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2023年, 第51卷,第1期  刊出日期:2023-01-20
    光催化材料专题—编者按
  • 余家国, 张留洋
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 1-3.
  • 光催化材料专题—研究论文
  • 刘恩周, 王辰轩, 孙涛, 胡晓云, 樊君
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 4-13. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220332

    采用水热法制备了孪晶Mn0.5Cd0.5S(T-MCS)固溶体,随后借助原位水热法获得Zn0.76Co0.24S/T-MCS纳米异质结光催化剂。结果表明:Mn0.5Cd0.5S固溶体是六方纤锌矿Mn0.5Cd0.5S(WZ-MCS)及立方闪锌矿Mn0.5Cd0.5S(ZB-MCS)交替形成的孪晶同质结;引入Zn0.76Co0.24S可增强体系光响应能力,提高表面载流子数量,其中3% Zn0.76Co0.24S/T-MCS异质结在Na2S/Na2SO3混合溶液中的产氢速率可达132.9 mmol/(g·h)(300 W氙灯,λ>420 nm),分别是Zn0.76Co0.24S和T-MCS的332.2倍和1.9倍。能带结构分析发现,WZ-MCS和ZB-MCS形成的Ⅱ型同质结可实现T-MCS体相载流子的快速分离,T-MCS与Zn0.76Co0.24S之间形成的S-scheme异质结不仅促进了二者界面电荷迁移,而且保留了T-MCS价带空穴与Zn0.76Co0.24S导带电子强的氧化还原能力,本工作构建的同质异质结可有效提高体系的产氢动力学。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 唐华, 刘玥, 王乐乐, 刘芹芹
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 14-22. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220352

    构建较强氧化还原能力与较高电荷转移效率的阶梯型(S型)异质结光催化剂是提高光催化性能的有效策略。通过溶剂热法在棒状苝酰亚胺(PDI)表面原位生长了ZnIn2S4纳米片,得益于良好的界面接触与匹配的能带结构,PDI/ZnIn2S4异质结展现出优异的光催化性能。此外,在同步光催化产氢与苯甲醇氧化全反应体系中,5% PDI/ZnIn2S4光催化剂表现出较高的产氢性能[21.66 mmol/(g·h)]与苯甲醛产率[1.02 mmol/(g·h)]分别是纯ZnIn2S4的2.12倍和3.00倍。基于X射线光电子能谱、瞬态光致发光光谱和电子顺磁共振信号等分析,证实了PDI与ZnIn2S4之间内建电场的形成与S型电子转移路径。该电荷转移机制保留了复合催化剂较高的氧化还原电位,促进了界面电荷分离与转移,进而提升了光催化性能。该有机-无机S型异质结光催化剂的设计应用为新型双功能催化剂的开发提供了新思路。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 代凯, 张海波, 张金锋, 王中辽
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 23-31. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220314

    通过简单水热法合成了SnNb2O6,并用沉淀法构建了Ag表面等离子共振增强的梯型SnNb2O6/Ag3PO4异质结,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见光漫反射光谱仪和光致发光光谱仪对样品进行了表征。通过降解次甲基蓝来研究SnNb2O6、Ag3PO4和SnNb2O6/Ag3PO4复合材料的光催化活性。结果表明:SnNb2O6/Ag3PO4比SnNb2O6和Ag3PO4表现出更高的降解能力,SnNb2O6/Ag3PO4的准一级速率常数(Kapp)为0.313 min-1,分别是SnNb2O6和Ag3PO4的13.1倍和4.8倍。这是由于Ag表面等离子共振增强的梯型SnNb2O6/Ag3PO4异质结方案可以加速电子空穴对的分离,从而提高整个系统的氧化还原反应能力。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 周雪梅, 杨磊, 韩晓驰
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 32-39. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220509

    大尺寸二维二氧化钛纳米片在电子器件中有重要的作用,但是目前的合成仍面临挑战。本工作提出了以碳酸铯(Cs2CO3)和锐钛矿二氧化钛(TiO2)为原料,高温固相合成层状钛酸盐,并研究钛酸盐合成的实验条件。研究固相反应产物钛酸铯(Cs0.7Ti1.825O4)的结晶性随原料的混料方式、摩尔比、投料量、煅烧时间等的变化关系。结果表明:采用固态混料方式煅烧获得的产物仅有单一物相Cs0.7Ti1.825O4,而采用溶液混料的方式得到的产物含有金红石二氧化钛和钛酸铯的两相混合物。在反应温度为800 ℃、反应原料摩尔比为n(Cs)/n(Ti)=1/(2.6~4.0)时,均可得到产物Cs0.7Ti1.825O4。并且产物钛酸铯结晶性随着反应物的投料量和煅烧时间的增加而提高。用盐酸处理获得的体相钛酸铯(Cs0.7Ti1.825O4),获得质子化的产物(H0.7Ti1.825O4)。四丁基氢氧化铵(TBAOH)对质子化产物进行剥离,并获得二氧化钛少层纳米片(Ti0.91O2)。研究发现,当大分子与钛酸盐中可交换质子的摩尔比为0.5 [n(TBAOH)/n(H+)=0.5]时,可诱导有序的片层结构(Ti0.91O2)生成。该层状结构煅烧处理后用作光催化剂进行水分解制氢的研究。光催化实验在模拟太阳光下进行,并用乙醇做牺牲剂。研究发现Ti0.91O2的催化活性与剥离条件下TBAOH/H+的摩尔比相关,当n(TBAOH)/n(H+)=0.5时,获得的纳米片显示出最优的产氢活性。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 朱君江, 肖瑶, 颜亚玉, 许雪莲, 肖萍, 何志艳
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 40-48. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220355

    通过热剥离(空气、氢气),超声剥离及硼氢化钠化学剥离的方式对体相石墨型氮化碳进行处理,制备了不同性能的薄层氮化碳。采用X射线衍射、X射线光电子能谱、Fourier变换红外光谱、固体紫外可见漫反射谱、氮气物理吸附等仪器对所制样品的结构和性能进行了表征,并考察了样品对水相有机污染物的光催化降解性能。结果表明:剥离方式对氮化碳的物化和光催化性能有较大的影响,在空气中剥离的氮化碳(g-CN_A)表现出最佳的光催化性能,40 min时对盐酸四环素(TC)的降解率高达99.87%,且4次循环使用后仍具有良好的循环稳定性。捕获剂探究反应机理实验结果表明,超氧自由基(·O2-)是该反应的主要活性物种。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 赫荣安, 黄谧妍, 徐璐瑶, 司舒同, 何锦涛, 许第发
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 49-57. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220354

    氧化铋(Bi2O3)是一种重要的可见光光催化剂,在光催化降解有机污染物、污水处理方面有较大的应用潜力。然而,Bi2O3比表面积较低、其光生电子与空穴复合快等缺点都导致其光催化性能较差,严重制约了其应用。同时,Bi2O3的粉末形态不利于回收利用,也使其应用受到较大的限制。为此,以柔性导电碳纸作基底,采用电化学沉积和后续原位氧化的方法,制备了柔性Bi2O3/碳纸复合光催化剂,以提高其光催化性能和操作便利性。制备的复合物中,具有蕨草状分级结构的β-Bi2O3牢固地长在碳纸基底上。在可见光光催化分解水中苯酚的反应中,Bi2O3/碳纸复合物的光催化性能不仅明显优于无分级结构的α-Bi2O3粉体,还优于有一定分级结构的β-Bi2O3。结合N2吸附、紫外可见漫反射光谱、荧光和自由基测试等测试分析,发现Bi2O3/碳纸复合光催化剂的性能提升源于Bi2O3的分级结构和导电碳纸的电子捕获作用。分级结构有利于Bi2O3的光吸收和与反应物的接触,而碳纸的电荷捕获作用能有效分离Bi2O3的光生电子和空穴,从而共同促进光生载流子的有效利用。此外,复合光催化剂所具有的宏观尺度、柔性和二维形貌等特征也使其使用和回收变得更为方便。本研究为柔性分级结构光催化剂的设计提供了一个新的思路。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 尹相镔, 郝艺彤, 王瑞丹, 刘颖, 戚克振
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 58-63. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220356

    为了消除水中的有害抗生素,在水热条件下制备了不同质量分数比的铈(Ce)掺杂ZnFe2O4光催化材料。优化后的样品ZnFe1.96Ce0.04O4在模拟太阳光照射下,40 min内对盐酸四环素的降解率为56.6%。样品的光电流信号响应研究证实,Ce的引入有助于提升ZnFe2O4中光生电荷对的分离。捕获剂测试实验表明,羟基自由基和超氧自由基是最主要的活性氧物种,直接参与了抗生素的光降解过程。此外,在模拟太阳光照射下,ZnFe1.96Ce0.04O4的光解水产氢速率达到了230.4 μmol/(g·h)。

  • 光催化材料专题—研究论文
  • 何欢, 高瑞淇, 何宏敬, 汪宁馨, 毕纬苓, 陈淑铃, 沈荣晨, 李鑫
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 64-72. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220218

    近来,用于光催化析氢的有机聚合物的设计和合成引起了许多关注。然而,关于有机聚合物的最佳连接位点的报道并不完整。通过Suzuki交叉偶联聚合反应合成了3种有机聚合物光催化剂。研究了连接位点的含量对有机聚合物半导体光催化剂的析氢性能及光电化学性能的影响。发现1,6-连接位点的增加大大加强了光催化析氢效果,尤其是1,6位连接的芘-苯并噻二唑基聚合物(L16-PyBT)在可见光照射下的光催化析氢速率为6.81 mmol/(h·g),远大于其他2种有机聚合物[2.80 mmol/(h·g)和0.34 mmol/(h·g)]。结果表明:1,6-连接方式具有更强的π-π堆积、更好的光吸收能力和润湿性,从而提高光催化性能。这种连接方式的演变为未来有机聚合物的合成和设计提供了重要思路。

  • 光催化材料专题—综合评述
  • 江梓聪, 张留洋, 余家国
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 73-81. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220459

    光催化反应可将太阳能转化为可储存的化学能源,被认为是缓解能源危机和解决环境问题的有效途径之一。然而,由于光生载流子低的转移和分离效率,实际的光化学转换效率提升受到了限制。新兴的S型异质结光催化剂由于其在空间上实现了光生载流子的有效转移分离并展现出强的氧化还原能力,在太阳燃料制备和环境治理领域受到了广泛关注和研究。本文综述了S型异质结光催化剂的发展历程和设计原理、光生载流子转移机制以及在能源和环境等领域的应用。最后,提出了S型异质结光催化剂的发展前景和面临的挑战。

  • 光催化材料专题—综合评述
  • 肖舒宁, 霍梦佳, 程学健, 宋雪玲
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 82-93. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220345

    光催化技术是解决能源、环境等问题有力的手段之一。光催化反应过程中,催化剂的结构、表界面、缺陷等是影响光催化效率的关键因素,可通过优化合成方法精确调控,并实现特定性能的提升。不同于传统热传递式的加热模式,微波场辅助合成法是基于偶极极化、离子导体、传导损耗、磁滞损耗等加热机制的新型微纳材料合成手段。该方法在光催化材料的热合成中,具有加热速度快、热效应均匀、重现性好等优势,也可通过特定的热效应实现定点加热和定向组装,因此逐渐受到学界和产业界的广泛关注。本综述主要总结近年来微波合成光催化剂研究进展,重点论述了催化材料合成过程中微波场对凝聚态物质的超热作用,及其导致光催化剂在结构、表界面、缺陷方面的调控优化,最终实现光催化性能的提升。

  • 光催化材料专题—综合评述
  • 周国伟, 刘德法, 李华鹏, 白硕杰, 孙彬
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 94-105. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220275

    MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物,具有良好的金属导电性、较高的载流子迁移率和表面端基可调控能带结构等特性,适合在光催化材料体系中作为助催化剂来提高光催化性能。本综述概述了零维、一维、二维和三维半导体光催化材料与MXene复合材料的可控构筑及其在污染物脱除、制氢、CO2还原和固氮等光催化领域的最新研究进展,重点介绍了二维MXene基复合光催化材料的构筑方法及其光催化性能增强机制,并对其未来的研究方向进行了展望。

  • 光催化材料专题—综合评述
  • 靳治良
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 106-116. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220336

    石墨炔是一种新型碳的同素异形体,其独特的结构使得该物质具有理想的高强度、导电性、导热性、透光性和高载流子迁移率、热导率等。石墨炔具有天然的带隙,属于本征半导体,具有特别的电荷输运性能。石墨炔与无带隙的石墨烯相比,在0.45~1.30 eV范围内显示出带隙,这使其在电子、催化、光学和机械方面具有强大的应用潜能,为碳材料的基础和应用研究提供新的空间、带来了新的内涵,引起了广泛的关注。此外,石墨炔在Fermi能级上下附近具有2个不同的Dirac锥,这表示石墨炔为自掺杂(self-doped)半导体,原本就具有电荷载流子,不需要像石墨烯一样要通过额外掺杂实现。石墨炔是十分契合的潜在的且卓越的光催化材料,理论上只需修饰构建活性位点即可高效光诱导反应。

  • 研究论文
  • 崔鹏媛, 俞小花, 李永刚, 林艳, 沈庆峰, 王露, 张钊洋
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 117-123. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220593

    废旧锂电池因其具有极高的资源性和危害性成为研究的热点,湿法回收是目前处理废旧锂电正极材料的主要方法,而从废旧正极材料浸出液中回收有价金属元素已成为湿法回收的关键。因此,以废旧锂电池高锰正极材料苹果酸浸出液为原料,通过臭氧氧化沉淀镍、钴、锰得到最佳沉淀条件,并制备出高锰基前驱体。研究发现:在最佳沉淀条件下,镍、钴、锰的沉淀率分别为18.2%、41.5%、85.8%;臭氧沉淀渣中的镍、钴、锰含量分别为0.85%、1.63%、41.30%。可以看出,该臭氧氧化沉淀渣为高锰基前驱体,前驱体经补锂再生为LiMn2O4正极材料,该正极材料的首次放电比容量为95.4 mA·h/g,首次充放电效率为84%,高倍率下的放电比容量保持率为67.4%,100次循环后的放电比容量保持率为80%。

  • 研究论文
  • 纪彭超, 杨静歆, 谭琳, 孙福, 苏兴华
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 124-132. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220658

    高熵氧化物是一种由高构型熵稳定的新型材料,有望具有独特的电化学性能。采用聚丙烯酰胺凝胶法制备了(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体并研究了其超级电容性能。结果表明:单相(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体的制备温度随着丙烯酰胺/金属阳离子摩尔比的增加而降低。当丙烯酰胺/金属阳离子摩尔比为120∶1时,在900 ℃煅烧2 h所制备的岩盐相高熵纳米粉体呈现出球形形态,粒径为40~65 nm。该高熵纳米粉体在1 A/g的电流密度下具有402 F/g的比电容;当电流密度增大到20 A/g时,仍然能保持62%的初始比电容;在电流密度为5 A/g时,经过2 000次充放电循环后,电容保持率为61%,该研究表明高熵(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。

  • 研究论文
  • 郑佳红, 申嘉钧
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 133-144. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220668

    超级电容器作为一种新型储能器件,凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点,已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中,电极材料对器件性能优劣起着关键作用,因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料,还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源,通过水热法制备NiCo2S4电极材料,并研究了水热反应时间对NiCo2S4微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明:在GSH作用下制备的NiCo2S4材料呈现“蛋黄-蛋壳”结构;当电流密度为0.5 A/g时,比电容为1 552.7 F/g;在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容;经过2 000次循环后,NiCo2S4电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以NiCo2S4与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器,在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h/kg能量密度,在2 000次充放电循环后样品的比电容保持率为89%。

  • 研究论文
  • 孙辉, 沈龙海, 刘子童, 陈建金, 张芮馨, 程佳, 张兴来
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 145-151. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220468

    为探索氧化铟基半导体薄膜择优取向的控制生长策略,并探究晶面取向对光电性能的影响,采用磁控溅射技术在石英(SiO2)衬底上分别制备了具有(222)和(440)晶面择优取向的氮掺杂氧化铟(In2O3:N)薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计对In2O3:N薄膜的晶体结构、表面形貌、元素组成、光学带隙进行了表征,并研究了不同择优取向薄膜的光电特性。结果表明:不同择优取向In2O3:N薄膜的氮掺杂均以替位式为主,氮掺杂会导致氧化铟的禁带宽度减小至2.89 eV。相比(222)晶面择优取向,(440)晶面择优取向的In2O3:N薄膜的光响应时间更短。

  • 研究论文
  • 董世知, 何佳奇, 马壮, 胡旭东, 尹金鹏, 胡宏宇, 刘志宇, 张星
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 152-162. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220647

    电解水制氢是一种很有前途的、可以实现可持续能源供应的绿色方法。通过一步水热法,制备出性能优异的NiCuP/泡沫镍析氢电催化剂。通过调控反应条件,发现当镍铜摩尔比8∶1,水热温度140 ℃,保温时间12 h时,催化剂具有良好的析氢反应活性。此外,探究了不同的改性剂对催化活性的影响。发现改性剂NaCl的加入能提供更好的离子交互环境从而显著提升催化性能:当电流密度为10 mA/cm2时,过电位达到108 mV,Tafel斜率为113 mV/dec(电流每变化10倍,过电位变化为113 mV)。计算表明,Ni2P-Cu3P的原子d-p轨道相互作用诱发催化剂界面电子活性提升,显著降低了活化势垒,并且NaCl的加入对H2O分子解离成活性H离子起到促进作用,从而提升析氢反应的催化活性。这为过渡金属电催化剂的研发提供了研究基础。

  • 研究论文
  • 吴倩, 冯果, 王三海, 江峰, 苗立锋, 江伟辉
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 163-170. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220646

    在催化剂载体和吸附等领域,具有介孔结构的片状镁铝尖晶石因比表面积大、活性位点丰富、不易团聚等特性,受到越来越多的关注。以铝丝为铝源、镁粉为镁源、无水乙醇为溶剂,Na2MoO4为熔盐,采用熔盐辅助非水解溶胶-凝胶法制备多孔片状镁铝尖晶石。借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜等测试手段研究了热处理温度及保温时间对镁铝尖晶石合成与形貌的影响,运用透射电子显微镜(TEM)观察片状晶体的微观结构,采用氮气吸附脱附测试对样品的比表面积和孔径进行了表征。结果表明:热处理温度和保温时间均对镁铝尖晶石形貌有较大影响。优选热处理温度为900 ℃,保温时间为8 h,可制备出具有介孔结构的片状镁铝尖晶石,片的长度为140~160 nm。所制得样品的比表面积为76 m2/g。TEM和氮气吸附脱附曲线测试结果表明,样品存在明显的介孔结构。为制备多孔片状镁铝尖晶石提供了一种新思路。

  • 研究论文
  • 冯晋阳, 孙玉娜, 伍冬华, 雷堃, 赵修建
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 171-177. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220519

    围绕含AgCl钠硼硅酸盐玻璃的熔融制备、析晶热处理、高温拉伸及高压还原工艺,对于玻璃中卤化银纳米棒的形成、定向排布以及对于偏光性能的影响规律进行了研究,发现卤化银晶粒更易于在富钠硼相中析出,较佳的热处理制度是析晶温度615 ℃、保温时间12 h。玻璃中卤化银纳米棒的形成及定向是玻璃拉伸温度、拉伸应力与拉伸速度三者的有机结合。在拉伸温度570 ℃、拉力735 N、拉伸速度120 mm/min条件下,玻璃样品中AgCl纳米棒的平均直径98 nm、平均长度558 nm、纳米棒的平均长径比1.0∶5.6,并沿玻璃拉伸方向定向排布。通过高压还原后玻璃的偏光性能研究,拉伸后玻璃表层单位面积内AgCl纳米棒的数量越多,还原处理后玻璃的消光比越高。

  • 研究论文
  • 张祥坤, 刘昊文, 侯进鹏, 尤厚美, 戴勋, 李仲, 田维亮
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 178-186. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220608

    随着人们环保意识的增强,环保型聚氯乙烯(PVC)塑料添加剂正在不断推进,利用天然矿物蛭石代替非环保PVC塑料添加剂成为行业新趋势。采用液相高速剪切/分级离心法制备了纳米蛭石片悬浮液,通过溶剂置换法制备了纳米蛭石片/PVC复合塑料,研究了纳米蛭石片含量对其紫外、导热性能,阻燃性能、热稳定性和拉伸性能的影响。结果表明:纳米蛭石片尺寸在150 nm~1.1 μm,保持了蛭石原有结构特征。纳米蛭石片添加量为15%(质量分数)时,纳米蛭石片/PVC复合塑料的拉伸强度提高了50.8%,极限氧指数提高了7.3%,导热系数降低了17.8%,老化热稳定时间提高了140 min,脱氢热解时间提高了24 min,具有优异的热稳定性能和抗紫外性能。在PVC制品中加入蛭石将会提高复合塑料的各项性能,对于高性能PVC制品制备具有重要的实际意义。

  • 研究论文
  • 李晓, 孙伟杰, 周鑫宇, 朱永, 李东, 熊清平, 陈静
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 187-193. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220437

    以凹凸棒石黏土基气凝胶为精油载体制备高载量香氛剂并实现精油长效控释。以凹凸棒石为三维网络骨架、以植物纤维为增韧补强材料,制备了一种高比表面积、高孔隙率和优良机械加工性能的的凹凸棒石/植物纤维复合气凝胶。该气凝胶对甜橙精油的负载率高达96%且挥发残油率低(<5%)。疏水改性提高了气凝胶对精油的负载率并显著延长精油缓释时间。精油挥发均呈现短暂快速下降、稳定释放、缓慢下降3段变化规律,展示复合气凝胶对精油挥发的良好控速能力:体积为4 cm3的香氛剂在60 ℃实验温度下可维持80 mg/h恒速释放27 h,累计释放时间为31 h;精油控释速率随气凝胶体积增大而增大,在1 cm3后逐渐趋近平台值;精油在气凝胶中的释放行为符合Korsmeyer-Peppas模型,属于Non-Fickian扩散。

  • 研究论文
  • 赫连一哲, 崔素萍, 马晓宇, 王亚丽, 徐海英
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 194-203. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220688

    MnOx/TiO2催化剂的低温脱硝活性和稳定性是目前具有挑战性的研究方向。采用矿物极化效应对MnOx/TiO2催化剂进行了改性研究。适当细度的电气石对催化材料的脱硝性能有明显的改善,在较宽的温度范围内脱硝效率保持在90%以上,并延长了较高脱硝效率的持续时间。原位漫反射红外光谱分析结果表明,改性前后的催化剂遵循Langmuir-Hinshelwood机理,电气石极化可以加快反应气体的吸附速率,生成易于参与到后续反应的中间产物,从而提高脱硝性能。

  • 研究论文
  • 宁琴, 李彩霞, 刘鑫, 王帮国, 洪琰, 王兴峰
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 204-214. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220375

    以煤矸石为原料制备聚硅酸氯化铝(PASC)絮凝剂,实现煤矸石的资源化利用;以PASC对煤泥水的去浊率为指标,通过单因素试验探究了碱灰比、焙烧温度、酸用量、酸浸温度、液固比、酸浸时间对PASC性能的影响,并在此基础上进行响应面实验,进一步优化试验制备参数;分析了PASC理化性质及微观结构,从而探究其絮凝机理。结果表明:在碱灰比0.9、焙烧温度900 ℃、酸用量1.75 g/g、酸浸温度49 ℃、液固比8.9、酸浸时间2.8 h制备条件下,PASC对煤泥水的去浊率可达99.08%;PASC是由聚硅酸、铝离子及羟基络合形成的无定型聚合物,有丰富的空间网状结构,其絮凝机理包含吸附架桥、网捕卷扫及吸附电中和作用。

  • 研究论文
  • 张虎元, 李小雅, 童艳梅, 于洪亮, 易泉
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 215-225. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220689

    高放废物处置库衬砌混凝土,在地下水溶蚀作用下释放出“水泥浸出液”,其化学成分经历4个阶段的演变过程。配制新鲜水泥浸出液模拟第I阶段水泥浸出液,与高庙子膨润土粉末混合成悬液体系,开展批式固-液静态反应,评估中国处置库膨润土缓冲材料的长期化学稳定性。静态反应256 d期间,分阶段采收的悬液分离成固、液两相。液相检测pH值、电导率和阳离子浓度。固相开展X射线衍射、Fourier红外光谱和扫描电子显微镜-能谱仪分析测试。固、液两相分析结果表明:高庙子膨润土在新鲜水泥浸出液作用下,同时发生蒙脱石矿物的溶解及伊利石/蒙脱石混层次生矿物的形成,从而降低高庙子膨润土的缓冲性能。

  • 研究论文
  • 陈俊豪, 曾晓辉, 谢友均, 龙广成, 唐卓
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 226-234. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220613

    基于局域共振理论,提出了一种耦合声学黑洞结构的新型轻质声子晶体,利用声学黑洞结构的低频、宽频带和多模态特性,拓宽了低频带隙。借助有限元方法,计算了新型声子晶体的能带结构、本征模态和衰减特性,研究了其带隙产生机理,分析了声学黑洞结构尺寸等几何参数对带隙的影响规律。结果表明:新型声子晶体在1 600 Hz频段内具有多个带隙,第1完全带隙为12~805 Hz,40 Hz以下的带隙覆盖率为70%,1 600 Hz内的带隙覆盖率达到97.3%。第1完全带隙的起始频率和截止频率主要由散射体和声学黑洞结构的振动模式决定。第1完全带隙起始频率随着声学黑洞结构短边高度的增加而增大,声学黑洞结构宽度、短边高度以及连接短板高度对截止频率和带隙宽度有显著影响。

  • 综合评述
  • 江和栋, 孙玲玲, 朱宏林, 黄丹丹, 王艳香, 李家科, 郭平春, 朱华
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 235-247. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220678

    水系锌碘电池因其高理论比容量、高能量密度、优异的倍率性能、丰富且低廉的原料和高安全性等特点,而被认为是未来电能存储领域最具前景的候选储能器件之一。然而,多碘离子的穿梭效应严重影响其自放电性能、Coulombic效率和循环寿命,进而限制了其大规模应用。首先介绍了水系锌碘电池的结构、储能机理及其穿梭效应产生的原因,随后从正极、电解液和隔膜3个方面详细综述了水系锌碘电池穿梭效应的抑制策略,最后总结了当前水系锌碘电池存在的问题并提出了展望,以期为加快推进水系锌碘电池产业化提供借鉴。

  • 综合评述
  • 方自力, 李蓉, 刘志宽, 阳叶
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 248-259. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220393

    硅氧负极材料(SiOx)比容量是石墨的近4倍,被视为最有前景全面商用的下一代锂离子电池负极材料,但首次Goulombic效率(ICE)偏低这一问题长期困扰着SiOx的应用。预锂化能使SiOx的ICE上升,提高锂离子电池系统能量密度,为SiOx全面应用铺平道路。本综述概述了近年来SiOx负极预锂化的应用及研究进展,按照技术特点分类介绍了预锂化技术的最新研究进展,并列举了其中的典型方案与效果,重点讨论其反应机理、面临的挑战及潜在解决方案等,还对未来预锂化技术的发展进行了展望,供后续的研究与工业化参考借鉴。

  • 综合评述
  • 马之杰, 孙莹, 袁秀良, 史可文, 王聪
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 260-269. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220643

    近零热膨胀材料在变温环境下具有高的尺寸稳定性,不易产生热应力,可保证相关器件或构件具有高的精密性和稳定的使用寿命,因此其在航空航天、微电子、光学、精密仪器仪表等领域具有重要应用价值。锰基反钙钛矿化合物Mn3AX(A=金属或半导体元素,X=N或C)由于具有宽温区、各向同性、易调控的负或近零热膨胀性质,近年来引起广泛关注。Mn3AX化合物具有丰富的磁结构,此类化合物负或近零热膨胀性质与其磁相变和晶格-自旋强关联特性密切相关。因此,通过优化组分可改变其磁结构及磁相变过程,进而有效调控其热膨胀行为并获得其它功能物性。综述并评价了国内外研究者在Mn3AX反常热膨胀行为调控方面所做的实验和理论工作。对锰基反钙钛矿化合物反常负/零热膨胀性质实验上的有效调控和机制上的深入分析,对揭示反常热膨胀的物理起源具有重要意义,能够积极推动这类材料走向应用。旨在总结目前本领域的研究进展,着重介绍了锰基反钙钛矿化合物负/零热膨胀性质的调控策略与机理研究,也对本领域未来的研究趋势进行了展望。

  • 综合评述
  • 李明阳, 张晨, 梁锐, 龙红明, 高翔鹏
    硅酸盐学报. 2023, 51(1): 270-282. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20220642

    高炉渣作为钢铁行业的一类大宗固废,其高附加值利用一直是相关行业的研究重点,对钢铁行业的绿色发展具有重要意义。以高炉渣为研究对象,综述了近5年来其作为光催化材料用于污水处理领域的研究进展。介绍了高炉渣的基本情况,包括其形成组成、作光催化材料的可行性、国内外综合利用现状和综合利用中存在的问题;简要阐明光催化技术的发展现状,内容涉及其作用机理、性能改善方式和发展趋势;说明高炉渣作光催化材料净化废水的研究进展,并就现有文献对其光催化效率影响因素和提高方式进行了讨论;最后对高炉渣基光催化材料的处理方式和应用方式进行了归纳总结,并对其持续性的资源化利用进行了展望。