ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

核壳结构C-TiO_(2)纳米复合材料用于高效光催化降解有机染料

化工、纺织印染与农药化肥等产业的蓬勃发展推动着人类社会的进步,但同时也给环境治理带来了巨大难题。目前,光催化降解局限于在特定波长下针对单一有机污染物进行降解,然而现实中的情况往往更复杂。因此,开发一种多功能光催化材料用于光催化降解不同有机污染物显得尤为重要。采用一步无模板溶剂热法合成了核壳结构的C-TiO_(2)复合材料前驱体,并在氩气气氛下煅烧得到高结晶度的C-TiO_(2)复合光催化材料。运用SEM、TEM、XRD和TG等表征手段对材料进行表征,结论如下:550℃煅烧时的样品为包含少量碳的高结晶度的锐钛矿相TiO 2,且550℃煅烧时的样品依然保持了完整的核壳结构。此外,C-TiO_(2)复合材料的比表面积高达85.69 m 2·g^(-1),平均孔径为16.4 nm以及孔体积为0.423 m 3·g^(-1)。在UV-Vis光照射下,C-TiO_(2)复合材料分别对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)3种染料显示出增强的光催化降解活性。

锂离子电池三元正极核-壳结构的电化学-力学模拟

利用有限元模拟技术构建了电化学-力学耦合的三维多物理场锂离子电池模型,进而获得了核-壳正极在放电过程中Li+浓度、应变和应力的分布与演变情况,并研究了放电结束时不同放电倍率、壳厚度和核粒径对应变和应力的影响.结果表明,颗粒中心及核-壳界面处的应力在放电初期迅速达到最大值,然后随着Li+扩散过程的进行,应力逐渐减小.另外,黏结剂和相邻颗粒对电极应力分布有显著影响.减小放电速率和核粒径以及增加壳厚度能够降低电极中的应力.研究结果可为核-壳正极结构的设计与优化以及锂离子电池放电策略提供参考.

具有核壳结构的预分散C.I.颜料橙34的制备

色母粒是传统预分散有机颜料剂型,制备工艺相对复杂,着色时过滤分散值较大,颜料分散性亟待提高。以3,3′-二氯联苯胺(DCB)和对甲苯基吡唑酮为原料,经重氮化偶合反应得到C.I.颜料橙34(PO34)与水的混合液,加热条件下使PO34与外层熔融的110型聚乙烯蜡(PE)结合,获得了颗粒均匀、分散性好的预分散PO34新剂型(PPO34)。通过调控PE与PO34的质量比、PE的粒径、加热时间与加热温度、搅拌速率等实验条件,研究其对预分散颜料应用性能的影响规律。通过形貌、着色性能数据对比得到PPO34制备较适宜条件为:m(PE)∶m(PO34)为1∶1、41~60目PE、加热时间20 min、加热温度90℃、机械搅拌速率为200 r·min^(-1)。上述条件制得的PPO34粒径均一,具有明显核壳结构。与原始PO34相比,疏水性能显著增强,含水量低,过滤时间短,避免了生产中滤饼板结和强力粉碎产生的粉尘,更加环保高效;与传统色母粒相比,分散性能更好,在保持与原颜料相近的色光、明暗度、饱和度和色相等颜料性能前提下,提高了颜料着色强度,改进了其他多方面应用性能。

微流控制备包覆含能材料模拟物的核壳结构微球

基于简单的生产单重乳液的液滴微流控技术,结合相分离和结晶固化的方法,制备出具有对硝基苯甲醛(p-NBA)核层和聚苯乙烯(PS)壳层的核壳结构微球,一步完成了对高能炸药3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的模拟物p-NBA的包覆;通过调控p-NBA、PS以及赋形剂乙基纤维素(EC)的含量配比,可以得到不同结构和形貌的微球,并研究了上述因素对核壳结构微球的影响;基于高能炸药DNTF的包覆钝化效果和包覆量双重条件,在使用大相对分子质量(M r=300000~350000)PS情况下,得出最佳实验条件为:EC和p-NBA质量比为1∶10,PS质量分数为8%。结果表明,赋形剂的添加有助于促进p-NBA的结晶,使其能够在液滴相分离的时候形成球形颗粒,从而被完整包覆;PS在微液滴中的初始质量分数越大,形成的壳层越厚、球形度越高,但封装DNTF的壳层越厚,爆炸威力会降低。

核壳结构Co_(3)O_(4)@MnOx整体式催化剂的碳烟催化燃烧性能

采用两步水热法在泡沫镍基底上合成了具有纳米棒形貌的Co_(3)O_(4)@MnOx整体式催化剂,通过X射线衍射、X射线能谱分析、氢气-程序升温还原、X射线光电子能谱、拉曼光谱和碳烟-程序升温还原等手段对催化剂进行表征,在微型固定床反应器上评价了其催化碳烟燃烧性能,通过等温动力学实验探究了催化剂的本征活性。结果表明,Co_(3)O_(4)@MnOx催化剂呈现了以Co_(3)O_(4)为核、以MnOx为壳的核壳结构。与催化剂Co-NW相比,Co_(3)O_(4)@MnOx催化剂中Co_(3)O_(4)与MnOx之间的相互作用使其表面产生了更多高价物种Mn^(4+)和Mn^(3+)以及更多的表面氧空位,其氧化还原性能提高,催化剂的活性氧物种数量增加了两倍,催化性能得到改善,在NO存在的反应气氛中使碳烟起燃温度降低148℃。此外,相比催化剂CoNW,Co_(3)O_(4)@MnOx催化剂使碳烟燃烧反应的活化能从113.6 kJ/mol降低至102.2 kJ/mol,催化剂的本征活性提高了两倍。

用于锌-空气电池的Pd纳米颗粒核壳结构与缺陷调控催化剂

研发高效稳定的双功能电催化剂以增强锌-空气电池中析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)的性能,是实现可持续能源转换与存储系统的关键。采用一步电沉积法和碱刻蚀工艺制备了一种表面富含缺陷和介孔的NiFe层状双氢氧化物纳米片包裹Pd纳米颗粒的核壳结构(Pd/D-NiFe-LDH)。由于具有核壳结构、丰富的缺陷和增多的活性位点,Pd/D-NiFe-LDH表现出优异的催化活性,在10 mA·cm^(-2)电流密度下,其OER的电位与ORR半波电位之差仅为0.69 V。基于Pd/D-NiFe-LDH的液态锌-空气电池和准固态柔性锌-空气电池的最大功率密度分别达到114.7和89.4 mW·cm^(-2),长期循环测试结果分别超过了400和150 h。

含Ag@Ni核壳结构粉体镍基复合涂层的多循环高温摩擦学性能

为了抑制Ag的扩散,采用化学镀方法制备Ag@Ni核壳结构粉体,并利用大气等离子喷涂技术制备NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层,详细研究核壳结构设计对涂层在高温循环工况下的力学及摩擦学性能的影响。研究结果表明:Ag的核壳结构设计可以提高镍基涂层中Ag与NiCrAlY的界面结合强度,进而显著提高复合涂层的硬度。Ni覆层有效地抑制了Ag在高温摩擦过程中的扩散与耗散。800℃时NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层的摩擦因数仅为0.25,磨损率仅为1×10^(-5)mm^(3)/(N·m),显著低于NiCrAlY-Mo-Ag涂层。同时,Ag的核壳结构设计使得涂层在高温多循环工况下始终保持良好的自润滑性和耐磨性。

水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。

壳核结构氧化铝@石墨烯复合粉末增强铜基复合材料摩擦学性能研究

如何充分发挥润滑组元和耐磨组元的协同作用以提高铜基复合材料摩擦学性能仍面临具大的挑战。以石墨烯为润滑组元,氧化铝为耐磨组元,对比了氧化铝和石墨烯组装为壳核结构前后对铜基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,与氧化铝和石墨烯分别以独立相分布于铜基体的情况相比,氧化铝和石墨烯组装为壳核结构后可以提高铜基复合材料的致密度、硬度,并有利于在磨痕表面形成连续且具有保护性的摩擦层。因此,在10~40 N载荷范围内干摩擦,后者比前者具有更低的摩擦因数和磨损率。

硅溶胶包覆制备核壳结构VO_(2)(M)@SiO_(2)研究

通过SiO_(2)包覆VO_(2)(M)材料形成核壳结构,可以显著提高其可见光透过率(T_(lum)),有效减缓VO_(2)(M)的氧化过程,对于增强智能窗的应用价值具有重要意义。Stöber法是制备核壳结构VO_(2)(M)@SiO_(2)的传统方法,采用硅溶胶凝胶法来简化制备工序、降低生产成本并减少工艺调控要素。通过对硅溶胶凝胶实验的初步研究,探讨硅溶胶凝胶包覆VO_(2)(M)的工艺参数,并通过实验验证硅溶胶凝胶包覆VO_(2)(M)的可行性。研究结果表明,当pH为5~6、固含量为15%~20%(质量分数)时,硅溶胶的凝胶化能力最佳。此外,随着凝胶温度升高,凝胶时间缩短,焙烧后得到的SiO_(2)粉体结晶性和热稳定性增加。根据优化后的硅溶胶凝胶工艺参数成功制备了致密稳定的核壳结构VO_(2)(M)@SiO_(2)材料,其包覆程度达到93.3%,薄膜的光学透过率提升至65%,且其相变温度降低和热滞后回线宽度变窄。因此,硅溶胶凝胶法为制备高性能的核壳结构VO_(2)(M)@SiO_(2)材料提供了一种简化工艺和降低成本的方法,对于智能窗等应用具有重要潜力。

TiO_(2)-PDA核壳结构及TiO_(2)-PDA/硅胶复合材料的制备

将多巴胺单体在纳米TiO_(2)粒子表面聚合,形成TiO_(2)-聚多巴胺(PDA)核壳结构,与硅胶(SR)共混制备了TiO_(2)-PDA/SR复合材料,并研究了其结构与性能。结果表明:使用多巴胺单体增加了TiO_(2)的分散性与相容性;PDA包覆的TiO_(2)粒子分散性明显提升,形成了较为清晰的核壳结构;PDA稳定且牢固地自聚在纳米TiO_(2)粒子外层,不易脱落;TiO_(2)-PDA/SR复合材料的起始分解温度从450.44℃提升到468.01℃,复合材料微观形貌呈海-岛结构。

Ni/CeO_(2)@ZIF-8核壳结构催化剂的制备及其RWGS反应性能研究

利用液相浓度控制成核法制备了ZIF-8包覆的Ni/CeO_(2)核壳结构催化剂,通过一系列表征技术,研究了ZIF-8壳层对催化剂物理化学性质的影响,并进一步探究引入ZIF-8对于催化剂上的RWGS反应性能与路径的影响。结果表明,ZIF-8壳层能够增大催化剂的比表面积,减弱加氢能力和对CO的吸附强度,在300℃,0.1 MPa,GHSV=6 L/(g·h)和CO_(2)∶H_(2)=1∶3的反应条件下,核壳结构催化剂上的CO选择性提升了60.3%。ZIF-8包覆前后的Ni基催化剂上的反应中间物种不同,生成CO的主要中间体为羧酸盐而CH_(4)则为甲酸盐,ZIF-8壳层的存在抑制了羧酸盐进一步加氢转化为甲酸盐,从而抑制了甲烷化副反应进行,提高了RWGS反应的CO选择性。

Ag/Ge核壳颗粒的结构设计及红外光学特性的理论研究

为获得符合光谱选择性辐射红外隐身需求的颗粒,利用Mie散射理论和有限元仿真分别对Ag/Ge核壳结构的红外光学特性进行计算。研究了不同Ag内核和Ge外壳尺寸组合下颗粒消光效率峰值随波长的变化。在6.5μm等值线上等间隔的选取不同尺寸组合,通过对比消光效率曲线确定了0.3/0.848μm的核壳结构为主要研究对象。不同计算方法获得的消光效率曲线形状十分近似,消光峰均位于6.5μm处,消光效率峰值分别为16.6和16.1,验证了计算结果的可靠性。对比颗粒在不同波长入射场下的三维远场辐射及电磁功率损耗情况,发现其在6.5μm处具有更强的辐射强度和功率损耗密度,说明此时颗粒与入射场能够发生强烈的共振作用,可用于该波段红外辐射的选择性吸收。

抗纤维化与促“H”型血管核壳结构生物支架修复临界骨缺损

背景:在骨组织愈合过程中,促进新生骨的血管化是加速骨组织修复的常用策略,然而骨缺损修复过程中过快的纤维化进程常常被忽略。目的:设计并制备一种具有调节新生骨痂内纤维化及血管化进程的核壳结构仿生支架,表征其物理学特征,验证其体内外抗纤维化与促成骨性能。方法:制备具有调节新生骨痂内纤维化及血管化进程的核壳结构仿生支架,外层壳结构由聚己内酯静电纺丝纳米纤维负载成纤维细胞活化蛋白抑制剂组成,内层核结构由甲基丙烯酸酐明胶水凝胶负载去铁胺组成,表征静电纺丝和水凝胶的物理学特征,利用活死染色与CCK-8实验验证材料的生物相容性。通过成纤维细胞体外实验分析支架壳结构的抗纤维化作用,通过MC3T3-E1细胞体外实验分析支架壳结构中成纤维细胞活化蛋白抑制剂的促成骨作用,通过人脐静脉内皮细胞分析支架核结构中去铁胺的促血管形成作用。通过大鼠临界骨缺损实验评估核壳结构仿生支架的骨修复作用。结果与结论:①核壳结构仿生支架具有良好的生物相容性,静电纺丝技术制备的聚己内酯电纺纤维具有疏水性,在物理层面上有效阻隔外源性纤维组织长入,电纺纤维膜在2周内可有效释放抗纤维化药物成纤维细胞活化蛋白抑制剂,释放的抗纤维化药物可以抑制骨缺损周围成纤维细胞的生长、黏附,有效降低成纤维相关蛋白的表达,同时可促进MC3T3-E1细胞成骨蛋白的表达,加快其矿化速度;支架核结构中的去铁胺可促进人脐静脉内皮细胞的迁移、成管能力,并促进其强烈表达“H”血管特征性蛋白。②在SD大鼠的股骨制造临界骨缺损模型中,相较于聚己内酯膜,核壳结构仿生支架实现了骨缺损的有效修复。③结果表明,核壳结构仿生支架在预防骨痂过度纤维化的同时促进新生骨痂内“H”血管形成,能有效避免骨不连的发生,加速临界骨缺损修复进程。

不同核壳结构的CsPbBr_(3)纳米晶体的稳定性、生物相容性能

CsPbBr_(3)钙钛矿纳米晶体(PNC)由于出色的光学性能使其在生物领域具有广泛的应用前景,但CsPbBr_(3)PNC的低稳定性及高毒性大大限制了其实际应用。因此,通过壳层包裹,采用室温重结晶法分别将环糊精(CD)和SiO_(2)包覆在CsPbBr_(3)PNC表面合成核壳结构的CsPbBr_(3)@CD和CsPbBr_(3)@SiO_(2)。不同的包覆材料使PNC具有不同的光学特性、稳定性及生物相容性。其中,CsPbBr_(3)@SiO_(2)的荧光量子产率(36.16%)约为CsPbBr_(3)@CD(14.39%)的2.5倍。CsPbBr_(3)@SiO_(2)的平均荧光衰减寿命(101.43 ns)约为CsPbBr_(3)@CD(68.73 ns)的1.5倍。在30℃、湿度为60%的空气中放置10天后,CsPbBr_(3)@SiO_(2)荧光强度约为CsPbBr_(3)@CD的3.9倍。将CsPbBr_(3)@CD和CsPbBr_(3)@SiO_(2)与细胞共培养,细胞存活率分别为51.27%和88.57%。结果表明,相较于CsPbBr_(3)@CD,CsPbBr_(3)@SiO_(2)具有更好的光学特性、稳定性以及生物相容性,更有利于在生物医学领域应用。

核壳结构铜簇合物的制备及催化合成色胺酮的研究

发展了一种有机膦协助合成法用于制备铜簇合物Cu_(36)H_20(S_2P(OC_3H_7)_2)_(12 )(Cu_(36)).通过单晶X射线衍射分析表明该簇合物的金属框架可以看作核壳结构,内核结构为Cu_(12)空心二十面体,外壳结构为Cu_(24)小斜方截半立方体.与[Cu_(30)H_(18)(S_2P(OC_3H_7)_2)_(12)](Cu_(30))相比较,Cu_(36)的金属框架可看作由Cu_(30)外壳层增加两个Cu_3三角形单元组成,从而证明了铜簇合物间结构的关联性和演变特性.此外,Cu_(36)簇合物可用于合成色胺酮反应的催化剂,当选择碳酸氢钠作为碱,二甲基亚砜作为溶剂,能够取得良好的催化效果.

核壳结构BNNS@SiO_(2)/环氧复合电介质的电-热击穿特性

本文制备不同填料含量的核壳结构BNNS@SiO_(2)/环氧复合电介质,研究复合电介质界面区的化学特征与微观形貌,通过热刺激去极化电流法与击穿测试研究环氧复合电介质的陷阱特性与击穿性能。结果表明:BNNS@SiO_(2)具有核壳结构,且包覆的SiO_(2)厚度在纳米级别;BNNS@SiO_(2)表面存在明显化学键合作用,与环氧基体可形成较强的界面区,提升其与环氧基体的相容性。少量BNNS@SiO_(2)可有效提升复合电介质的电气强度,当BNNS@SiO_(2)的质量分数为1%时,复合电介质的电气强度可提升52.3%。当BNNS@SiO_(2)纳米粒子含量较少时,环氧复合电介质中的深陷阱增加,当纳米粒子含量较多时,深陷阱数量有所减少,浅陷阱数量增加。此外,核壳结构BNNS@SiO_(2)/环氧复合电介质的热导率明显提高,有利于高电场下的绝缘散热。通过深陷阱效应与导热性能提升的综合作用,环氧复合电介质的击穿性能得到显著提升。

碲化物核壳结构的构建及其热电应用的研究进展

热电材料可以实现热能和电能的直接转换,在余热发电和固态制冷领域表现出极大的应用前景。由于电-声耦合作用,热电材料的综合性能难以得到进一步提升。理论预测及实验研究均证明合理的异质核壳结构能实现电-声作用的解耦,是提升热电材料性能的一种常用策略。本文以碲化物热电材料为例,综述其核壳结构的构建方法及对PbTe、Bi2Te3等材料热电性能的影响,并对利用核壳结构实现新型热电材料的开发进行了展望。

U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球制备及其在弥散型陶瓷核燃料中的应用研究

基于光/热引发聚合反应的壳层固化方法在设计构建的同轴双毛细管微流体控制装置中实现高球形度U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球的制备,调控微流控系统中连续相流量以及核相与壳层相流量比可精准控制U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球粒径和壳层厚度。提出以U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球为原料制备高U_(3)O_(8)体积分数的U_(3)O_(8)/ZrN弥散型陶瓷核燃料芯块技术方法。研究结果显示,制备的高达40.8%燃料相体积分数的弥散燃料芯块中U_(3)O_(8)微粒均匀分布在ZrN基质中且没有U_(3)O_(8)微粒堆积粘连。该弥散燃料芯块的热导率比U_(3)O_(8)燃料芯块热导率提高53%,有效改善了陶瓷核燃料的导热性能。