碳材料在色素电化学传感中的研究进展

偶氮类色素因其着色力强、价格低廉等优点而作为食品添加剂并被广泛应用于食品行业之中。《中华人民共和国食品添加剂卫生使用标准(GB 2760)》明确指出各类食品中的色素严禁超范围和超剂量使用。电化学检测方法具有灵敏度高、检测速度快、操作简便的优点,因此构建性能优异的电化学传感器在偶氮类色素快速检测应用中具有重要意义。其中,基于碳纳米材料修饰的电化学传感器在色素检测中具有重要影响。本文从功能化石墨烯、金属有机框架、多孔碳等碳基纳米材料出发,总结了近年来碳基修饰的电化学传感器在偶氮类色素检测中应用的研究进展,分析对比了各种碳材料的结构性能、制备方法及应用,并对功能碳纳米材料及电化学传感器的发展进行了展望,为高灵敏的新型偶氮类色素电化学传感器的开发提供研究基础。

基于碳量子点的分子印迹荧光检测体系研究进展

复杂基质中痕量分析物的高选择性和高灵敏度检测对环境保护和食品安全等问题具有重要意义。近年来,色谱法等传统检测方法可达到高灵敏度检测的需求,但在选择性、样品预处理过程、维护费用等方面不同程度地存在欠缺,因此迫切需要寻求一种兼具高灵敏度和高选择性,且成本低廉、简便快速的检测手段。将碳量子点(carbon quantum dots,CQDs)的荧光检测与分子印迹材料(molecularly imprinted polymers,MIPs)的分子识别耦合起来,构建高效的碳量子点分子印迹(CQDs-MIPs)荧光检测体系,合成路线简单、成本低廉,对目标物质的检测具有高灵敏度、高选择性和强的抗干扰能力,将会在复杂基质中极低浓度物质的检测方面发挥重要作用。MIPs具有与目标分子高度匹配的识别位点,可实现对目标分子的选择性识别和富集;CQDs作为一种新型的碳基纳米荧光材料,具有优异的光学特性、良好的水溶性和生物相容性,且绿色环保、无毒无害,对目标分子的高灵敏荧光响应使它在荧光检测领域具备不可替代的优势。综述了CQDs-MIPs检测体系的构建策略和工作机理,以及近年来在环境、食品和临床领域的应用进展,同时对其未来的发展方向进行了合理的预测。

纯钨表面等离子Ta合金层耐腐蚀性能研究

利用双层辉光等离子表面合金化技术在纯钨表面制备Ta合金化改性层以改善材料的耐腐蚀性。研究不同温度工艺参数对Ta合金层组织结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明:在不同温度工艺参数下均制备出连续致密的Ta合金化改性层,且随温度升高,合金层的厚度增加。合金层主要由纯Ta相组成。Ta合金层的自腐蚀电位高于基材的,而自腐蚀电流密度较低,即Ta合金层更难以发生电化学腐蚀反应且腐蚀速率更低。900℃合金层的耐蚀性能最佳,腐蚀速率降至8.45×10^(-3)g·m^(-2)·h^(-1),表现出优良的耐腐蚀性。

碳气凝胶块体材料的构建及其在煤化工精细分离中的应用

碳气凝胶是一种具有低密度、大比表面积、丰富的孔隙结构、高导电性、化学稳定性、环境相容性、可调节的表面化学、以及可控结构等特点的三维多孔材料。这些性质使碳气凝胶具有良好的吸附性能,因此其被广泛应用于煤化工中各类污染物的处理。基于此,对碳气凝胶块体材料的构建及其在煤化工精细分离中的应用进行综述。首先,介绍了碳气凝胶的构建策略;其次,综述了碳气凝胶在煤化工精细分离中的应用进展,重点总结了其对煤基液体污染物、煤基固废中高值资源以及煤化工过程产生废气的脱除和回收。最后,给出目前碳气凝胶在煤化工精细分离应用中面临的问题,并对其未来发展方向进行展望。

锂离子印迹材料选择性提取锂的研究进展

离子印迹技术是对目标离子具有选择性分离的一种技术,具有高度预定性、识别性、稳定性及实用性等优点。采用离子印迹技术所制得离子印迹材料具有工艺简单、操作简便、稳定性好及选择性高的特点。为满足锂资源使用的需求,可将离子印迹材料用于成分复杂的含锂水样中锂资源的开发与利用。本文简要介绍了离子印迹材料的特点及其制备原理,针对Li^+印迹材料制备体系的主要组成部分进行了概述,并综述了Li^+印迹材料的研究进展,重点阐述了新型Li^+印迹材料的研究现状。目前,新型Li^+印迹材料主要是采用表面离子印迹聚合法结合吸附柱、磁分离、膜分离等新技术制备而得,可以提高对锂的识别选择性并方便吸附后的分离回收操作。最后,本文提出了Li^+印迹材料在制备和应用过程中存在的问题,并展望了其未来的发展方向和应用前景。

MAO/PLA/ZnO复合涂层增强AZ31镁合金耐腐蚀性和抗菌性研究

结合微弧氧化(MAO)和浸渍涂布,在AZ31镁合金表面制备了MAO/PLA/ZnO复合涂层。运用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和扫描电镜(SEM)对复合涂层结构和形貌进行表征,测试了复合涂在模拟体液(SBF)中的耐腐蚀性,研究了该涂层的抗菌性能。结果表明:由聚乳酸(PLA)和氧化锌(ZnO)纳米颗粒组成的有机-无机涂层改善了MAO膜表面结构;复合涂层有效提升了镁合金的耐腐蚀性,腐蚀电流密度相比基底至少降低了104倍,同时ZnO纳米颗粒的添加使得复合涂层对金黄色葡萄球菌表现出良好的抗菌性。

离子氮化提高钽制微孔超薄材料强韧性能研究

在化纤行业中,钽被认为是替代金铂合金制造微孔超薄器件的理想材料。但是,钽的硬度或强度偏低,钽制成的微孔超薄器件极易在使用过程中因划伤、变形而报废。主要采用传统直流离子渗氮(DCPN)和活性屏渗氮(ASPN)两种方法来提高钽制微孔超薄器件的强韧性。研究结果表明,DCPN比ASPN的硬化效果明显;渗氮温度为680℃的ASPN处理试样表面硬度提高到394.7 HV,压入法测量断裂韧性中没有出现裂纹,且渗氮后表面形貌良好,表明其综合性能最优。

双模板协同合成氮硫铁共掺杂分级多孔碳材料的电催化性能

通过MgO/ZnCl_(2)双模板协同作用和一步热解的方法制备氮硫铁共掺杂分级多孔碳材料,研究了该材料的氧还原反应电催化性能。结果表明:采用该方法成功合成了具有碳纳米片结构的氮硫铁共掺杂分级多孔碳材料,比表面积较大,为1 140.31 m^(2)·g^(-1);ZnCl_(2)模板促进了微孔的形成,有助于形成致密的活性位点;MgO模板促进了介孔的形成,有利于氧还原反应电催化过程的传质;该材料在碱性电解质中表现出优异的氧还原反应电催化活性、良好的电催化稳定性和持久性以及较快的电子转移速率,氧还原反应的起始电位为1.05 V,半波电位为0.81 V,电荷转移电阻为11Ω·cm^(2),经过13 h极化后保留了原始电流密度的83%;用该材料组装的锌-空气电池的开路电位为1.42 V,最大功率密度为182.1 mW·cm^(-2)。

纳米碳基表面分子印迹吸附剂综述及其吸附机理探讨

纳米碳基材料由于具有低密度、高强度、环境友好、结构可控、表面易于修饰等优点,成为了一类非常理想的表面分子印迹基质材料。相应的纳米碳基表面分子印迹聚合物(C-SMIPs)吸附剂,对于实现液相环境体系中的有机小分子污染物的选择性吸附脱除与富集回收取得了令人满意的效果。本综述对该应用背景下近五年来的不同维度C-SMIPs进行了归纳总结。不仅发现C-SMIPs吸附能力的下限更容易受基质材料的影响,其上限则更多地取决于印迹层的构建情况,以多孔纳米炭球和氧化石墨烯为基质的C-SMIPs通常具有较高的吸附容量,其中氧化石墨烯基SMIPs通常具有较高的吸附效率。同时本综述还推断出C-SMIPs对于目标分子吸附的本质是固液界面间的物理性吸附,解决了长时间以来令人困扰的对吸附过程定性的争议。另外,通过本综述的探讨分析,可以为接下来深入研究C-SMIPs的基质筛选、印迹方法、吸附条件选择等提供一些可借鉴的理论和实践经验,从而不断推进C-SMIPs的研发和应用。

废旧动力锂离子电池全组分回收技术研究进展

随着近年来电动汽车的蓬勃发展,锂离子电池的使用量以及退役量都在逐年增长,随之而来的是废旧锂离子电池带来的环境污染以及资源浪费问题。目前商用锂离子电池多由过渡金属氧化物或磷酸盐基正极、石墨基负极、含有害锂盐的有机电解质、聚合物隔膜以及塑料或金属外壳组成,在电池退役后,其中的诸多贵金属以及石墨等都具有较高的回收价值。本文对锂离子电池工作原理及组成结构、废旧锂离子电池全组分回收等研究现状进行了综述,着重介绍废旧锂离子电池中正极材料、负极材料以及电解液回收的研究进展,从回收成本和二次污染等方面概述了不同方法所遇到的问题,最后对未来的发展提供了一些思路。

多色荧光碳点调控及其应用

碳点(carbon dots,CDs)由于具有优异的荧光性能、低毒性、原料广泛、生物相容性好等优点,受到了研究人员的广泛关注。然而,目前大部分CDs的发射波长位于蓝光和绿光的短波长区域,这限制了CDs的广泛应用。多色CDs的合成对长波长CDs合成具有一定的指导作用,并且可以拓宽其应用。因此,本文从CDs的粒径、内部结构和表面态角度阐述了CDs的多色发光机理,综述了实现多色CDs的调控措施(包括反应原料、反应参数、表面改性和分离提纯)及其在发光二极管和生物成像方面的应用。

以磁性碳纳米球为载体的锂离子印迹吸附剂用于锂离子的选择性回收

以磁性碳纳米球(Fe 3O 4@C)为载体,2-羟甲基-12-冠醚-4为吸附单元,采用表面离子印迹技术设计并制备了对Li^+具有选择性吸附的磁性碳基锂离子印迹材料(Li^+-IIP-Fe 3O 4@C)。首先,采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对Fe 3O 4@C进行改性,得到硅烷化Si-Fe 3O 4@C。接着用甲基丙烯酸(MAA)对Si-Fe 3O 4@C进行功能化,得到形貌规整且具有较高MAA接枝度的PMAA-Fe 3O 4@C。然后,借助催化剂对甲苯磺酸将2-羟甲基-12-冠醚-4接枝到PMAA-Fe 3O 4@C的表面,进一步在二甲基丙烯酸乙二醇酯的交联聚合下得到Li^+-IIP-Fe 3O 4@C。动力学吸附和等温吸附结果表明,Li^+的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型。Li^+-IIP-Fe 3O 4@C在25 ℃下对Li^+的最大吸附容量达到22.26 mg g^-1。Li^+相对于Na^+,K^+和Mg^2+的选择因子分别为8.06、5.72和2.75。经6次吸附-解吸循环,Li^+-IIP-Fe 3O 4@C的吸附容量仅降低了8.8%,表现出优异的再生性能。

高熵合金的耐蚀性与耐磨性研究进展

高熵合金是以“多元高乱度”形成高的混合熵,各合金元素含量依照等物质的量比设计,表现出更为优异的综合性能,作为新型结构材料,具有广阔前景。介绍了高熵合金的发展历程,关注了高熵合金的耐蚀性与耐磨性研究进展,综述了高熵合金的耐蚀性和耐磨性的影响因素,对高熵合金的潜在应用领域进行了展望。

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23000 cd/m^(2)。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m^(2)。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。

粉煤灰酸碱介质中锂资源提取研究进展

锂资源作为新能源产业的基础材料,其高效开发具有重要的战略意义。随着全球锂资源需求的爆发式增长,传统的开采和提取远远不能满足市场所需。煤炭燃烧产物之一的粉煤灰中有价金属的提取为解决锂资源供需紧迫提供了新的思路。对于从粉煤灰中提取锂,主要是基于煅烧—酸/碱浸取法提取铝硅过程。锂资源在酸/碱浸取液作用下从粉煤灰中释放出来,形成低浓度含锂酸/碱溶液,然后采用溶剂萃取、吸附、沉淀等方法将锂分离富集出来。重点综述了粉煤灰不同酸/碱介质中锂资源的提取方法,对各种提锂方法优缺点进行了总结和阐述,并对粉煤灰提锂现状、存在问题和发展方向进行了分析和讨论。

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH4溶液还原Co3O4纳米线获得富含氧空位(VO)的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂,其中NaBH4处理10 min的Co3O4/NF在碱性介质中对析氧反应(OER)和析氢反应(HER)表现出很高的活性,在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。VO-Co3O4/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时,在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V,其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。

自支撑的纳米多孔Al掺杂NiCu-S电极的制备及其电解水析氢性能研究

针对电解水制氢领域对廉价、高效、稳定析氢催化剂的需求,采用Al作为活泼组元在真空感应熔炼炉中熔炼出不同原子比的三元Al-Ni-Cu合金,利用快速凝固甩带技术将其制备成合金条带,后续进行脱合金化处理和水热硫化反应,得到Al掺杂的NiCu双金属硫化物析氢自支撑电极。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征,结果表明,随着Ni/Cu原子比的提高,电极表面呈现出一种由紧密的均匀生长的纳米片到纳米板的结构演变趋势,极大地增加了电极材料的活性比表面积,暴露出更多的活性位点。在酸性介质中(0.5 mol/L H2SO4)进行电化学性能测试,结果表明,Ni/Cu原子比为2∶1时,获得的S-np-Ni21Cu7自支撑电极在析氢过程中电流密度达到50 mA/cm^2时仅需要245 mV的过电位,表现出良好的析氢活性,同时在长时间测试中表现出较好的稳定性和耐久性。

季铵盐离子液体功能化金属-有机骨架材料温和条件下催化CO2环加成反应

将季铵盐离子液体4-(苯甲酸)三乙胺溴(QAIL)固载于金属-有机骨架材料MIL-101中,得到一种兼具酸碱活性位点的新型功能化金属-有机骨架材料FMOF-QAIL,并用于温和条件下催化转化CO2与环氧氯丙烷(ECH)的环加成反应。季铵盐离子液体不仅作为Lewis碱性位点对CO2具有强吸附能力,与催化剂中的Lewis酸性位点实现对环氧化物协同催化,同时还提供卤素反离子作为亲核试剂参与环加成反应。在反应温度70℃、CO2压力0.1 MPa下,无需溶剂和助催化剂,产物氯丙烯碳酸酯(CPC)的产率和选择性分别高达95%和99%。

3D打印与化学化工:共生发展与风险控制

新兴的3D打印技术同传统的化学化工领域之间存在着互利共生的发展关系。化学化工材料以及化学化工领域学科知识的合理有效运用,有助于3D打印技术的施展与提升。而3D打印,作为一种增材制造的先进技术,其发展也有助于通过其物质转化的能力,推动化学化工领域的研究和实践进程。首先对3D打印的概念发展、技术手段和优势特色进行介绍。随后,重点综述总结现阶段常见的化学化工材料在3D打印领域中的应用现状,以及在3D打印影响下的化学化工行业今后的发展趋势。最后,对3D打印技术目前在危险化学品、化学伦理、社会安全和市场秩序方面所显现出的问题进行风险评估和对策探讨。期望未来3D打印和化学化工领域,以及其他所涉学科都能够彼此助益,长效发展。

316L不锈钢表面Ta涂层的制备及性能

为改善316L不锈钢在体液中的生物相容性,采用双辉等离子体表面合金化技术在其表面制备了Ta涂层,并使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对Ta涂层的形貌、成分分布和物相结构进行分析,借助划痕仪、往复摩擦磨损试验机和电化学工作站对涂层的结合强度、磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的耐磨性及耐蚀性进行研究。结果表明:所制备的Ta涂层由厚度均为2μm左右的沉积层和扩散层组成,主要物相为α-Ta,涂层与基体的结合强度良好,发生破裂的临界载荷达到111 N。Ta涂层的比磨损率仅为基体的12.5%,自腐蚀电位比基体提高234 mV,腐蚀电流密度则降低2个数量级,磨损前后涂层样品的腐蚀速率分别为基体的1.9%和3.6%。表明Ta涂层能显著提升316L不锈钢在PBS溶液中的耐磨性和耐蚀性。