化对所合成纳米材料结构和形貌的影响规律;回顾和总结了近年来一维纳米TiO2材料应用的研究进展;对一维纳米TiO2可控合成的研究和应用进行展望,为进一步拓展一维纳米TiO2的存在形式和应用范围提供参考。

室温下纳米Cu_3(BTC)_2的配位调控合成

室温条件下,通过配位调控方法合成了MOF家族中非常重要的成员Cu3(BTC)2(也称为HKUST-1,BTC为均苯三甲酸根)。通过调变反应体系的浓度,成功地获得了50～200nm的Cu3(BTC)2晶体。粉末XRD、TGA测试结果显示产物具有高的结晶度及良好的热稳定性,N2吸附测试结果表明产物具有高的比表面积及孔容积。这种具有高的气体吸附能力的小尺寸粒子在实际过程中将有重要的应用前景。

可见光催化剂钒酸铋的可控合成及性能研究

采用微波水热法,以BiVO_3·5H_2O和NH_4VO_3为原料,通过调控前驱液pH可控合成了不同晶体结构的可见光催化剂BiVO_4。利用X射线衍射(XRD)、紫外–可见漫反射(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)和场放射扫描电镜(SEM)等手段对所制备的样品进行了表征和分析,探讨了不同晶体结构BiVO_4的形成机理;同时以亚甲基蓝和一氧化氮为降解对象,考察了样品的光催化性能。结果表明,当前驱液pH为3～5时,制备的BiVO_4为四方锆石结构(z-t),形貌为微米球;前驱液pH小于2或大于7时,制备的BiVO_4为单斜白钨矿结构(s-m),形貌为多面体。这可能是由于前驱液pH的变化,致使前驱液中钒酸根离子和铋离子的存在形式发生了转变,进而影响BiVO_4的形成历程,使得BiVO_4样品的晶体结构、形貌、晶面裸露以及VO_4四面体等发生了改变。光催化试验结果表明, BiVO_4(s-m)光催化活性优于BiVO_4(s-t)。当前驱液pH为9时,制备的BiVO_4(s-m)样品由于结晶度高、(040)晶面暴露率高和VO_4四面体畸变程度大,表现出优异的光催化活性。