石墨烯负载新型π-共轭聚合物纳米复合电极材料的合成及其超级电容特性

采用γ射线辐照还原技术获得易分散石墨烯(GNS),并以其为载体,以樟脑磺酸为掺杂剂和软模板,借助化学氧化聚合方法制备出分级孔结构的石墨烯负载聚(1,5-二氨基蒽醌)(GNS@PDAA)纳米复合材料。运用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)、能谱仪(EDS)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和电化学测试等手段研究了不同GNS/DAA质量比对GNS@PDAA复合材料的形貌、结构及超级电容特性的影响。研究表明,当DAA/GNS质量比为6/1时,借助π-π堆叠和网络限域作用,PDAA以20-40 nm纳米颗粒的形式牢固沉积于石墨烯表面,材料内部存在大量10-30 nm尺寸的介孔。该GNS@PDAA复合材料在0.5 A?g^(-1)时呈现最高的比电容(398.7 F?g^(-1)),优异的倍率特性(在50 A?g^(-1)下比电容保持率为71%)和非常好的循环性能(20000次循环后比电容损失仅为8.3%)。进而证实了GNS@PDAA复合材料所组装的超级电容器具有优异的串并联特性。

用过期切片面包制备环保超级电容器活性炭电极材料

考虑到世界上每天产生大量的过期面包等过期食品,以过期切片面包为原材料,经碳化、1 mol·L^?1 KOH活化并用稀盐酸中和及去离子水和乙醇洗涤后,制备了过期切片面包活性炭(EBAC)。对过期切片面包活性炭的表面形貌、物相结构、表面官能团、比表面积和孔径分布分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸脱附(BET)进行了表征。在以3 mol·L^?1 KOH为电解液的三电极体系中,进行了活性炭电极材料的电化学性能测试。充放电曲线显示,在0.5 A·g^?1电流密度下,电极材料比电容达到352 F·g^?1;在5 A·g^?1的电流密度下循环1000次后,比电容保持在99.87%,展示出良好的循环稳定性。交流阻抗测试得到的Nyquist图和Bode图则近一步说明了过期切片面包活性炭具有良好的超级电容器性能。

不同平均分子量PEG组合体系对合成LiFePO_4/C复合材料结构与电化学性能的影响

以不同平均分子量的聚乙二醇(PEG)组合体系为纳米结构控制剂和碳源,采用旋转蒸干法制备了LiFePO4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒电流充放电测试等手段对其晶体结构、形貌与电化学性能进行了表征。结果表明:不同的PEG组合体系对LiFePO4的晶体尺寸和颗粒形貌具有调控作用,由PEG200+PEG35K(平均分子量为35 000的聚乙二醇)组合体系制备的LiFePO4/C颗粒呈球形,粒径细小而均匀,且具有较好的电化学性能,0.1C和1C倍率下首次放电比容量分别为168.3 mA.h/g和138.1 mA.h/g。

低临界共溶温度PES体系制备微孔膜的研究

以聚醚砜(PES)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/一缩二乙二醇(DEG)低临界共溶温度(LCST)体系为铸膜液,利用低临界共溶温度(LCST)的热致相分离(LCST-TIPS,简称RTIPS)法制备了PES微孔膜。通过透光实验测试RTIPS过程的LCST,以扫描电镜、渗透和力学实验表征膜的形态和性能。研究了非溶剂/溶剂(DEG:DMAc)质量比和成膜水浴温度对PES膜结构和性能的影响。实验结果表明,随DEG:DMAc质量比增加,相分离温度降低;利用RTIPS技术抑制了膜断面指状孔的出现,形成表面有明显微孔和断面对称的双连续膜结构;DEG:DMAc质量比0.8:1,成膜水浴温度60℃,膜纯水通量和平均孔径最大;通过RTIPS机理所成膜综合力学性能优于非溶剂致相分离(NIPS)法所制备的膜。

稀土β-成核剂／玻璃纤维改性聚丙烯复合材料的制备及其性能研究

研究了不同含量稀土β-成核剂（WBG—Ⅱ）对玻璃纤维增强聚丙烯（GFRP）复合材料性能的影响。差示扫描量热仪（DSC）和X-射线衍射仪（XRD）的测试结果表明，材料的结晶度和结晶能力得到大幅提高，且晶体的形态由α-晶占主导变成β-晶占主导，玻璃纤维（GF）对β-成核剂有抑制作用。

多孔纳米Ni3S2的制备及其电化学性能研究

通过两步液相法合成了生长在泡沫镍上的具有多孔结构的纳米Ni3S2,分别用XRD,SEM对材料进行了物相和微观形貌表征,并利用电化学工作站测试了其电化学性能.实验结果表明,利用(NH4)2S2O8氧化泡沫镍时反应温度应在70℃以上,反应时间在3 h以上,合成的电极材料表面呈多孔薄层的三维结构,孔径大小分布广,并且薄层之间没有互相重叠的现象.循环伏安曲线及恒流充放电曲线显示,Ni3S2电极材料具有良好的可逆性,明显的电池电容特点.当电流密度增大10倍时,比电容只下降了35.5%,具有良好的倍率性能.由交流阻抗谱图可知,高频区电阻率为0.91Ω,低频区直线斜率大,表明材料具有良好的导电性.当电极材料充放电次数从0增加到1 000次时,比电容由1 015.4 F g^-1增加到1 222.7 F g^-1,增加了20.4%,表明制备的Ni3S2具有良好的循环稳定性.

离子交联磺化聚(酰亚胺-苯并咪唑)质子交换膜的制备及性能

通过高温溶液缩聚法,将1,4,5,8-萘四甲酸二酐与6,6’-二[2-(4-氨基苯)苯并咪唑]、3,3’-二(4-苯磺酸)-联苯胺反应,得到一系列相对分子质量较高的磺化聚(酰亚胺-苯并咪唑)。将聚合物制备成薄膜,苯并咪唑单元的引入使得磺化聚酰亚胺质子交换膜中形成了咪唑-磺酸之间的酸碱离子交联结构,提高了膜的力学强度、尺寸稳定性、氧化及水解稳定性。质子电导率测试结果表明,薄膜的质子电导率为0.19 S/cm,高于同等测试条件下Nafion115膜的质子电导率(0.13S/cm)。

磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料的合成与超级电容特性

运用重氮化技术制备了水溶性磺化碳纳米管,在此基础上,以不同直径的磺化碳纳米管(1～2 nm,<8 nm,10～20 nm,30～50 nm)为载体,采用原位氧化聚合方法合成了一系列磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料.红外和紫外-可见光谱分析表明,聚苯胺与磺化碳纳米管之间存在π-π相互作用,并形成了电荷转移复合物;且随着碳纳米管直径的减小,电荷转移复合物增多.从场发射扫描电镜照片发现,聚苯胺/磺化单壁碳纳米管(PANI/sSWCNT)复合材料为聚苯胺包覆纳米管束结构,而PANI/磺化多壁碳纳米管(sMWCNT)复合材料则呈现出聚苯胺包覆单根纳米管的形貌.循环伏安实验结果显示,与聚苯胺纳米棒相比(271 F/g),复合材料拥有更高的比电容(309～457 F/g),且随着碳纳米管直径的减小而增大;同时复合材料具有良好的快速充放电特性.

氧化剂对磺化石墨烯负载聚苯胺复合材料结构与电化学性能的影响

以磺化石墨烯(sGNS)为基板材料,通过界面聚合方法制备出不同分级结构磺化石墨烯负载聚苯胺(sGNS/PANI)复合材料,并系统研究了氧化剂类型对复合材料的化学组成、形貌结构和超级电容特性的影响.结果显示,过硫酸铵为氧化剂合成的复合材料中PANI的产率和氧化程度最高,其形貌呈现出sGNS垂直生长PANI纳米短棒阵列结构,PANI的共轭程度和结晶性均较高,从而赋予复合材料高的比电容(497.3 Fg-1),以及良好的倍率特性和循环稳定性(2000次循环后比电容仅损失5.7%).当以三氯化铁为氧化剂时,复合材料中PANI的得率很低,并在sGNS表面形成较薄的包覆层,此时复合材料的比电容最低(228.5 Fg-1),但充放电循环性能较好(2000次循环后比电容的保持率为87.4%).当氧化剂为高锰酸钾时,复合材料中PANI以团聚态颗粒无规堆积在sGNS表面,PANI以无定型结构存在,其比电容虽然较高(419.6 F g-1),但其倍率特性和充放电循环性能较差(2000次循环后比电容损失19.9%).

酸溶法传像束单丝成纤过程流体动力学分析

酸溶法是制造柔性光纤传像束的先进工艺,而三坩埚法拉制3层同轴单丝是酸溶法工艺中的关键技术。为了保证三坩埚法成纤时芯料、皮料和酸溶玻璃的物料平衡,首先设计了柔性光纤传像束的单丝直径和断面结构,测定了芯料、皮料和酸溶玻璃的黏度-温度曲线以及密度,并采用流体动力学的方法分析了玻璃在坩埚内的流动状态,最终根据流量平衡的原理提出了三坩埚设计参数的计算方法。该计算方法根据误差分析对计算参数进行调整后取得了良好的效果。

含肉桂酸的聚丁二炔的合成及其可逆热致变色性能研究

将4-氨基肉桂酸和10,12-二十五碳二炔酸的酰氯衍生物反应得到标题化合物,通过1HNMR、13CNMR、EI-MS和元素分析对其结构进行了表征。将单体超声分散,使其自组装形成囊泡,紫外光照之后得到聚丁二炔溶胶,其变色温度范围为20~90℃,颜色在紫色和红色之间可逆的变化。采用紫外-可见光谱研究了其热致变色性能,实验结果表明,聚丁二炔溶胶具有完全可逆的、稳定的热致变色性能。

枝化-环化结构共聚物用于酸响应载药体系

将溴代聚乙二醇(PEG2000Br)和缩醛化物二(2-丙烯酰氧基乙氧基)-(4-甲氧基苯基)甲烷(ACD)分别作为引发剂和单体,采用逆向增强原子转移自由基聚合(DE-ATRP)法得到嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚[二(2-丙烯酰氧基乙氧基)-(4-甲氧基苯基)甲烷](PEG-b-PACDs)。通过核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱表征了该聚合物的结构;用动态光散射和透射电镜表征了胶束的尺寸和形貌。结果表明,聚合物呈现枝化-环化结构,空白胶束的尺寸在70 nm左右,载药胶束尺寸在90 nm左右,胶束的药物包封率为48.7%。在pH为7.4时透析48 h后,药物释放率只有32.5%,在pH为5.4时透析48 h后,药物释放率为68.3%,表明共聚物在酸性条件下具有良好的药物缓释性。

原位液体室透射电镜观察金纳米棒/石墨烯复合物的形成和运动过程

本文利用原位液体室透射电子显微镜实时观察了液态下金纳米棒/石墨烯复合物的动态自组装行为。结果表明,由于电荷吸引力,金纳米棒倾向于通过尖端接近方式靠近石墨烯的边缘。组装结构形成以后,金纳米棒与石墨烯边缘可以发生相对旋转,其中金纳米棒边缘贴合石墨烯边缘的结构更稳定,并且没有显示金纳米棒与石墨烯边缘之间的相对角度随时间的变化。观察到了自组装结构的漂移运动,与较小尺寸的自组装结构相比,较大尺寸的结构显得更难以通过液体流动推动运动,并且其运动更容易因为来自液体室窗口基底的阻力而慢下来。利用液体室透射电镜进一步观察石墨烯折叠结构,观察结果表明折叠结构可随时间在液体中打开和闭合,导致固定在石墨烯层上的金纳米棒表现出与石墨烯之间的明显相对位置变化。总体上,自组装结构非常稳定,并且在液体中没有表现出任何的分离行为。进一步,将金纳米棒/石墨烯复合物用作催化剂,在4-硝基苯酚催化还原实验中显示出比单纯金纳米棒更好的催化性能。投料质量比为1:5的金纳米棒/石墨烯复合物表现出最佳性能,表观速率常数值为0.5570min-1,是单纯金纳米棒的8倍。这一显著改善与优化稳定的金纳米棒/石墨烯复合物结构密切相关。原位液体室透射电镜为分析液体中复杂的自组装行为,及未来的高性能复合催化剂材料的开发,提供了一种强有力的表征方法。

原位液体室透射电子显微镜技术的发展及应用

原位液体室透射电子显微镜技术的发展,极大地扩展了透射电子显微镜的使用范围,使之能够以纳米尺度的成像分辨率对液体环境中的样品进行实时动态分析.本文基于本课题组近年来参与和开展的研究,综述了原位液体室电子显微镜的研究进展,包括原位液体室透射电子显微镜实验装置的研制,及其在纳米材料制备与表征、电化学反应过程、新能源材料与器件、生命科学等领域的应用.最后,对原位液体室透射电子显微镜领域的未来发展趋势进行了展望.

温敏性Pluronic-b-poly((ε-caprolactone)-co-(6-(benzyl-oxycarbonylmethyl)-ε-caprolactone))的合成和性能研究

以聚乙二醇99-b-聚丙二醇69-b-聚乙二醇99(PEO99-b-PPO69-b-PEO99 Pluronic F127)为大分子引发剂,引发己内酯(CL)和6-乙酸苄酯-己内酯(BCL)开环聚合得到一系列不同BCL含量的两亲性嵌段共聚物Pluronic-b-poly((ε-caprolactone)-co-(6-(benzyl-oxycarbonylmethyl)-ε-caprolactone))(Pluronic-b-P(CL-co-BCL)).通过核磁共振,红外光谱和凝胶渗透色谱确定共聚物的结构、组成和分子量及其分布.热重分析、X射线衍射和差示扫描量热法的结果表明,聚合物的热稳定性及结晶性均可通过调控共聚物中BCL的含量进行调控.通过乳化溶媒挥发法制备聚合物胶束,并用荧光光谱,扫描电镜和粒径分析仪研究聚合物胶束的形成,形态和大小,结果表明胶束呈现规整球形且分布较为均匀,均具有较小的临界胶束浓度且受聚合物中BCL比例的影响;由光散射的结果看出,随着BCL的引入,Pluronic-b-P(CL-co-BCL)胶束粒径呈现出可逆的温度敏感性变化.