模板和发泡双策略制备氮掺杂介孔碳材料及电化学性能

以尿素作为氮源,聚乙烯吡咯烷酮为碳源,同时利用硬模板法和发泡双策略在不同预活化温度(90℃、140℃、180℃和250℃)下探究前驱体缩合反应程度。通过SEM对其形貌分析,通过BET分析不同的发泡温度对孔径的影响,进而探究其作为电极材料的电化学性能。结果表明,在预活化温度为180℃的条件下煅烧的NPCNs样品呈三维网状形貌,拥有较高的比表面积且伴随着丰富的分级多孔结构。同时,NPCNs的导电性高,电化学性能良好,在1 mV/s的扫速下比电容高达382 F/g,即使在2 A/g的电流密度下经过1000次循环后仍保持近100%的容量保持率,放电比容量能达到302 F/g。

电化学免疫传感器中纳米材料信号放大策略的研究进展

简单介绍了电化学免疫传感器的构成及原理,详细从导电性增强、信号分子富集、抗体增加、催化信号放大等4个方面进行纳米材料信号放大策略的综述。其中重点分析了各类纳米材料,包括石墨烯类纳米材料、金属纳米材料、多孔纳米材料、磁性纳米材料和金属化合物纳米材料的功能特性及信号放大原理。其次,总结了基于纳米材料信号放大策略的电化学免疫传感器对不同领域分析物的检测,提出了基于纳米材料的电化学免疫传感器目前面临的问题,并对其今后发展存在的机遇进行了展望(引用文献79篇)。

绿色能源融入化学实验教学——以锂硫电池阴极材料制备为例

本文利用先进的锂硫电池作为大学无机化学课程实验,探讨将先进的储能技术与大学无机实验教学相融合。本实验选取氮掺杂多孔碳作为研究对象,利用X射线衍射仪、手套箱、电化学工作站、蓝电电池测试仪等设备对其结构与电化学性能进行研究。本实验结合了绿色能源理念,理论知识与动手实践相结合,巩固电化学知识的同时使学生掌握制备电极、组装和测试电池的基本技能,旨在提高本科生的创新能力和综合素质。

电化学沉积时间对碱预处理钛合金表面HA涂层的影响

采用碱预处理钛合金表面再电化学沉积的方法,研究了电化学沉积时间对羟基磷灰石(HA)涂层物相、形貌、生物活性及其与钛合金基体间结合强度的影响。结果表明,碱预处理钛合金表面制备的电化学沉积涂层主要由片状HA相组成,电化学沉积时间对涂层物相组成没有影响,但会影响涂层厚度;沉积时间60 min时得到的HA涂层较致密,与基体的结合强度达17.85 MPa。各沉积时间下得到的HA涂层均具有较好的生物活性,在模拟体液(SBF)中,CO_(3)^(2-)置换HA中的PO_(4)^(3-)进入磷灰石中形成类骨磷灰石CHA,呈馒头状,直径7~8μm,且在SBF中浸泡3 d,CHA可铺满HA表面。

氮掺杂纳米碳包覆MnO复合材料的制备与电化学性能

利用静电引力在MnO_(2)纳米线表面吸附盐酸处理的三聚氰胺(H-melamine),H-melamine和MnO_(2)纳米线的质量比分别为1∶1,3∶1,5∶1,然后进行退火以制备氮掺杂纳米碳包覆MnO(MnO@N-C)复合材料,研究了复合材料的物相组成、微观结构和电化学性能。结果表明:退火处理使得MnO_(2)纳米线和包覆在其表面的H-melamine分别转变为MnO及氮掺杂碳材料,得到的MnO@N-C复合材料呈现串珠状形貌;当H-melamine与MnO_(2)纳米线的质量比为3∶1时,复合材料的电化学性能最佳,在1 A·g^(-1)电流密度下表现出1050 F·g^(-1)的超高比电容,并且在3 A·g^(-1)电流密度下经6000次充放电循环后具有75%的容量保持率。以复合材料为正极、活性炭为负极组装的锌离子混合超级电容器的工作电压范围可达0~2.0 V,且表现出72 W·h·kg^(-1)的能量密度;在3 A·g^(-1)的电流密度下经过5000次循环后,超级电容器仍能保持88%的初始比电容。

金属基石墨烯复合材料的合成机理及工艺方法

石墨烯具有良好的力学性能、导电导热和耐腐蚀性能,大部分纯金属只有在某些方面有着单一的良好性能,而不具备多维度的优良材料性能,金属基复合材料可以弥补纯金属在单一方面性能的不足,具有比单一基体更优异的性能;石墨烯/金属基复合材料(Gr-MMC)在航空航天、汽车、电子和军事领域有着广泛的应用。详细介绍了微观层面金属基表面沉积石墨烯的机理,在不同的金属表面石墨烯会表现出不同的行为,其中铜、钌、铱、镍是比较有代表性的几种金属,通过研究在不同金属上的沉积机理能够更好地从微观层面指导金属基复合材料的制备;金属基石墨烯复合材料的制备工艺针对不同的金属大致可以分为液相法、固相法和沉积处理,对于每种工艺方法的特点和不足也有所提及。

非均匀GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器材料表征和器件性能研究

本文利用分子束外延(MBE)技术成功生长了GaAs/AlGaAs非均匀量子阱红外探测器材料,并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异,并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结合能谱仪(EDS)对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析,并利用二次离子质谱仪(SIMS)对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明,该量子阱外延材料晶体质量很好,量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。对于非均匀量子阱红外探测器,通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度,可以改变量子阱电场分布,而与传统的均匀量子阱红外探测器相比,其暗电流显著下降(约一个数量级)。在不同阱宽下,非均匀量子阱的跃迁模式发生改变,束缚态到准束缚态跃迁模式下(B-QB)的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。

原位生长CNTs对于铜基复合材料性能的影响

通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用内氧化法制备Cu-Al_(2)O_(3)粉末,利用CVD技术改善碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)在铜基体中的分散性和界面结合,提高复合材料的性能。在制备的铜基复合材料中,Al_(2)O_(3)和CNTs双增强相的加入能够提高复合材料的力学性能,且CNTs独特的纤维结构有助于阻止熔融铜脱离基体表面,保持液态熔池稳定,避免复合材料导电率降低。双增强相的添加提高了复合材料的耐磨性、抑制了腐蚀坑的形成。Al的质量分数为0.35%的CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料能够保证导电率较高的情况下得到较高的维氏硬度与致密度。为制备高性能铜基电接触材料提供了新思路。

增材制造专业课程与材料专业学科相结合的教学方法探讨

增材制造作为一门新出现的先进制造技术近年来发展迅速,应用前景广阔,对我国发展高端制造业具有重要作用。增材制造技术进入高校课堂的时间不长,2021年增材制造工程专业课程首次进入我国普通高等学校本科专业目录新增专业名单,因此当前大部分高校处于开展增材制造专业课程的初期阶段,在教学内容和教学方式上存在较大差异,面临着经验不足、教学效果差等问题。目前开设增材制造课程教学的专业主要集中在工科专业,该文探讨在材料学科中开展增材制造专业课程的教学方法,从增材制造课程的理论教学、课程实践、科研项目三方面进行教学内容和教学方法的论述。并阐述如何将增材制造课程内容与传统材料学科知识相结合,培养适应快速技术发展的专业人才。该文的最后对增材制造专业课程中如何融入思政教学也提出思考与展望。

功能性渔用材料的研究现状与展望

随着新材料技术的不断革新和现代渔业的高质量发展,功能性渔用材料迎来了新的挑战,同时也给现代渔业高质量发展带来新的机遇。功能性渔用材料在蓝色粮仓建设、渔业生态环境保护及绿色水产品供给等方面发挥了重要作用。为研发综合性能更加优越的功能性渔用材料,本文概述了近年来功能性渔用材料的研究现状,分析了防污材料、可降解材料、发光材料、抗菌材料等功能性渔用材料的应用进展以及现阶段存在的问题与不足,并展望了今后的发展趋势,以期为功能性渔用材料的快速崛起和产业化应用等提供参考。

MnFePBA/rGO/CC复合电极的制备及电化学电容性能

采用共沉淀法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长锰铁普鲁士蓝类似物(MnFePBA)纳米颗粒,获得不同MnFePBA和GO质量比(1:0.1,1:0.3,1:0.5)的复合粉体;采用超声喷涂法将MnFePBA/GO复合粉体涂敷在预热的碳布(CC)基底上,并借助化学还原将GO转化成还原氧化石墨烯(rGO),制备出MnFePBA/rGO/CC复合电极,研究了复合电极的微观结构和电化学电容性能。结果表明:当MnFePBA与GO的质量比为1:0.1时,MnFePBA颗粒发生团聚;当二者的质量比为1:0.5时,GO纳米片出现明显堆叠;当二者的质量比为1:0.3时,GO与MnFePBA均匀复合,所制备的MnFePBA/GO/CC复合电极具有最高的比电容、最小的内阻及最快的离子扩散速率,电化学性能最优。当MnFePBA和GO质量比为1:0.3时,化学还原法制备的MnFePBA/rGO/CC复合电极在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容由化学还原前的888 F·g^(-1)增加到1032 F·g^(-1);当电流密度从1 A·g^(-1)增大到10 A·g^(-1)时,比电容保持率由化学还原前的44.93%提升至54.55%,且在7 A·g^(-1)电流密度下经过3000圈循环后的比电容保持率仍为94.78%。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

基于CDs@SiNWs的光电化学免疫传感器构建及性能研究

采用金属辅助化学蚀刻法制备高定向硅纳米线阵列(silicon nanowire arrays, SiNWs),结合碳点(carbon dots,CDs)改性制备了一种新型无标记光电免疫传感器,用于心肌肌钙蛋白I(cardiac troponin I, cTnI)的检测。N型SiNWs作为光阳极,可获得强的光电信号基底响应。采用旋涂法将CDs负载于SiNWs表面,可以提高SiNWs对可见光的吸收能力,促进光生载流子分离,从而提高SiNWs的光电性能;同时,CDs为抗体连接提供了羧基活性位点。基于CDs@SiNWs的光电免疫传感器对cTnI的检测具有良好的线性范围(0.005~5.000 ng/mL)和较低的检出限(3.79 pg/mL)。所设计的光电化学(photoelectrochemical, PEC)免疫传感器具有良好的灵敏度、稳定性和重复性。该电极可实现无标签检测,为实现c TnI的即时检测提供了新的途径。

金属-有机框架材料催化析氧反应的研究进展

面对日益严峻的环境问题,我国提出了“碳中和、碳达峰”的宏伟目标,清洁能源是实现双碳目标的有效手段之一。电解水制氢是一种制备清洁能源的重要方法,然而,电解水过程中析氧反应的缓慢动力学和较高过电位是妨碍水裂解效率的关键因素。金属–有机骨架材料(metalorganic framework,MOF)由于其规整的微观结构、较大的比表面积和可调的孔径等优点,被认为是电解水制氢的优异催化剂。综述了MOF材料用于催化析氧反应的最新研究进展,分析了该类材料的设计策略和催化机制。系统归纳了MOF基催化剂的各种调制策略,包括结晶度调制、电子调制、缺陷调制以及形态调制,并且对MOF材料作为析氧反应催化剂面临的挑战和机遇做出了展望。

“材料选择与设计”课程中案例教学创新实践

“材料选择与设计”课程旨在使学生利用材料选择和设计的基本原则,通过实际工程案例学习,掌握工程应用中材料合理选择与设计的能力。然而,在实际教学过程中,它存在理论与实践相脱节、实践教学条件有限等问题,影响了教学效果。建立一套科学有序、教学实效性强的案例库,并不断丰富教学手段,改进案例教学中理论与实践相结合的教学方法,以提高案例教学中学生的参与度,以期为社会培养扎实理论功底和实践操作能力兼具的应用创新型人才,为材料领域应用型创新型人才培养提供借鉴。

MXene基电磁屏蔽复合材料的应用进展

随着电子设备的快速发展和无线通信需求的急剧增加,电磁污染问题愈发严重。电磁屏蔽材料的研制可以很好地解决这类严峻的问题。MXene独特的层状结构、良好的导电性和优异的机械强度,使其在电磁屏蔽和生物医用领域均展现了极高的应用价值。本文概述了MXene及复合材料的制备,以及在电磁屏蔽、乳腺癌治疗领域的应用进展。

ZnSe及其Mn掺杂复合材料光吸收催化性能和高压结构性能研究

ZnSe半导体材料是制备光电器件和光催化反应催化剂的重要原材料。其单体材料具有强光下易变质、电子-空穴复合等现象。通过元素掺杂制备ZnSe复合材料,并与单体材料对比研究了元素掺杂所提升的ZnSe的光学及结构性能。首先采用水热法实验室制备纯ZnSe和Mn∶Zn加入比分别为5%、10%、15%和20%的ZnSe复合材料,对比材料形貌、结构,光吸收和催化性能,结果显示掺杂比为10%的样品结晶度最高,杂质成型量最少,催化性能最佳。采用Mao-Bell型金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究纯ZnSe和掺杂比为10%的样品的高压结构相变行为,以探究元素掺杂对样品结构性能的影响。研究结果:(1)扫描电子显微镜(SEM)图显示,加入Mn元素后制得的ZnSe样品形貌为球状,与纯样大致相同,球状颗粒表面有小颗粒负载,且随着Mn加入量的增加,表面负载的物质增多;(2)X射线衍射(XRD)图谱表明,ZnSe样品结构为立方闪锌矿结构,随着Mn加入量的增加,样品MnSe特征峰增强,杂质MnO_(2)成型越完全。掺杂比为10%的样品ZnSe结晶度高,杂质成型量少;(3)固体紫外漫反射(UV-Vis)结果表明,掺杂比为10%的样品对光的吸收边最大,禁带宽度最小,为1.65 eV;(4)光催化实验结果显示,掺杂比为10%的样品催化降解甲基橙的效率最大,6 h降解85.4%。研究表明掺杂Mn元素比为10%的ZnSe复合材料,光吸收和催化性能相对最好。金刚石压腔结合原位拉曼光谱探究ZnSe样品和掺杂比为10%的样品的高压相变结果表明,(1)纯ZnSe的LO声子模在压力上升到12.3 GPa时基本消失,TO声子模在压力上升到20.8 GPa时消失,整个加压过程中没有新峰生成,纯ZnSe发生闪锌矿相向岩盐矿相转变的高压行为;(2)复合材料的TO声子模在6.9 GPa时发生劈裂,在8.0 GPa时208 cm^(-1)处有新峰出现,表明在此压力下部分样品由闪锌矿相转变为辰砂矿相。在10.8 GPa时辰砂矿相的峰消失,体系发生由辰砂矿相向岩盐矿相转变;加压至18.8 GPa,LO声子模非常微弱,几近消失,此时体系中的闪锌矿相完全转化为岩盐矿相。研究了不同条件下ZnSe的光催化性能和相变行为,探究了不同掺杂比对ZnSe光催化性能的影响,确定掺杂比为10%的ZnSe样品为最佳掺杂比复合材料,丰富了极端条件下ZnSe的物理化学性质的多样性研究。

普通化学课程教学过程中的思考与应对

普通化学是我国普通高等院校非化学类理工科专业必修的一门基础性课程。高校在培养方案中设置这门课程的主要目的在于提升非化学类专业学生的基本化学素养和能力。做好普通化学课程的教学工作,对培养具有创新能力的人才至关重要。针对普通化学课程教学过程中存在的学生学习积极性不高、不适应大学课程的教学方式和化学基础知识薄弱等问题,从促使非化学类专业学生意识到学习普通化学课程的必要性、实现高中到大学的学习和教学方式方法的过渡、让化学基础知识薄弱的学生学好普通化学等方面阐述解决策略,旨在提升普通化学课程教学效果。

磁性介孔纳米材料的制备及性能的研究

通过水热法合成了分散性良好的Fe_(3)O_(4)纳米微球,在其外层包覆了介孔二氧化硅(MSN),并进一步修饰了壳聚糖(CS)和透明质酸(HA),形成了高分散的纳米微球Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@MSN@CS@HA。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征了纳米微球的结构、形貌、粒径及分散性。利用热重分析仪(TGA)和比表面分析仪(BET)测试了其外层含量、比表面积和孔径大小。通过紫外可见光谱分析仪测定了参与芬顿反应的性能,并计算其反应速率。结果表明,纳米微球具有良好的分散性和载药能力,且含有的二价铁离子(Fe^(2+))可以进一步实现肿瘤的化学动力学治疗潜力。

复合上转换纳米材料的制备及其性能研究的综合实验设计

基于水热法制备高分散纳米粒子NaYF_(4)∶Yb,Er纳米粒子,在其外层包覆介孔二氧化硅(MSN),并进一步修饰了聚多巴胺(PDA)和透明质酸(HA),制备出复合纳米微球UCNPs@MSN@PDA-HA,通过透射电镜(TEM)观测其结构和形貌。通过红外分析仪(FITR)和荧光光谱仪检测其组成和发光性能。结果表明,复合纳米微球具有良好的分散性和介孔结构,通过修饰不同材料后,仍具有良好的上转换发光效果。