Zn_2SnO_4/RGO锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能的研究

高能量密度、快速充放电能力以及长循环使用寿命的新型电极材料的开发是锂离子电池应用领域面临的一个重大的课题。本文以SnCl_4·5H_2O、ZnCl_2与氧化石墨烯(RGO)为原料,以N_2H_4·H_2O为矿化剂与还原剂,聚乙烯醇(PEG)作为分散剂,通过一步水热法合成了Zn_2SnO_4/RGO复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)对Zn_2SnO_4/RGO复合材料的结构与形貌进行了表征,结果表明:Zn_2SnO_4纳米颗粒均匀的负载在还原氧化石墨烯(RGO)片层上,形成良好的导电网络;Zn_2SnO_4/RGO在100mA/g电流密度下循环80周后的可逆比容量仍有810(mA·h)/g,而Zn2SO4空白样品在相同的电流密度下可逆比电容量小得多;石墨烯的引入阻止了Zn_2SnO_4纳米颗粒的团聚,同时也提高了Zn_2SnO_4/RGO复合材料的导电性,使其在锂离子电池的应用方面具有广阔前景。

核-壳结构Fe3O4@C@TiO2复合材料的制备及光催化性能的研究

本文以FeCl3为铁源,葡萄糖为碳源,钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,通过水热法与溶胶-凝胶法制备了具有较好核-壳形貌的磁性复合材料Fe3O4@C@TiO2。通过透射电镜(TEM)、扫面电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、超导量子干涉磁强计(SQUID)等对该材料的形貌、结构、磁学性能等进行表征,分析了该复合材料对亚甲基蓝(MB)的降解性能,探讨了其重复使用性。实验结果表明,0.5g/L的Fe3O4@C@TiO2在紫外光下可以在8min内将MB降解95.6%,5次循环使用后降解率仍然保持在93.6%。对比Fe3O4@TiO2可知,碳层的加入有效避免了磁性粒子光溶解现象,提高了光催化剂对亚甲基蓝(MB)的降解性能。表明Fe3O4@C@TiO2复合材料具有良好的磁分离性、光催化活性、稳定性和应用前景。

锂硅电池负极材料G-Si的制备及电化学性能

硅是一种具有应用前景的负极材料。为了解决在电化学循环过程中由于硅电极体积变化较大、导电性比较差而造成负极材料比容量迅速衰减及其循环性能不稳定的问题,本研究利用溶胶-凝胶法,经过镁热反应制得具有三明治结构的负极材料石墨烯-硅-石墨烯;通过实验研究发现负极材料G-Si-1:1具有较好的电化学性能,在电流密度为0.1 A/g时首次放电比容量为1150 m A·h·g^(-1),循环100周时放电比容量为534.2 m A·h·g^(-1)。负极材料石墨烯纳米片负载硅纳米颗粒的合成路线较为简单,并且具有较高的放电比容量和较好的循环性能,在未来具有较好的应用前景。

膨润土-水悬浮体系的zeta电位研究

从zeta电位研究的角度,考察了膨润土的质量分数、悬浮液pH值以及氯化钠的加入量对膨润土-水悬浮体系zeta电位的影响,探讨了膨润土-水悬浮体系的悬浮稳定性与zeta电位之间的关系。研究结果表明:无论是钙基膨润土还是钠基膨润土,其与水所构成的悬浮体系均为负电悬浮体系。该体系的zeta电位受悬浮液质量分数、pH值以及其中所含电解质质量分数的影响较大。本试验结果可以为选择和建立稳定的膨润土-水悬浮体系提供重要的依据。

新型完全生物降解农膜的田间降解性能研究

研制和开发可降解农膜是解决白色污染最有效的途径。为研究生物降解农膜的田间降解行为,本文系统考察了在自然条件下全生物降解农膜（PLA-PEG共聚物）在新疆石河子地区棉田的降解性能,利用红外光谱、X线衍射、分子量拉伸强度、断裂伸长率以及热重等分析对农膜结构和性能的变化分析检测。实验结果表明：随着铺膜时间的增长,农膜的拉伸强度、断裂伸长率和分子量呈下降趋势;4个月以后,分子量由5.43×10~4降低到了2.5×10~4;农膜的机械性能几乎完全丧失,在不同的方向上拉伸强度分别由24.70、27.49和31.93 MPa降低到了3.17、7.52和3.76 MPa。在正常自然气候条件下4个月内,农膜在田间能基本保持较好性能,具有一定的推广价值。

纤维素/壳聚糖复合气凝胶的制备及其对Cu(Ⅱ)吸附的研究

本文以Na OH/Urea/H2O为溶剂,通过溶胶-凝胶和冷冻干燥制备纤维素/壳聚糖复合气凝胶,并研究其对Cu(Ⅱ)的吸附性能。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究复合气凝胶的形貌和结构,结果表明:纤维素和壳聚糖具有较好的相容性,复合气凝胶内部存在大量多孔片层结构。通过吸附动力学和吸附热力学研究,结果表明:复合气凝胶对Cu(Ⅱ)吸附动力学符合拟二级动力学模型,属于化学吸附;吸附等温线符合Langmuir方程,为单分子层吸附,由Langmuir模型拟合复合气凝胶对Cu(Ⅱ)吸附的饱和吸附容量可达到172.12 mg/g。

聚氨酯/闭孔珍珠岩复合改性酚醛泡沫的制备及性能研究

酚醛泡沫(PF)是一种新型保温材料,具有低毒、低烟、轻质、难燃、隔热、耐高低温等优点,针对其质脆、易粉化的缺陷,本文首先利用蓖麻油和甲苯二异氰酸酯(TDI)制备端异氰酸酯基聚氨酯预聚体(IPUP),再利用其对PF进行增韧改性,通过正交试验考察了异氰酸酯基(-NCO)与羟基(-OH)的摩尔比、IPUP的加入量、发泡温度(T)对PF质量的影响,确定当n-NCO/n-OH=5∶1、wIPUP=7%(wt)、T=75℃时密度最小,为0.0501 g/cm3,IPUP改性泡沫(IPUP/PF)与未改性泡沫(PF)相比,粉化率由2.25%降低到1.40%,吸水率由72.26%降低到58.12%,表明IPUP可以提高PF的韧性。在此基础上结合闭孔珍珠岩(OP)复合改性PF,利用压缩强度结合TGA、垂直燃烧实验及极限氧指数(LOI)对性能进行表征,当wIPUP=7%(wt),wOP=5%(wt)时,IPUP/OP/PF的压缩强度最大为650.26 k Pa,粉化率最低为1.20%,吸水率最低为55.38%,表观密度增大为0.0699 g/cm3;TGA分析结果显示:在700℃时,IPUP/OP/PF的残留质量分数虽然比PF下降了4.26%,但是比IPUP/PF增大了5.93%,表明OP在高温环境下保持了IPUP/OP/PF的热稳定性;垂直燃烧实验结果显示:IPUP/OP/PF较IPUP/PF平均质量百分数增加了2.63%,平均燃烧时间减少了4 s,同时由LOI可以发现IPUP/OP/PF的氧指数为35%,大于32%,说明IPUP/OP/PF仍属于难燃性材料。可见,IPUP/OP在对PF韧性改性的基础上保持了PF的热学性能。

超亲水纤维素/环糊精基聚电解质刷复合气凝胶的制备及对乳化油分离研究

现代工业生产中会出现大量油滴粒径微小、能够在水体中稳定且长期存在的乳化油,其难以被破乳分离,对土壤、水体有严重危害。本文通过反相悬浮法制备β-环糊精(β-CD)微球,利用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法在β-环糊精微球上接枝阳离子聚合物刷聚[甲基丙烯酸(N,N-二甲氨基)乙酯](PDMAEMA),再将纤维素与环糊精基聚电解质刷进行复合制备具有超亲水性/水下超疏油的纤维素/环糊精基聚电解质刷(CE/β-CD-g-PDMAEMA)复合气凝胶。以水包油(O/W)型吐温80(Tween 80)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)乳化油为研究对象,考察了环糊精基聚电解质刷的添加量对乳化油分离效果的影响,实验结果表明:当环糊精基聚电解质刷添加量为5%时,对乳化油的分离效率高达98%,乳化油分离粒径由1μm降至50 nm以下。CE/β-CD-g-PDMAEMA复合气凝胶的制备工艺简单,分离效率高,对于乳化油的破乳分离具有潜在的工业应用价值。

KH570-MMT改性蓖麻油基紫外光固化水性聚氨酯涂料的研究

本文通过分子结构设计,以异佛尔酮二异氰酸酯、蓖麻油为主要原料,制备主链和端基均含不饱和双键的紫外光固化水性聚氨酯涂料,将其与硅烷偶联剂改性的有机蒙脱土混合,得到有机-无机纳米复合材料(KH570-MMT);采用X-射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、热重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)等对产物进行表征,并考察有机蒙脱土添加量对涂膜性能的影响。结果表明:KH570-MMT的加入提高了复合涂膜的热稳定性,当KH570-MMT的添加量为5%(wt)时,热失重温度T5%由256℃提高到281℃;随着有机蒙脱土加入量的增加,涂膜的拉伸强度不断增大,断裂伸长率先增大后减小。

Zn_(3)[Fe(CN)_(6)]_(2)衍生的核壳CoFe@NC用于锌-空气电池的研究

开发高效稳定的电化学氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化剂是实现锌-空气电池广泛应用的关键。本文通过Zn_(3)[Fe(CN)_(6)]_(2)(ZnFe-PBA)模板在溶剂中与Co^(2+)进行离子交换,并经高温碳化,一步热解得到了N掺杂C包裹的钴铁双金属核壳材料CoFe@NC。NC壳层结构保护了CoFe核,双金属协同作用能增加催化剂的活性位点,从而提升了催化性能和稳定性。经测试,CoFe@NC在10 mA·cm^(-2)下,OER的过电位为380 mV,优于未经Co^(2+)交换的产物FeNC (540 mV);其ORR半波电位(0.725 V)也要比FeNC(0.710 V)的更大、表现出更好的活性。采用该催化剂组装的锌空气电池,具有较高的功率密度,能持续27 h放电,比容量为627.57 mAh·g^(-1),稳定维持长达120 h的充放电循环。本文提供1种简便合成合金核壳材料的策略,为开发可充电锌-空气电池催化剂开辟了一条新途径。

基于Suzuki-Miyaura反应合成联苯乙酸乙酯衍生物

联苯乙酸乙酯衍生物作为重要的有机中间体,在药物合成、材料等领域发挥着重要作用。本文基于Suzuki-Miyaura偶联反应,设计了一种新的催化偶联反应体系并用于合成联苯乙酸乙酯衍生物。最优条件如下:在甲苯溶液中,以2.0 mol%的醋酸钯为催化剂、醋酸钾为碱试剂、大位阻单齿膦配体XPhos为配体、在100℃的反应体系中反应18h。多种苯硼酸衍生物均可参与该反应,合成相应的联苯乙酸乙酯衍生物,产率在55%-97%之间。

pH响应性纤维素基气凝胶的制备及吸附再生性能

近几年生物质材料的应用越来越广泛,而纤维素基复合材料的研究也已成为研究者们热门研究的课题。本研究通过将纤维素(CE)与海藻酸钠(SA)复合,以环氧氯丙烷(ECH)为交联剂,成功制备具有pH响应性的CE/SA复合气凝胶;扫描电镜(SEM)观察显示该复合气凝胶具有很好的多孔结构,红外光谱(FT-IR)表征表明纤维素和海藻酸钠交联成功;该复合气凝胶对亚甲基蓝(MB)的吸附具有很好的pH响应性;当pH值从3.0增加到9.0时,其对MB的去除率从46.04%增加到98.57%;该复合气凝胶具有很好的吸附再生性能,循环吸附10次,对MB的去除率仍保持在95%以上。综上所述,CE/SA复合气凝胶对水中MB的吸附效果显著,能够应用于水中染料污染物废水处理。

纤维素基球形多孔气凝胶的制备及吸附性能

基于生物质功能材料的研究是当前处理环境污染的热点之一。本研究以自然界储量最丰富的纤维素为基材,通过反相悬浮交联技术制备纤维素(CE)/羧甲基纤维素(CMC)球形多孔气凝胶,并以制备的气凝胶作为吸附剂处理染料废水;用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)技术对其进行表征;在研究吸附剂的吸附性能时,考察了吸附时间、p H、染料初始浓度、吸附剂用量对染料去除率的影响。研究结果表明:吸附动力学符合准二级动力学模型,平衡吸附等温线与Langmuir吸附等温方程拟合;吸附剂对亚甲基蓝(MB)的最大吸附量为312.5 mg/g,吸附过程是放热和自发进行的。

磁载有机膨润土悬浮剂的制备及悬浮性能分析

以九水硝酸铁、无水碳酸钠和膨润土等为原料,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为膨胀剂和模板剂,通过溶胶凝胶法制备了γ-Fe_2O_3柱撑膨润土(γ-Fe_2O_3-pillared bentonite,γ-Fe_2O_3-P-B)。通过XRD、SEM和TEM仪器测定与分析,结果表明经CTAB和铁柱撑剂改性后的膨润土呈剥离状态,表面负载γ-Fe_2O_3粒子,且分散性较好;VSM测定结果显示,其磁饱和强度为10 emu/g,表现出超顺磁性;BET测定结果发现悬浮剂的比表面积是膨润土原土的4倍,表明膨润土与CTAB发生了较好的离子交换反应,其表面疏水性提高,有利于悬浮稳定性;其悬浮率达到93.83%,可用作农药、滴灌肥等产品的悬浮剂。

蓖麻油基UV固化水性聚氨酯耐水涂料的制备及性能

与溶剂型涂料相比,紫外光固化水性聚氨酯(UVWPU)涂料的耐水性欠佳。为解决这一问题,本文以蓖麻油(CO)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等为原料,通过控制n(OH(CO))/n(NCO)制备了主链和端位均含不饱和双键的性能稳定的UVWPU乳液,考察了蓖麻油用量对UVWPU粒径及涂膜耐水性、热稳定性和机械性能的影响。结果表明:随着n(OH(CO))/n(NCO)增大,UVWPU粒径增大,涂膜耐水性、热稳定性及拉伸强度提高;当n(OH(CO))/n(NCO)=0.38时,涂膜的吸水率为8%,热失重温度T5%为280℃,凝胶率为65%,拉伸强度为6.5 MPa,表明该UVWPU涂膜的凝胶率偏低,耐水性较好。

异质结型光催化剂ZnO/AgBr/AgI的制备及其性能分析

本文探究制备一种ZnO/AgBr/AgI异质结型光催化剂,并对其结构和性能进行了分析。首先应用沉积-沉淀法制备ZnO/AgBr复合光催化剂,由于AgBr和AgI的溶度积不同,以离子交换的方法制备异质结型光催化剂ZnO/AgBr/AgI;利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等手段对该催化剂进行表征,并以可见光(500 W、λ>420 nm)为光源,评价该光催化剂光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性,考察了不同AgI含量对ZnO/AgBr/AgI催化活性的影响。结果表明:AgI拓展了该催化剂的吸收光谱范围且当AgI生成量为AgBr的10%(质量分数)时,异质结型光催化剂ZnO/AgBr/AgI的催化活性最高;ZnO外层AgI/AgBr异质结的形成有利于快速分离光生电子和空穴,提高ZnO/AgBr/AgI的催化活性。

基于环糊精温度响应性星形共聚物的制备及其自组装行为的分析

刺激响应性材料由于其独特的性能已成为当前化学领域的研究热点之一.本文通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合先合成一种含有环糊精的大分子链转移剂,再接枝异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)合成具有温度响应性的星形的嵌段共聚物β-CD-g-(PNIPAM-b-PHEMA)3,然后研究其在水溶液中的自组装行为.采用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)对该聚合物的结构进行表征,采用透射电镜(TEM)、紫外可见吸收光谱法(UV-Vis)、动态光散射(DLS)考察聚合物胶束在水中自组装后的形貌、粒径大小及相变行为.结果表明:聚合物胶束在水中自组装成球形纳米颗粒,粒径在100-500 nm之间;聚合物胶束在水溶液中自组装形成球形的核-壳结构,粒径约100nm,具有较低的临界溶解温度,且随着温度的增加,NIPAM链段发生由无规线团到卷曲球的转变,由亲水性的转变为疏水性,此时分子间发生聚集,粒径分布变宽,粒径增大.

双层ZnS界面修饰ZnO球聚体基量子点敏化太阳能电池的光电性能

在量子点敏化太阳能电池中,降低严重的界面电荷复合是提高光电转化效率达到实际应用所面临的一个重大课题。本研究以Zn O球聚体为光阳极,分别采用化学浴沉积法(CBD)和连续离子层交互吸附与反应法(SILAR),在Zn O球聚体及CdS/Cd Se量子点的表面分别沉积ZnS,构筑双层ZnS修饰(ZnO/ZnS/Cd Se/Cd S/ZnS)的量子点敏化太阳能电池(QDSCs)以获得较高的光电转化效率;采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及紫外-可见分光光度计对光阳极薄膜的形貌、结构以及光吸收性能进行表征,并通过测试电池的光伏特性曲线、电化学交流阻抗谱来表征电池的电化学性能,探究内、外ZnS层对电池光电性能的影响。实验结果表明:双层ZnS修饰后,电池的光电转换效率(PCE)达到了2.80%,比仅有外层Zn S修饰的PCE(1.89%)提高了约32.5%;采用双层ZnS进行界面修饰可以有效降低界面电荷复合,提高QDSCs的性能,为太阳能电池的进一步应用提供重要的参考依据。