次石墨-纳米Cu_(2)O/Cu制备及对UO_(2)^(2+)去除性能研究

如何高效、快速清除放射性核素是当前核医学领域亟待解决的关键技术问题之一。选取放射性核素铀(VI)为对象,以次石墨(ShC)为载体,采用水热法制得对UO_(2)^(2+)具有高效协同去除效能的ShC-Cu_(2)O/Cu纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、比表面积检测(BET)等对比了ShC及ShC-Cu_(2)O/Cu的微观形貌与结构,并系统探究了吸附剂用量、pH、吸附时间等因素对UO_(2)^(2+)吸附效率的影响。最后,通过吸附过程中的热力学、动力学行为及吸附前后的X射线光电子能谱(XPS)分析了其去除机理。结果表明,纳米ShC-Cu_(2)O/Cu对UO_(2)^(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,在40 min内对UO_(2)^(2+)的去除率可达91%,最大吸附量达35.44 mg/g,其高效的吸附能力归因于Cu_(2)O/Cu与UO_(2)^(2+)氧化还原作用及次石墨吸附作用的协同效应。

纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混凝土损伤本构模型及能量演化特征

采用纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混合掺入混凝土中,对混掺纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混凝土进行了受压性能试验,基于损伤力学理论和能量耗散原理分析了纳米SiO_(2)-CaCO_(3)增强混凝土的本构关系,建立了普通混凝土和纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混凝土损伤本构模型。结果表明:混掺纳米材料比单掺纳米材料对提升混凝土强度效果更佳,强度最大增幅为31.46%;混掺纳米材料显著降低了混凝土的弹性应变能释放速率,增大了混凝土的总应变能和耗散能,从而提高了混凝土的延性和韧性。基于SEM微观测试结果揭示了纳米材料对混凝土增强效应的作用机理。

Cu_(2)O纳米线阵列的制备与表征

Cu_(2)O纳米线阵列既保留了纳米线长径比高、比表面积大等优点,又具有规模效应及协同效应,在气敏、光伏等领域具有广阔的应用前景。以泡沫铜为基体,通过化学法制备Cu(OH)_(2)纳米线阵列为前驱体,并在N_(2)气氛中采用两步加热法制备Cu_(2)O纳米线阵列,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对Cu_(2)O纳米线阵列结构进行表征。结果表明:只需控制、优化Cu基底的曲率半径和弧度,就能制备出Cu_(2)O纳米线阵列,这为制备Cu_(2)O纳米线阵列薄膜提供了新的思路。

纳米掺杂Ag(SnFe)O_2电接触合金的研究

利用化学共沉淀、高能球磨技术及热压烧结等方法制备出纳米掺杂Ag(SnFe)O2触头合金,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和冷场发射扫描电镜(FESEM)等对合金触头及其燃弧性能进行了分析。结果发现:Fe元素的加入,使SnO2纳米颗粒在550℃以下焙烧制粉和750℃以下块体烧结成型时都未明显长大,保持在20nm左右,制备的触头合金呈现纳米第二相弥散均匀分布在Ag基体中。在模拟电弧侵蚀试验中,该合金电弧阴极斑点铺展在较大区域,形成多点燃弧形貌,有效降低燃弧时间和电弧电流,分散电弧能量,使阴极斑点没有明显的液体喷溅、Ag的蒸发和第二相的分解,同时非晶的纳米第二相与Ag的润湿性更好,可进一步增加熔体粘度,提高耐电弧侵蚀性能。

纳米碳溶胶配施尿素对土壤N_(2)O排放的影响

为研究纳米碳材料对土壤N_(2)O排放的影响,选用纳米碳溶胶(一种纳米级材料,利用电解石墨制备而成)作为供试材料,以未经秸秆还田改良(秸秆离田)和秸秆还田改良的潮土为供试土壤,通过培养试验探讨纳米碳溶胶对潮土N_(2)O排放的影响,培养条件为25℃和80%田间持水量。结果表明:施氮条件下,添加纳米碳溶胶显著增加了秸秆离田土壤N_(2)O排放,但显著降低了秸秆还田土壤N_(2)O排放,减排效率达63%。纳米碳溶胶显著提`高了两种处理土壤的硝化潜势(PNR),但降低了秸秆还田土壤反硝化潜势(PDR)。然而,秸秆离田土壤PDR对纳米碳溶胶无显著响应。纳米碳溶胶通过促进秸秆离田土壤的硝化作用提高N_(2)O排放。对于秸秆还田土壤,纳米碳溶胶减排N_(2)O的机理可能是土壤可溶性有机碳含量的增加一方面激发了土壤异养微生物对底物无机氮的固持,另一方面促进了土壤彻底反硝化过程。

α-Fe_(2)O_(3)@SiO_(2)@Cu_(2)O核壳结构复合物的合成及其光催化性质的研究

采用水热法,以FeCl_(3)·6H_(2)O和NaH_(2)PO_(4)·2H2O为原料,制备了α-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒,然后以TEOS作为硅源,CTAB作为造孔剂,制备α-Fe_(2)O_(3)包覆SiO_(2)的介孔材料,然后对SiO_(2)包覆的α-Fe_(2)O_(3)掺杂过渡金属Cu_(2)O,得到α-Fe_(2)O_(3)@SiO_(2)@Cu_(2)O核壳结构复合物,并且利用XRD对制备的产品进行表征,进行光催化活性的评价。结果表明,以高压汞灯为光源,亚甲基蓝浓度为15 mg/L,当催化剂用量为5 mg,90 min的降解率达到47.3%。

SiO_(2)-H_(2)O纳米流体强化煤尘润湿性的微观机理研究

煤尘污染是世界煤炭行业亟需解决的难题之一,探索绿色高效的新型煤尘润湿剂对于该领域来说具有潜在的应用价值。以Wender模型为研究对象,借助Materials Studio分子模拟软件与物理实验探究了SiO_(2)-H_(2)O纳米流体对煤尘润湿性的影响机制。研究表明:SiO_(2)纳米颗粒(NPs)的反应活性较高,其表面羟基容易与煤分子和水分子形成氢键,从而影响煤尘的润湿特性。NPs与煤分子的相互作用能力较强,其吸附在煤尘表面后能吸附更多的水分子。当体系中NPs的吸附数量为0~5时,随NPs数量的增加,吸附体系中煤和NPs、NPs和水之间的相互作用能以及固-液分子间氢键的数量呈增大的趋势。煤和NPs中氢、氧原子之间的g(r)曲线值最大,峰值较高,而煤和水中氢、氧原子之间的g(r)曲线与之相反。随着NPs吸附数量的增加,水分子均方位移与扩散系数呈增大的趋势,加速了对煤尘的润湿。与水相比,纳米流体具有较低的表面张力,当颗粒浓度为2.0%(质量)时,改性煤尘接触角下降率达到了52.85%~61.51%,同时纳米流体处理后的煤尘表面NPs吸附集聚现象明显。本研究分子模拟结果与实验结果相互验证,阐明了NPs强化煤尘润湿性的微观机理,获得了NPs对煤尘润湿性的影响规律,揭示了NPs在煤尘表面的吸附特征,为SiO_(2)-H_(2)O纳米流体强化煤尘润湿性奠定了理论基础。

Cu_(2)O微/纳米晶可控制备及其光催化性能

常温下,以水合肼(N_(2)H_(4)·H_(2)O)为还原剂,CuSO4·5H_(2)O为铜源,采用液相还原法成功制备出了两种形态氧化亚铜(Cu_(2)O)微/纳米晶。研究结果表明,当水合肼用量为0.25-1.5mL,反应时间为10-15min时,可获得质量较高的Cu_(2)O微纳米线,其平均直径约为60nm,长度可达十几μm。当其它实验条件(Cu^(2+)浓度、NaOH浓度和水合肼用量)不变,反应时间延长至30min以内可获得Cu_(2)O八面体微晶。光催化实验结果进一步表明,Cu_(2)O微纳米线的可见光催化性能优于Cu_(2)O八面体微晶,其降解率可达98%。该制备方法操作简单、效率高,可用于宏量合成Cu_(2)O纳米材料。

Chem-E-Car竞赛驱动的化学综合实验设计——以“Ca3MnCoO6-MnCo2O4异质结纳米纤维的制备及锌-空气电池应用”为例

为了构筑兼备ORR/OER催化活性和稳定性的锌-空气电池电极,通过静电纺丝技术制备Ca3MnCoO6-MnCo2O4异质结纳米纤维,通过XRD、SEM、TEM等对纳米纤维进行物性表征,通过极化曲线测试其在碱性电解液中的ORR/OER性能,通过Chem-E-Car小车的实际应用判断锌-空气电池的应用潜力。研究结果表明:Ca3MnCoO6-MnCo2O4材料具有纺锤形貌,随着前驱体溶液中PVP/DMF浓度的增加,纳米纤维的直径均存在不同程度的粗化。复合催化剂对ORR和OER均表现出可观的电催化活性,在ORR过程中可以提供0.61@1600 rpm的极限电流密度 (20wt% Pt/C: 0.63@1600 rpm),在OER过程中可以提供1.65 V@10 mA cm-2的过电势 (RuO2: 1.60 V@10 mA cm-2)。本综合实验技术路线简单可行、效率高,可以有效提高学生的综合实践能力和科研创新能力。以此研究成果制造的新能源小车可以提供稳定的运行速度(0.2m/s)并持续至30m,成功在第7届全国大学生Chem-E-Car竞赛中取得性能二等奖的成绩。

核壳结构Ta2O5@Ta3N5纳米花控制合成工艺研究

以TaCl5为钽源,采用水热–高温氮化法合成核壳结构Ta2O5@Ta3N5纳米花。首先,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)测试评价样品形貌,研究溶剂种类、异丙醇用量、盐酸用量、水热时间等条件因素对样品形貌调控规律;异丙醇溶剂有利于促进棒状结构生成,当异丙醇用量为14 mL,浓盐酸用量为400 µL,经160℃水热4 h制得Ta2O5纳米花,组成纳米花的棒状结构直径约50 nm,长约200 nm。再利用高温氮化技术,在50 mL∙min−1 NH3气流下,经850℃氮化3 h,Ta2O5纳米花经拓扑转换制得核壳结构Ta2O5@Ta3N5纳米花。XRD分析证实样品具有Ta2O5和Ta3N5双相结构,晶化度较高;HRTEM分析表明样品形成Ta2O5/Ta3N5;BET比表面积为21.9 m2∙g−1。本文为进一步开展Ta2O5@Ta3N5基纳米材料的制备及应用性能研究奠定实验技术基础。

纳米Al_2O_3改性变压器绝缘纸性能的研究

为了研究纳米Al2O3改性绝缘纸的绝缘性能,实验室制备了含不同质量分数的纳米Al2O3绝缘纸手抄片,并对真空浸油后的绝缘纸性能进行了测试。结果表明在一定的质量分数内纳米Al2O3改性后的绝缘纸的工频击穿场强得到较大的提高,在质量分数为1%时,工频击穿场强提高了12.75%,绝缘纸的抗张强度增加了14.13%;在1%的添加量内绝缘纸的介电常数、介电损耗都随纳米Al2O3含量的增加而减小。

Al2O3纳米颗粒对氨水鼓泡吸收过程的强化影响

在试制出了性能稳定的Al2O3纳米流体的基础上,通过定氨气流量和定入口压力两种实验方案,验证了Al2O3纳米颗粒对氨水吸收过程的强化影响,同时找出了引起强化吸收的两个主要影响因素:纳米流体性能的稳定性和吸收器入口与吸收器内气相界面的压力差。在添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的情况下,可以获得性能稳定而具有强化吸收效果的Al2O3纳米流体,尽管SDBS本身对Al2O3纳米流体强化吸收具有抑制作用。较大的压力差下Al2O3纳米流体在吸收开始阶段就表现出强化吸收效果。随着氨水浓度的增加,氨水对氨气的吸收潜力减小,而Al2O3纳米流体对氨水溶液强化吸收的效果更加明显。对强化现象的可能机理给出了合理解释,为纳米流体对传热传质强化研究提供参考。

Yb_2O_3纳米晶的制备及其若干性质的研究

用溶胶 -凝胶法制备了不同粒径的 Yb2 O3纳米晶。XRD分析表明 :所合成的 Yb2 O3纳米晶属于立方晶系 ,空间群为 Ia3。TEM分析表明 :所合成的 Yb2 O3粒子基本呈球形。计算表明 :Yb2 O3的平均晶粒度随焙烧温度的升高而增大 ,而平均晶格畸变率随焙烧温度的升高和晶粒度的增大而减小 ,表明晶粒越小 ,晶格畸变越大 ,微晶发育越不完整。溶解性试验表明 :Yb2 O3晶粒度减小 ,表面活性增加。FTIR光谱分析表明 :纳米 Yb2 O3比普通的 Yb2 O3具有更高的表面活性 ,Yb- O键的吸收强度减弱 ,有微小的蓝移。

纳米级LiMn_2O_4尖晶石合成及电化学性能研究

以Ｌｉ２ＣＯ３和Ｍｎ（ＮＯ３）２为原料，以聚丙烯酰胺为高分子网络剂制得前驱体后，用微波加热技术合成了纳米晶尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４粉体，通过循环伏安及充放电技术对其进行电化学性能测试表明，该材料的电化学比容量为 １２０ｍＡｈ／ｇ；循环 ５０次后衰减率为 ４．７％；通过 ＳＥＭ及ＸＲＤ分析其微观形貌表明，该材料不仅相纯度高，而且颗粒粒度近于纳米级，有利于Ｌｉ＋的嵌入／脱嵌．本文所提供的微波一高分子网络技术不仅为合成具有优良性能的锂锰尖晶石氧化物材料提供了一个新方法，而且为合成其他类型高性能氧化物陶瓷材料提供了一条新思路．

固相法制备α-Fe_2O_3纳米粒子

用固相反应法合成了纳米α－Ｆｅ２Ｏ３粒子。采用ＸＲＤ、ＴＥＭ、Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ对合成样品进行表征，结果表明此方法合成的粒子为α－Ｆｅ２Ｏ３．其粒子呈花生型，粒子直径为２０～４０ｎｍ左右．

纳米α-Fe_2O_3-TiO_2改性海藻酸钠/壳聚糖双极膜制备与表征

在壳聚糖(CS)阴离子交换膜中添加纳米复合半导体材料α-Fe2O3-TiO2,制备了PVA-SA/α-Fe2O3-TiO2-CS双极膜(PVA:聚乙烯醇;SA:海藻酸钠),并用扫描电镜、热重分析、电子万能试验机和接触角测定仪等对其进行了表征。研究结果表明,添加纳米α-Fe2O3-TiO2可提高双极膜的亲水性、热稳定性和机械性能。纳米α-Fe2O3-TiO2复合半导体材料较纳米α-Fe2O3或纳米TiO2单一半导体材料具有更强的光催化双极膜中间界面层水解离能力,在高压汞灯照射下能大大降低双极膜的膜阻抗和膜电阻压降(IR降)。

喷涂参数对Al_2O_3-13wt% TiO_2纳米涂层组织和性能的影响

研究了等离子喷涂特征参数(CPSP)对Al2O3-13wt%TiO2纳米涂层相组成、微观组织和性能的影响。结果表明,纳米涂层含有α-Al2O3、γ-Al2O3和金红石结构TiO2,其微观组织由全熔柱状晶区域和纳米结构的部分熔化区域组成。部分熔化区形貌与CPSP有关,低CPSP时主要为球状和部分条状,高CPSP条件下基本上都是不规则条状或块状。随CPSP增加,纳米涂层的结构缺陷减少,致密度提高。不同CPSP获得的纳米涂层的显微硬度和韧性均高于传统涂层,但CPSP过低或过高时,涂层中结构缺陷或结晶相较多,导致硬度和韧性降低。纳米涂层的耐磨性也随CPSP的变化而改变,并与涂层的组织、硬度和韧性的变化相对应。

等离子喷涂纳米Al_2O_3/TiO_2涂层耐磨性的研究

采用液相喷雾造粒的方法将纳米粒子团聚成微米级颗粒,并利用等离子喷涂技术制备出了含有纳米结构的陶瓷涂层。在MM200型环块磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了纳米结构涂层和传统陶瓷涂层的耐磨损性能,利用扫描电镜观察了磨损后的磨痕形貌。结果表明,纳米涂层的耐磨损性能明显好于传统陶瓷涂层,且随着磨损载荷的增大,纳米涂层和传统涂层的磨损机制的变化是不同的。传统涂层的磨损机理主要是微裂纹和颗粒的剥落,而相同条件下纳米涂层则由于涂层韧性的提高,几乎不存在微裂纹,主要表现为涂层的局部剥落和粘着。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2涂层组织与性能

采用大气等离子喷涂方法制备了纳米结构Al_2O_3-13%TiO_2(质量分数,下同)涂层,进行了SRV滑动磨损试验,通过扫描电镜对涂层的断口显微组织及磨损表面形貌进行了观察,并测定了涂层的显微硬度。结果表明,该纳米涂层具有独特的显微组织结构特征,层片间具有冶金结合特征的界面较多,界面结合得到明显改善,其显微硬度明显高于微米涂层,具有优良的耐磨性能,其磨损面积仅为常规微米涂层的1/5,界面结合改善是耐磨性提高的主要原因。

溶胶-凝胶法制备La_2O_3纳米粉体

以普通La2O3,硝酸,聚乙二醇为原料,利用溶胶-凝胶法制备了纳米La2O3粉体,利用TG-DTA,XRD,TEM等各种测试方法对干凝胶300℃灼烧所得前驱体粉末的分解过程及最终形成的纳米氧化镧粉体进行了分析和表征,并研究了浓度、搅拌和分散剂聚乙二醇(PEG)添加量等因素的改变对La2O3 粉体的粒径、形态的影响。实验结果表明,在适当工艺参数下,可以制得平均粒径小于50 nm 的La2O3粉体。