过刊目录通过静电相互作用获得四氧化三铁(Fe3O4)@水化硅酸钙(CSH)纳米片复合吸附剂,并在此基础上,提出“吸附剂-光催化剂”转变策略:Fe3O4@CSH吸附剂分离废水中有害重金属离子后,回收再利用为光催化剂用于CO2还原。结果表明:受益于CSH纳米片的超高比表面积和强离子交换能力,Fe3O4@CSH吸附剂能够高效去除重金属离子Zn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Pb2+,最大吸附量分别为83、142、150、179、343 mg/g;富集重金属离子的Fe3O4@CSH吸附剂在可见光下能够有效还原CO2为CO,其中,吸附Ni2+后的Fe3O4@CSH-Ni表现出最佳的催化活性,CO的产率达到3 310 μmol/(g·h),选择性为99.3%;此外,Fe3O4的磁性有利于吸附和光催化过程中Fe3O4@CSH的快速回收。
通过调控前驱体三聚氰胺和尿素比例采用热聚合法得到一系列厚度可控的石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片。采用X射线粉末衍射、扫描电镜、原子力显微镜、比表面积测试、紫外可见光谱和荧光光谱等手段对纳米片的结构和性能进行了表征,并探讨了其光催化降解罗丹明B(RhB)的性能。结果表明:当三聚氰胺和尿素比例为1∶8时g-C3N4最薄(1∶8-CN),厚度仅为3.518 nm,同时1∶8-CN的比表面积是以三聚氰胺为原料制备的g-C3N4(M-CN)的7倍。光电学分析表明,1∶8-CN具有更高的光生载流子分离效率。在可见光照射下,1∶8-CN对RhB的光催化降解率可以达到96.2%,是M-CN的1.9倍。1∶8-CN光催化降解RhB的反应机理表现为:光生电子-空穴对分离产生的电子与O2结合生成·O2-,·O2-将RhB氧化生成CO2和H2O,空穴几乎不参与反应。
以锌渣和偏高岭土为原料,磷酸为激发剂制备地质聚合物(ZMG)。研究原料配比对地质聚合物力学性能、物相组成、微观结构和孔径分布的影响。将所制地质聚合物应用于Fenton-like催化降解直接铜盐蓝2R模拟染料废水,系统考察了原料配比、催化剂用量、pH值、H2O2浓度对染料降解率的影响。结果表明:锌渣占比为50%(质量分数)地质聚合物样品(ZMG-50)的7 d抗压强度可达19.9 MPa;锌渣可消除地质聚合物的机械孔、改善介孔结构、提高比表面积。催化结果表明,在催化剂用量为8 g/L、pH值为2.5、H2O2浓度为0.32 mmol/L的条件下,样品ZMG-50的催化性能最佳,经42 min反应后直接铜盐蓝2R染料的降解率可达96.2%,且具有良好的稳定性和重复使用性能。
通过水热法用Cu2+置换酸活化凹凸棒石黏土(Pal)八面体阳离子实现晶格重建(Cu-Pal),过量的Cu2+经过溶液pH值调变和煅烧后,在Cu-Pal表面原位生长出氧化铜量子点(CuO QDs),从而制备出CuO QDs/Cu-Pal纳米复合材料,并将其应用于光催化固氮,考察了Cu2+用量对凹凸棒石微观形貌、光学性质和能带结构的影响。结果表明:Cu-Pal具有更窄的带隙,将光响应范围从紫外光拓展到可见光。当Cu2+含量超过5%(质量分数)时,Cu-Pal表面的CuO QDs由于窄带隙(1.2 eV)增强了近红外光的吸收。20%含量下Cu-Pal纳米复合材料形成最匹配的Type-I异质结构,有效促进了光生载流子的分离,显著提高了光催化固氮性能。
将机械力化学改性后的凹凸棒石和硅灰石粉体添加到聚四氟乙烯(PTFE)中,通过机械搅拌、冷压烧结制成矿物/聚合物复合材料。采用X射线衍射、Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜、热重-差热同步热分析、偏光显微镜、X射线光电子能谱、邵氏硬度计和环块摩擦磨损试验机对复合材料的理化性能及其摩擦磨损特征进行了研究。结果表明:添加凹凸棒石和硅灰石后,PTFE复合材料的结晶度、玻璃转化温度降低,硬度增加,摩擦系数稍有增加但磨损率显著降低。研究认为,凹凸棒石和硅灰石有利于金属摩擦副表面转移膜的形成,有效改善了PTFE复合材料与对偶金属摩擦副摩擦界面的自适应性,是导致摩擦副磨损率显著降低的主要原因。
以活性炭为硬模板,采用固相合成法制备了具有类球形结构的silicalite-1分子筛。采用X射线衍射仪、BET比表面分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱仪、X射线光电子能谱仪等研究了活性炭用量对silicalite-1分子筛的影响。结果表明:利用活性炭表面的羟基,与硅酸形成C—O—Si键,并沿着活性炭表面生长、聚集,焙烧后形成类球形silicalite-1分子筛,其中添加10%(质量分数)活性炭所制备的类球形silicalite-1具有较高的结晶度、比表面积、孔容以及均一的颗粒尺寸。
通过在晶种液中引入多羟基的SiO2-ZrO2纳米溶胶,提高在大孔α-Al2O3载体上晶种层的连续性,从而制备出高性能的丝光沸石膜。研究了晶种中SiO2-ZrO2溶胶的添加量对晶种层及沸石膜的影响。结果表明:在晶种中添加SiO2-ZrO2溶胶制备的丝光沸石膜与未添加的相比,均表现了较高分离性能。随着含量的增加,通量和分离因子稍有下降。当晶种中添加0.5%(质量分数)的SiO2-ZrO2溶胶时,75℃渗透汽化分离90%(质量分数)的乙酸/水溶液,渗透通量和分离因子可分别达到0.94 kg/(m2·h)和5 285。通过电势测定发现SiO2-ZrO2溶胶还增加了晶种在溶液中的分散性。利用该方法制备的丝光沸石膜具有较好的重复性,平均通量为0.93 kg/(m2·h),渗透侧水含量均在99.8%(质量分数)以上,且在100 h的渗透汽化测试中性能保持稳定。
阳离子交换量(CEC)是黏性土重要的物理化学指标,可以用来表征黏性土的物理力学性质,而亚甲基蓝吸附法能够快速测定黏性土的CEC。因此,采用亚甲基蓝吸附法(MB法)、氯化铵-氨水交换法(氨法)、氯化钡缓冲液法(钡法)3种方法对几种典型黏性土的阳离子交换量进行了测试与对比,探究MB法的适用性。结果表明:氨法和钡法测试的结果较为一致,而MB法较氨法和钡法而言,在低CEC时测试结果偏低,高CEC时测试结果偏高。通过X射线衍射试验分析亚甲基蓝分子对黏性土的吸附行为,发现当CEC值较低时(小于40 mmol/100 g),亚甲基蓝分子在表面吸附;当CEC值较高时(大于40 mmol/100 g),亚甲基蓝分子大量被层间吸附。结合X射线衍射结果,利用晶层间距(d001)的变化对MB法的测试结果进行了修正。在低CEC时,采用经验关系修正了MB法的测试结果;在高CEC时,采用d001进行了修正,取得了较好的结果。
通过溶胶-凝胶和高温固相法制备了SiO@TiO2/C复合材料。结果表明:由于TiO2对界面稳定性及锂离子扩散过程的促进作用,SiO@TiO2/C材料拥有优良的循环和倍率性能。在1 A/g的电流密度下循环150次,材料表现出710 mA·h/g的比容量;在4 A/g的高电流密度下可逆比容量仍能达到430 mA·h/g。
基于简单易操作的湿法包覆制备了以纳米硅粉体和石墨(G)为主要原料,添加表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和石墨烯(GR)的Si/C@GR/G复合材料。研究了不同组分配比对复合材料的成分、形貌及电化学性能的影响。结果表明:制得的复合材料具有良好的循环稳定性,体积膨胀得到缓解。当复合材料中硅质量分数为10%,首次放电比容量约为730 mA·h/g,在电流密度为100 mA/g经100次循环后,其放电比容量稳定维持在500 mA·h/g左右,也展现了良好的倍率性能,首次Coulombic效率达到87.27%,相比纯硅不足70%的效率有了大幅度提高。
为了能够较为全面地了解矿物在电化学储能领域的研究进展与发展趋势,对该领域的相关研究进行了全面梳理和分类,重点介绍了矿物在二次电池或超级电容器的电极、电解质、隔膜等关键材料中的应用研究进展,并讨论了目前该领域发展存在的问题、挑战及发展趋势,为相关领域的研究人员提供参考。
采用不同物质的量的次亚磷酸钠对富锂正极材料进行改性处理,结果表明:采用4%(质量分数)的次亚磷酸钠改性处理的富锂正极材料表现出优异的循环稳定性,在0.5 C经过150圈循环后仍有85.3%的容量保持率,以及较高的首次Coulombic效率。材料优异的电化学性能一方面归因于次亚磷酸钠热解产生的还原性磷化氢气体与富锂正极材料表面活性氧反应产生氧空位,能够有效降低材料在首次充电过程中的不可逆容量损失;另一方面这一改性措施可以同时实现Na+掺杂,起到稳定晶格结构,抑制相转变的作用,并且能够增大晶胞间距,加快锂离子扩散,降低电化学阻抗。此外,次亚磷酸钠热解所形成的焦磷酸钠包覆层可以保护正极材料,减少过渡金属溶解,从而改善材料循环性能。
采用直流磁控溅射技术在Si基底上制备了不同CNx层厚度的类金刚石(DLC)/N-梯度CNx纳米多层膜(N含量梯度呈对称的倒“U”形)。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱仪、X射线光电子能谱仪、划痕仪、球盘式摩擦磨损试验机等对多层膜的微观结构、力学性能以及真空和大气中的摩擦学特性等进行了表征。结果表明:多层膜表面平整光滑,均为非晶结构。随着对称N-梯度CNx层厚度的增加,多层膜的表面粗糙度增大,硬度、弹性模量和膜基结合力逐渐降低,磨损率增加。多层膜在真空中的耐磨性比大气中的好。N-梯度CNx层厚度小于30 nm的多层膜的硬度可达21.9~23.1 GPa,膜基结合力为54.2~54.3 N;在大气中的摩擦因数约为0.19,磨损率为(0.98~1.16)×10-16 m3/(N·m),在真空中的摩擦因数约为0.18,磨损率为(0.83~0.88)×10-16 m3/(N·m)。
以壳聚糖(CS)、FeCl3·6H2O为原料,通过原位生长制备了较高比电容的Fe3O4/CS碳气凝胶电极材料,改善了碳基材料比电容低的问题。采用X射线衍射仪、Raman光谱仪分析了样品的晶体结构和结构缺陷,通过X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜对样品的成分和形貌进行了表征,并在三电极体系中测试了其电化学性能。结果表明:Fe3O4成功地负载在CS碳气凝胶上,且两者之间具有良好的结合力。壳聚糖分子上的氨基在碳化过程中实现了N原子自掺杂,复合材料的N含量高达7.21%(摩尔分数)。此外,当在1.0 g CS中引入0.4 g FeCl3·6H2O时,在0.5 A/g的电流密度下复合碳气凝胶表现出315.5F/g的比容量,与单纯CS碳气凝胶相比,比电容提升了约3倍。
以酚醛树脂为碳前驱体,硼酸为硼源,三嵌段共聚物F127为软模板,氧化石墨烯为改性剂,通过溶剂挥发诱导自组装法制备了硼掺杂介孔碳(BMCs)以及硼掺杂石墨烯基介孔碳材料复合材料(BMC/GOs)。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪等研究硼掺杂及氧化石墨烯复合对介孔碳结构的影响,利用电化学工作站研究硼掺杂及氧化石墨烯复合对介孔碳性能的影响。测试结果表明,所制备的复合材料BMC/GO-40(氧化石墨烯悬浮液质量为40 mg)的比表面积为462.5 m2/g,平均孔径为5.52 nm。硼元素以BC3键和BCO2/BC2O键的形式存在于介孔碳中。电化学测试表明,通过适量硼掺杂以及调整氧化石墨烯复合量可获得最大比电容。在电流密度为0.5 A/g,样品BMC/GO-40容量达167 F/g。
采用同轴环施力法研究了单电池还原前后抗弯强度的Weibull模量与其厚度之间的关联性。结果表明:对应1.1、0.9 mm与0.7 mm 3个厚度,NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)阳极支撑单电池的Weibull模量分别为4.56、4.78与6.16,随着样品厚度降低,Weibull模量逐渐增加,这与阳极内部缺陷数量减少相对应;还原之后Ni-YSZ阳极支撑单电池的Weibull模量分别提高至8.66、12.49与9.37,塑性Ni相的形成是抑制裂纹扩展的主要原因,其中厚度为0.9 mm的单电池呈现最佳的综合性能,对应特征强度为122.9 MPa。样品裂纹源主要源自于阳极支撑体的内部缺陷与Ni颗粒团聚,依此可以通过不同裂纹源的类型与3种断裂模式解释不同厚度单电池力学性能的变化规律。
采用偏轴磁控溅射法,以单晶钛酸锶(001)SrTiO3(STO)为衬底,不同沉积温度下外延生长了La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)氧化物底电极。X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)结构表征以及四探针方阻测试结果表明:LSCO薄膜外延(00l)取向最优温度沉积条件为550℃。此外,利用脉冲激光沉积法,以LSCO/STO异质结为模板,构架了Pt/Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)/LSCO/STO铁电电容器。XRD和AFM结构表征表明:NBT薄膜为(00l)外延结构。电流密度-电压测试曲线结果表明,室温变为70℃时,Pt/NBT/LSCO异质结漏电流密度有所增加,但未改变导电机制:低压下为欧姆导电和高压下为陷阱的空间电荷限制电流导电。在5 V驱动电压下,室温和70℃时,Pt/NBT/LSCO电容器具有饱和的电滞回线和保持特性,且经过1010翻转后,均未产生疲劳。
传统的储能器件由于容量有限,经常需要更换或者进行接线充电而难以适应可穿戴电子在某些特殊场合下的正常工作需求。利用压电材料的“压电效应”,构建基于“力-电转换”的压电型自充电储能器件,是解决以上问题的有效途径。对压电型自充电储能器件的研究进展进行综述,对其设计思路、特点、构建基础和具体应用等进行介绍。
以扁平化FeCo为核,通过水热反应法将TiO2和Fe3O4包覆在FeCo表面,成功制备了扁平FeCo@TiO2和FeCo@TiO2@Fe3O4 2种核壳结构。采用扫描电子显微镜和X射线衍射对扁平FeCo@TiO2和扁平FeCo@TiO2@Fe3O4核壳结构的微观形貌和物相组成进行了表征。结果表明:制备粉体呈片状,直径为20~50 μm,厚度为3~5 μm;包覆层TiO2和Fe3O4均匀地分布在扁平化FeCo表面。通过测试样品2~18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率,采用传输线理论计算样品的反射损耗表明,当样品厚度为2.5 mm时,FeCo@TiO2@Fe3O4核壳结构在常温下的有效吸收带宽(反射损耗RL<-10 dB时的频带宽度)为3.0 GHz,RL最小值达到-35.4 dB,500℃空气氧化后的有效吸收带宽为2 GHz,RL最小值为-29.2 dB。热重分析表明:由室温升温至800℃,FeCo@TiO2@Fe3O4增重较FeCo减少20%。
以间苯二酚、二水乙酸锌和七水硫酸亚铁为原料,用湿化学法和高温热处理制备了的Fe@(ZnO/C)复合材料。结果表明:引入了纳米球链Fe粉后的Fe@(ZnO/C)三元复合材料具有更优的阻抗匹配和更高的衰减系数,当频率为10.91 GHz匹配厚度为2.73 mm时,样品的最小反射损耗()达到-56.01 dB,有效吸收带宽(
)达到5 GHz(8.54~13.54 GHz),表现出优异的电磁波吸收性能。
用一步水热法制备了CeO2负载的不同比例过渡金属(Co,Mn)棒状纳米材料,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Raman光谱仪、X射线光电子能谱仪、BET比表面分析仪、H2程序升温还原和CO程序升温脱附表征并分析了引入不同含量过渡金属(Co,Mn)对催化剂的晶格常数、表面不同价态元素含量、比表面积和CO催化氧化性能等的影响。此外,CeO2负载的过渡金属(Co,Mn)相比于纯相CeO2表现出更加优异的催化活性。Co-CeO2催化氧化50% CO的温度(T50%)范围为97~133℃,Mn-CeO2为107~195℃,其中,含有40%(摩尔分数)Co或Mn的Co-CeO2和Mn-CeO2表现出最佳的催化性能,T50%分别为97℃和107℃。过渡金属(Co,Mn)的引入,使得催化剂表面的相互协同作用增强,产生更多的活性氧,从而有效地提高了材料的催化活性。
将气相法二氧化硅和聚二甲基硅氧烷混合形成一定黏度的悬浮液,利用气相法二氧化硅纳米粒子在喷涂过程中的三维聚集,形成了微纳米级的粗糙表面,并将低表面能物质聚二甲基硅氧烷储存在气相法二氧化硅纳米粒子三维孔隙中,在不同基材表面喷涂制备了自修复超疏水涂层。涂层表面在经等离子破坏后,仅需室温放置或100℃、30 min处理即可恢复其超疏水性能,自修复次数超过20次。同时该涂层还具有良好的耐高温、耐酸碱、耐摩擦和耐冲刷性能。
通过TiO2协同凹凸棒土(AT)构筑微纳米粗糙结构,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为低表面能物质成功制备了具有光催化功能的超疏水涂层(AT/TiO2@PDMS),研究了不同掺量的AT对涂层表面润湿性和光催化性能的影响。结果表明:AT/TiO2@PDMS涂层表面的润湿角均大于150°,当AT掺量为75%(质量分数)时,接触角可达165°;汞灯照射11 h后,25% AT掺量的涂层对罗丹明的降解率最高为94%,且涂层的超疏水性几乎保持不变。这表明该涂层具有良好的光催化性和化学稳定性。此外,该涂层具有基材适用性,可涂覆于各种基材。对生活中一些常见液滴以及强酸/碱性液体在涂层表面的润湿性也进行了测试,发现涂层对这些液滴均具有优异的防护作用。Tafel测试结果表明,涂层具有良好的耐腐蚀性。自清洁和防污测试结果说明涂层具有一定的自清洁作用和防污性能。经过燃烧实验测试,该涂层还表现出优异的阻燃性能,且燃烧后仍显示出超疏水性。
硼硅酸盐玻璃具有包容率高、熔制温度合理、对废液组分变化适应性强、抗辐射、化学稳定性好等优点,是目前工业应用最广泛的高放废液固化玻璃基质。本文综述了硼硅酸盐玻璃固化高放射性元素的机理、高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的关键产品性能、工艺性能和经济性指标的相关研究进展,以及硼硅酸盐玻璃固化体的工程化应用情况。根据国内硼硅酸盐玻璃固化体的研究现状,未来仍需开展系统的硼硅酸盐玻璃配方研究,建立配方设计模型以适应不同类型高放废液的固化需求;同时需开展玻璃固化体的腐蚀机理研究和长期化学稳定性评估,以制定并完善玻璃固化体评估标准。
泡沫的稳定性是决定泡沫混凝土综合性能的关键因素。然而,普通泡沫的泡径不均匀、稳定性较差,易发生聚结、歧化现象,产生大尺寸连通孔,造成泡沫混凝土物理力学、保温隔声性能下降。对近年来泡沫混凝土中泡沫的相关研究进行了全面阐述,主要聚焦于泡沫的制备、泡沫失稳机制、稳泡机理和措施3个方面。
通过29Si魔角自旋核磁共振及高分辨透射电镜-能谱方法,研究了10%(质量分数)硫酸镁溶液侵蚀后碱矿渣水泥(AAS)砂浆中C(N)-A-S-H凝胶结构梯度变化。结果表明:侵蚀表层(0.5~3.0 mm)主要为硅铝凝胶;侵蚀中层(3~6 mm)主要为M/C(N)-A-S-H凝胶;内部(6~9 mm)主要为C(N)-A-S-H凝胶(几乎未受到侵蚀);在硫酸盐侵蚀后仍会有稳定的类托贝莫来石(Ca/Si摩尔比为0.98)/类水滑石(Mg/Al摩尔比为2.39)晶体存在,但C(N)-A-S-H凝胶主链中,位于桥氧四面体(BT)位置的铝氧四面体受硫酸盐侵蚀影响更大。同时,硫酸镁侵蚀首先造成脱钙现象发生(其位置将会由Mg补充),而后产生脱铝现象,当C-A-S-H完成脱Ca及部分脱Al后,形成Al-Si凝胶且凝胶中存在大量Mg平衡离子(即最外层产物)。
为了提高CaSO4晶须-水泥石的力学性能,采用正硅酸乙酯(TEOS)对晶须表面进行处理,改善晶须与水泥石间的界面。通过红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪及接触角测试仪研究了改性CaSO4晶须表面的组成与特性。结果表明,正硅酸乙酯的水解产物与CaSO4晶须表面的羟基发生反应,在CaSO4晶须表面形成了稳定的、无定形态的SiO2。力学性能测试结果表明,改性CaSO4晶须能进一步提高水泥石的力学性能。通过扫描电子显微镜、孔径分布测试研究了晶须及水泥材料界面的微观结构、水化产物和水泥石的结构,揭示了改性CaSO4晶须增强水泥石的作用机理。改性CaSO4晶须表面包覆的SiO2与水泥基材料中游离的Ca(OH)2发生水化反应,促进更多水化产物如水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的形成,使得晶须被周围水化产物紧密包裹,增强了晶须与水泥基材料之间的界面黏结作用,迫使裂缝在发展的过程中消耗更多的能量。并且,水化反应的进行也提高了水泥石结构的致密性,从而进一步提高了水泥石的力学性能。
掺入适量的碳纳米管水泥基材料具有卓越的压阻性能,继而可帮助实现水泥基复合材料结构的自感知。碳纳米管水泥基复合材料的压阻效应受到材料组构和加载模式等因素的影响,然而现存研究对此问题的重视和深度不足,限制了水泥基材料结构智能化的发展。从材料组构和加载模式2个方面,讨论了碳纳米管掺量、水灰比和碳纳米管分散性等因素对材料受外力作用下各个阶段的压阻效应影响,分析了轴压、拉伸、冲击荷载以及加载速率、幅值等影响材料从开始加载至破坏整个过程压阻效应的特征,指出了目前研究中存在的问题,展望了碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的未来发展前景。
由于天然砂石日益紧缺,再生骨料的推广应用受到重视。基于改善再生骨料砂浆的技术缺陷,用废弃橡胶颗粒部分取代再生砖混细骨料制备再生骨料砂浆,研究不同水灰比下橡胶掺量对再生骨料砂浆技术性能的影响。测试了砂浆拌合物的稠度、保水率和表观密度,测试了砂浆试件的力学性能以及干缩性、渗透性和抗冻性。结果表明:随着橡胶颗粒掺量的增加,再生骨料砂浆拌合物的流动性增加,保水性下降,橡胶掺量小于10%时,保水性下降不明显,而流动性改善效果显著;橡胶颗粒掺量在3%~7%时,砂浆试件的抗折和抗压强度均得到提高,这与橡胶颗粒改善骨料的骨架作用和弹性变形对集中应力的消散作用有关;砂浆试件的抗收缩性能、抗渗性能和抗冻性能明显改善,且随橡胶颗粒掺量的增加逐步提高。适宜的橡胶掺量对改善再生骨料砂浆的技术性能效果明显。