Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4)异质结光催化材料的研究进展

光催化是一种环境友好型技术,能够有效解决环境污染和能源短缺问题,具有广阔的应用前景。其基本原理是半导体催化剂在光照的条件下产生具有强氧化还原能力的活性物种,这些活性物种可用来净化污染物、制备氢气、合成化学品等。n型半导体类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有结构稳定、多孔、可见光响应等特点,在光催化领域有广泛的应用。p型半导体氧化亚铜(Cu_(2)O)具有导电性高、晶面活性高等特点,并且其能带位置与间隙能够满足光催化水解产氢的要求。然而,受限于材料自身物理化学性质,纯g-C_(3)N_(4)或Cu_(2)O都难以获得较高的催化性能。将Cu_(2)O和g-C_(3)N_(4)复合形成异质结,能有效提高光生载流子分离效率和可见光利用率,从而提高其光催化性能。本文对Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4)异质结光催化材料研究进行梳理,总结了异质结形成机制和合成策略,概括了Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4)异质结催化材料在光催化降解污染物、抗菌、产氢、CO_(2)还原、有机合成等领域的应用,并对未来研究方向进行了展望。

乙烯-丙烯酸甲酯共聚物与EPDM协同增韧PLA

以三元乙丙橡胶(EPDM)与乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)作为聚乳酸(PLA)的增韧剂,通过熔融共混法制备了PLA、EPDM和EMA的三元共混物,并通过万能拉伸试验机、简支梁冲击试验机、扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(POM)对共混物的力学性能、微观形貌和结晶行为进行表征。结果表明:在EPDM质量分数为4%与EMA质量分数为6%时,PLA/EPDM/EMA共混物的断裂伸长率是纯PLA的357%,冲击强度是纯PLA的239%,表明EPDM和EMA能够协同增韧PLA;EMA的加入,使得EPDM分散相尺寸减小,且提高了基体与EPDM分散相的界面相容性;EPDM对PLA具有诱导结晶的作用,而EMA会阻碍PLA/EPDM共混物的结晶行为。

溶胀渗透法制备Ti_(3)C_(2)T_(x)/PDMS柔性导电复合材料

柔性导电材料具备良好的柔韧以及导电性能,在医疗、可穿戴设备和传感器等领域得到广泛的应用。通过真空无压烧结工艺制备出MAX相材料Ti_(3)AlC_(2),其烧结产物的纯度高达99%,并通过液相化学刻蚀法制备Ti_(3)C_(2)T_(x)(MXene),最后采用溶胀渗透法将Ti_(3)C_(2)T_(x)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行复合,制备出了Ti_(3)C_(2)T_(x)/PDMS柔性导电复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对MAX以及MXene进行结构表征,并测试纯PDMS与MXene/PDMS复合材料的力学性能、电学性能。结果表明,在PDMS中掺入的Ti_(3)C_(2)T_(x)的拉力-形变图形、弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率与纯PDMS相比均无明显差异,力学性能与纯PDMS基本相似。不同水浴渗透温度下,平均拉伸应变超过90%,平均相对电阻变化超过600%,导电性能较好。

液晶增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的进展

系统介绍了液晶(聚合物)(LCP)的种类与含量对LCP增强聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)复合材料相容性、结晶性、流变及力学性能的影响。当LCP为刚性4-羟基苯甲酸-2-羟基萘-6-甲酸共聚物(HBA-HNA)(Vectra)时,由于热塑性PET与向列型HBA-HNA不发生熔融酯交换反应,复合材料的相容性差、力学性能弱。而当LCP为商业化、半柔性4-羟基苯甲酸-对苯二甲酸-乙二醇共聚物(PHB-PET)时,因PET与PHB-PET中的PET柔性链段之间发生了酯交换反应,两组分间的相容性增加,但PET基体相与PHB-PET分散相均因分子链规整性的降低而分别导致结晶性与液晶性减弱,因此复合材料的力学性能通常在酯交换反应程度时最佳。以癸二酸-4,4'-二羟基联苯-4-羟基苯甲酸共聚物(SBH)为代表的LCP与PET进行熔融共混;无论LCP中是否存在柔性链段(如:SBH),其对PET基体的影响都与PHB-PET或HBA-HNA基本类似。虽然可以向不相容PET/LCP复合物中填充无机填料以实现增强,但更多的是引入少量第三组分增容剂对PET/LCP进行增容,从而有效提高复合材料的力学性能。此外,探讨了拉伸比、剪切速率、加工温度、超声处理、模具温度与保温时间、共挤出等工艺条件对PET/LCP复合材料流变与力学性能的影响。当在PET熔体中引入少量离子基团时,PET的离子与LCP的酯基之间的离子-偶极相互作用改善了相容性,同时,离子静电自组装所形成离子簇的诱导成核增加了PET相的结晶度,两者协同提高了PET/LCP复合材料的力学性能;而且,该熔融离子化改性技术有望成为LCP增强PET复合材料的未来发展方向之一。

碳纳米管分散技术及其与聚合物、硫化镉复合材料研究进展

作为具有优异机械(强度、模量)与功能(电磁损耗、导热、导电、介电)性质的高比表面积一维纳米碳素材料,碳纳米管(CNTs)通常与聚合物或以硫化镉(CdS)为代表的半导体复合以制得高性能或功能纳米复合材料。当以CNTs为主体、聚合物或CdS为改性剂时,大多制备电磁波吸收或介电复合材料:对于吸波材料,有效的方法为将共轭聚合物或单晶CdS(均为半导体)包覆于CNTs管壁,利用半导体的高传导损耗、偶极极化损耗及CNTs-半导体界面极化损耗三者的耦合来提高CNTs的吸波性能;对于介电材料,一般以低介电损耗极性聚合物基体有效分散CNTs,由此在获得复合材料高介电常数的同时,调控其介电损耗与击穿场强较纯CNTs分别显著降低与升高,从而实现高的电荷储能密度。而当以聚合物或CdS为主体、CNTs为改性剂时:若主体为普通聚合物,则凭借CNTs机械或功能改性剂的体积分数效应,可以制备高强高模、吸波、导热、导电及介电等复合材料;若主体为共轭聚合物或CdS半导体,则由于高比表面积导电CNTs对半导体强烈的光生电子转移效应,有利于制备高效光电(光伏、光致发光、光催化)复合材料。

含准分子级硫化镉量子点的硫化镉/聚合物复合材料的制备与表征

以镉盐离子交联型聚合物为前驱体,利用冷冻干燥法合成含有准分子级硫化镉(Cd S)量子点的Cd S/甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物(MMA-MAA)复合材料,使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与乙酸镉物理共混后冷冻干燥作对比研究。采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、X射线衍射(XRD)仪、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计及光催化反应装置分别对其进行化学结构、纳米团簇形态、光学特性及光催化性能进行分析。结果表明:Cd S/MMA-MAA复合材料被成功合成,其准分子级Cd S量子点散射峰无法被XRD探测到,而熔融热压后发现1.1 nm的团簇;Cd S/PMMA参考样品热压前后纳米簇径变化不大,分别为2.3与2.4 nm;Cd S/MMA-MAA复合材料中Cd S的UV-Vis特征吸收带边出现蓝移,归因于Cd S的量子尺寸效应。光催化性能实验表明,Cd S/MMA-MAA复合材料光催化性能高于Cd S/PMMA参考样。

乙烯-丙烯酸甲酯共聚物与POE协同增韧PLA的研究

采用熔融共混法制备了聚乳酸(PLA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)的三元共混物,通过万能拉伸试验机、简支梁冲击试验机、扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(POM)对共混物的力学性能、微观形貌和结晶行为等进行表征,重点研究了不同比例的POE和EMA对PLA的增韧效果。研究结果表明,PLA/POE共混物具有较差的界面相容性,而在PLA/POE/EMA中,可以观察到PLA/POE的界面相容性得到了提高;当POE与EMA质量比为2/3时,两种PLA/POE/EMA共混物(质量比95/2/3和90/4/6)的断裂伸长率是纯PLA的3倍和7倍,缺口冲击强度是纯PLA的5和7倍,说明POE和EMA能够协同增韧PLA;POE对PLA具有诱导结晶的作用,而在PLA/POE/EMA中,这种诱导作用减弱。

MXene与高分子材料复合的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,有类似石墨烯的二维结构.MXene除了具备传统二维材料的性能外,还兼具良好的导电性、亲水性、透光性、柔韧性以及能量储存性能,因此在复合材料领域有很大的前景.综述了MXene与高分子复合材料的制备方法、应用和展望,并对现有挑战和未来发展提出了建议.

油酸表面修饰对竹粉/聚己内酯复合材料力学性能的影响

以油酸(OA)作为表面活性剂,包覆在碱处理过的竹粉(BF)表面。再将聚己内酯(PCL)与油酸包覆的竹粉(OA-BF)熔融共混,通过热压成型制得了竹粉填充聚己内酯复合材料(OA-BF/PCL)。使用傅里叶红外光谱(FTIR)、热失重分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机、示差扫描量热仪(DSC)等分析仪器对OA-BF/PCL复合材料进行表征,研究OA-BF/PCL复合材料的微观结构、力学性能和非等温结晶行为。结果表明,OA的修饰提高了BF的热稳定性;OA-BF与PCL基体之间相容性好,界面结合紧密;OA-BF/PCL复合材料的拉伸强度和冲击强度在OA-BF质量分数为5%时分别提升了15%、16%,而拉伸模量与填充量成正比,提升了58%。且适量的OA-BF能够促进PCL结晶,相比纯PCL的结晶度提升了1.3倍。

聚乳酸/银纳米线纳米复合材料的制备与结晶行为

采用多元醇法合成银纳米线(AgNWs),并使用油酸(OA)对其进行表面改性;然后采用溶液浇铸法制备了聚乳酸(PLA)/AgNWs纳米复合材料。采用X射线衍射和傅里叶变换红外光谱表征了AgNWs的晶体结构、微观形貌和组成。扫描电子显微镜结果显示,AgNWs的长径比约为428,修饰OA后的AgNWs在PLA基体中分散均匀。采用差示扫描量热仪和偏光显微镜研究了PLA/AgNWs的玻璃化转变和结晶行为,结果表明,加入AgNWs使PLA基体的玻璃化转变温度下降了5~6℃;等温和非等温结晶行为研究显示,少量的AgNWs能够促进PLA结晶,而过量的AgNWs对PLA的结晶有一定的阻碍作用;当AgNWs质量分数为5%时,PLA基体的成核密度、结晶度、结晶速率达到最大。

PCL/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的制备和结晶行为分析

采用溶液浇铸法制备聚己内酯(PCL)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料,并通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)分别分析了复合材料的微观形态和晶粒大小,从而证明该方法可以制备出PCL/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料;采用示差扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)分别研究了nano-Fe_(3)O_(4)粒子含量对PCL的非等温结晶和等温结晶行为的影响。结果表明,nano-Fe_(3)O_(4)粒子在PCL基体中均匀分散;少量的nano-Fe_(3)O_(4)粒子对PCL结晶有明显的异相成核效应,促进基体结晶,而过量的nano-Fe_(3)O_(4)粒子对结晶具有一定的阻碍作用。

杂多酸掺杂质子交换膜的制备、结构及性能

作为含有多金属氧酸Keggin分子构型的固体强酸,杂多酸(HPAs)具有优异的吸水性、质子传导性(cp)、机械、热及化学稳定性。HPA掺杂陶瓷或聚合物质子交换膜(PEMs)可以有效提高复合PEMs的亲水性、cp、燃料阻隔性、机械、热及化学稳定性,同时显著降低其cp及燃料阻隔性的温度与湿度依赖性。当HPA掺杂陶瓷时,两者之间的氢键作用导致HPA在基体中的流失率低、分散性强且掺杂量高,此时复合PEMs的cp(10^(-1) S/cm数量级)较基体PEMs(10^(-3)~10^(-2) S/cm)大幅升高;而当HPA掺杂磺化聚合物时,两者之间的静电排斥力造成HPA在基体中的流失率高、分散性差且掺杂量低,此时复合PEMs的cp(10^(-1) S/cm数量级)较基体PEMs(10^(-2)~10^(-1) S/cm)仅小幅升高。为了有效降低HPA在聚合物基体中的流失率,可以采用聚合物膜"三明治"状包覆复合PEMs、盐化HPA、改性基体或通过第三组分负载HPA以分别在HPA与基体或负载之间形成氢键或静电引力等手段;对于HPA的负载改性,由于陶瓷或聚合物负载在基体中易团簇,相应地HPA在基体中的分散性与掺杂量并未提高。有时采用HPA与吸水性较强的磷酸共掺杂陶瓷基体或负载,以协同提高复合PEMs的cp,然而效果并不显著。以上各种结构的HPA掺杂PEMs通常由溶液浇铸法、自组装法、溶胶-凝胶法及浸润法等制备;不同方法往往相互关联,即制备过程可能涉及两种或3种方法的耦合使用。改性HPA或其负载以显著提高HPA在磺化聚合物基体中的分散性与掺杂量,借此构建全新、高效的质子传输通道形态以实现复合PEMs的超高cp(100S/cm数量级),是今后PEMs技术的重点发展方向之一。

钛酸钡/硅橡胶与多壁碳纳米管/硅橡胶交替多层复合材料的设计及电机转换性能

分别以钛酸钡(BT)和多壁碳纳米管(MWCNT)作为硅橡胶(SR)的填料,采用多次涂覆法,设计并制备了BT/SR和MWCNT/SR交替多层结构的复合介电弹性体B/SR-M/SR,研究了B/SR-M/SR复合材料的电机转换性能及交替多层结构对其性能的影响。结果表明,B/SR-M/SR复合材料的杨氏模量略高于纯SR,且表现出高介电常数、低介电损耗的特点。在1 kHz下,B/SR-M/SR的介电常数最大为5.6,为纯SR(3.2)的1.77倍,而相应的介电损耗为0.003,与纯SR(0.001)接近。MWCNT含量对复合材料的电导特性无显著影响,但会降低其击穿场强。B/SR-M/SR的最大电致应变为7.37%,远高于纯SR(1.43%)。此外,对比填充相同含量填料的三相复合材料,B/SR-M/SR复合材料的电机转换性能更佳。

苯乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物/Fe3O4复合材料的制备与表征

采用原位聚合法制备了苯乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物(PSb)/四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米复合材料,并通过傅里叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪、综合物理特性测量系统对该复合材料的结构与性能进行了表征。结果表明:Fe_3O_4纳米粒子直径约9 nm,同时能较均匀地分散在PSb中且无明显团聚;该复合材料具有良好的超顺磁性;XRD图谱中Fe_3O_4特征峰随着复合材料中Fe_3O_4含量的增加而逐渐增强;同时Fe_3O_4纳米粒子的加入提高了PSb的热稳定性。

亚稳态球霰石相碳酸钙的调控制备进展

球霰石以其独特的机械、物理和化学性能,在日用品与生物医学等领域表现出广阔的应用前景。然而在三种无水碳酸钙晶体中,球霰石的热力学性能最不稳定,在后续的反应和处理过程中常常转变为更稳定的文石或方解石,因此如何抑制球霰石向稳定晶型转变一直都是碳酸钙领域研究的热点。本文在概述了球霰石晶体结构、性质、应用及其转化途径的基础上,以碳酸钙的三种基本制备体系为线索,综述了碳化法、复分解法、微乳液法和溶剂热法等传统方法以及自组装单分子膜法、仿生合成法和热分解法等一些新型调控制备球霰石相方法的研究进展,还就利用添加剂促进球霰石形成与稳定的相关机制加以剖析。文章旨在为球霰石相碳酸钙的有效制备提供理论和实践的参考。

聚对苯二甲酸乙二醇酯的结晶成核改性研究进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其重复结构单元中含有刚性苯环而成核慢、结晶度低,从而导致综合力学性能与耐热性较差,限制了其工程化应用,故对PET进行成核改性以提高结晶速率与结晶度成为亟待解决的问题。综述了PET的4大类成核剂:无机填料、有机小分子、有机高分子及复合型成核剂;在此基础上,提出机理上不同于异相成核的"离子簇集诱导成核"的概念,即与离子共价相连的聚合物链段因离子簇集而在离子簇近围紧密堆砌,从而诱导"拥挤"链段结晶成核。无机填料类成核剂包括粘土、氧化物与氢氧化物、无机盐、Si_3N_4及碳纳米管/石墨等,其成核机理均为异相成核。有机小分子类成核剂涉及羧酸盐、二胺、双酰胺及改性山梨醇等,其中羧酸盐成核机理为离子簇集诱导成核,而其它均属于异相成核。有机高分子类成核剂分为结晶性聚合物、液晶高分子、嵌段共聚物及离子交联型聚合物等;其中前三者属异相成核,后者为离子簇集诱导成核。复合型成核剂为两种以上成核剂(或成核机理)配合使用协同促进PET结晶成核。对比发现,有机高分子与复合型成核剂效果较好,且不会引起PET的降解,为PET优良成核剂。异相与离子簇集诱导耦合高分子成核剂为PET结晶成核改性未来的重点发展方向之一。

PLA/SBS/S-MA共聚物共混体系的结晶行为

以苯乙烯–丙烯酸甲酯无规共聚物(S-MA)为增容剂,采用熔融共混法制备了聚苯乙烯–聚丁二烯–聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)填充改性聚乳酸(PLA)共混体系。使用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)研究了增容剂对PLA/SBS共混体系中分散相形貌、基体结晶行为、球晶的成核与生长等的影响。SEM结果表明,在PLA/SBS中加入S-MA后,有效地减小了分散相尺寸,显著地提高了PLA和SBS的界面相容性;DSC和POM结果显示,SBS对PLA的结晶具有异相成核作用和增塑效应,在不同降温速率过程中,共混物中PLA的结晶度均达到了纯PLA的5倍以上;加入S-MA后,其提高了共混物的相容性,共混物中PLA的结晶度有一定程度下降,但是仍显著高于纯PLA。上述研究结果证明了S-MA能对PLA/SBS共混体系进行有效的增容,在实现了对PLA基体进行增韧的同时,提高了结晶度。

聚对苯二甲酸乙二醇酯离聚物的合成与表征

采用"一锅法",利用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)经均苯四甲酸酐(PMDA)熔融扩链后生成的羧基与氢氧化锌发生中和反应,生成PET离聚物。采用原子吸收光谱仪对产物中离子基团进行定量表征;考察了产物中离子基团对其特性黏数与复数黏度的影响;并利用差示扫描量热仪(DSC)对产物的玻璃化转变温度(T_g)与结晶性能进行研究。

不同预处理方法对芒草酶解效率的影响

将芒草秸秆粉碎,分别采用1%H_2SO_4、1%NaOH、蒸汽爆破(SE)、1%Tween-80和SE+1%Tween-80等5种方法对芒草秸秆粉末进行预处理,然后加入纤维素复合酶进行酶解产糖,通过测定酶解上清液中六碳糖的含量来比较不同预处理方法对芒草酶解效率的影响。结果表明,采用SE+1%Tween-80预处理,芒草酶解效率最高,可达74.45%,较未处理提高了3.75～11.79倍;采用1%H_2SO_4、1%NaOH、SE或1%Tween-80预处理,芒草酶解效率较未处理分别提高了0.55～3.24倍、2.52～5.60倍、1.30～5.97倍和0～0.96倍,其中1%Tween-80预处理对芒草秸秆的酶解几乎没有任何促进作用。

半纤维素/壳聚糖复合凝胶的制备及性能研究

利用玉米芯半纤维素和壳聚糖在碱/尿素/水体系中制备了半纤维素/壳聚糖复合凝胶,探讨了壳聚糖用量对复合凝胶的溶胀行为及压缩强度的影响,并考察了复合凝胶的热稳定性。结果表明,复合凝胶内部呈均匀的多孔结构,孔径大小200μm左右。红外光谱结果表明半纤维素、壳聚糖与环氧氯丙烷之间通过化学交联形成凝胶的网络结构。随壳聚糖用量的增加,复合凝胶在去离子水中的溶胀比逐渐减小,压缩强度逐渐增大,当壳聚糖用量为4%时,压缩强度达325 kPa。