随着全球水资源短缺问题的日益严重,寻找可代替的淡水资源成为亟待解决的问题。大气集水(AWH)技术是一种从大气中获取水分的方法,对于缓解全球水资源短缺问题具有极大的潜力。大气集水方式主要有雾气收集、基于冷凝的大气集水、膜辅助集水、基于吸附的大气集水。该文探讨了不同集水方式的原理及其各自的优缺点;对比了基于吸附的大气集水技术中不同类型吸附剂的特点,重点介绍了复合吸附剂的研究进展;同时,系统阐述了吸水、储/输水和释水过程中的优化调控策略;最后,对未来集水材料性能提升、产水水质优化、制备技术创新、智能化应用拓展方面的发展趋势进行了展望,旨在为吸附剂的进一步发展和应用提供有益的参考和借鉴。
亚硝酸盐广泛应用于多个领域,但过量摄入会危害人体健康,因此精准检测至关重要。传统检测方法存在成本高、检测时间长等缺点,电化学传感器因其检测限低、响应快速和成本低等优势成为研究热点。该文综述了碳纳米材料修饰的电化学传感器在亚硝酸盐检测中的研究进展,重点分析了石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、碳点、纳米多孔碳、金属有机框架及生物炭等碳基材料的独特优势,其大的比表面积、优异的导电性和表面活性位点显著提升了传感器的电催化活性和电子转移动力学,杂原子掺杂、金属纳米颗粒负载、聚合物复合等功能化策略进一步赋予了材料的特异性识别能力,使检出限普遍达到μmol级,部分传感器在实际样品,如水样、食品等检测中展现出良好的回收率和抗干扰性。但这些技术仍面临制备工艺复杂、活性材料易脱落、复杂基质中离子干扰显著及长期稳定性不足等挑战。未来研究可聚焦于构建多维度复合体系、开发原位生长与激光雕刻等可控合成技术、结合分子印迹技术增强选择性,同时推动与人工智能和可持续材料的交叉融合,以突破性能瓶颈,为食品安全监控和环境污染防控提供高效可靠的技术支撑。
导电型胶黏剂是一种特殊功能型胶黏剂,因其优异的线分辨率、环境友好性、简便的操作工艺等诸多优势,已广泛用于集成电路黏接、发光二极管制造、芯片封装、太阳能电池板等领域。近年来,随着电子产品、5G、人工智能等新兴技术的快速发展,高性能导电胶的制备已成为当下电子材料领域的关键研究方向与行业发展趋势。该文综述了导电胶的组成、类型及其优缺点,介绍了导电机理,从改性树脂基体和掺杂纳米材料两方面阐述了导电胶力学黏接性能提升策略;从调控导电填料的种类、尺寸及形貌、纳米颗粒添加、导电填料表面改性、低熔点合金的掺杂及固化条件优化等方面总结了提升导电胶导电性能的策略。最后,指出了国产导电胶的发展现状、存在的问题,并展望其未来的发展趋势。
工业废水的复杂性和新兴污染物的多样性对吸附材料提出了更高的要求。生物炭具有可再生性与可修饰性,已广泛用于污染物的吸附,但其基本性能难以满足实际的需求,改性策略成为突破的方向。该文系统地综述了生物炭的活化改性方法(化学活化、金属/非金属掺杂、表面活性剂改性和等离子体改性等)及其对污染物吸附性能的调控机理;重点分析了改性生物炭对工业废水中染料、重金属及氟化物、抗生素、微塑料和酚类化合物等污染物的吸附效能;阐明了孔结构优化与表面化学修饰的协同作用;此外,探讨了再生技术瓶颈及绿色解决方案;最后,对生物炭用于污染物吸附的未来发展方向进行了展望:实施协同改性策略实现污染物的定向去除,开发耦合体系实现污染物的吸附富集和原位降解,开发绿色低碳制备技术以减少碳排放。
硅基负极材料具有能量密度高、工作电位低和储量丰富等优点,是新一代锂离子电池中非常有前景的负极材料之一。然而,硅基负极存在的体积膨胀效应大、电导率低和固态电解质界面(SEI)膜不稳定等缺点导致其循环稳定性较差,严重阻碍了其实际应用。该文首先介绍了硅基负极材料体积膨胀及SEI膜形成原理,深入探讨了其膨胀机理,分析了其机械不稳定和化学不稳定两种失效机制,论述了其循环不稳定性危害。然后重点从多维度纳米硅结构设计方面综述了硅基负极近年来的改性研究,包括零维(硅纳米颗粒、硅量子点等)、一维(硅纳米线和硅纳米管)、二维(硅纳米片、硅烯)、三维(多孔硅、硅纳米海绵)纳米硅材料的设计、制备和优缺点,以及其他硅基负极材料(纯Si负极、SiOX负极、Si/C复合负极)在结构、性能和应用上的差异;最后强调了创新技术、材料基本机理和原位表征、协同改性的重要性,对硅基负极未来的发展和应用趋势进行了展望。
以Bi(NO3)3•5H2O、NH4VO3、Cr2O3和坡缕石(PGS)为原料,通过水热法制备了一系列Cr3+掺杂BiVO4(Cr-BiVO4)和PGS/Cr-BiVO4复合材料。采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis对样品结构组成、微观形貌、光学性能进行了表征,考察了复合材料的热致变色行为,并推测了其机理。结果表明,Cr3+、PGS的掺杂对BiVO4的单斜晶相无影响,拓宽了其在可见光区的吸收区域,Cr3+掺杂量(以BiVO4质量计,下同)30%的Cr-BiVO4(30% Cr-BiVO4)最大吸收边缘从水热法BiVO4的536 nm移至634 nm,并且吸光度增强。在20~500 ℃,Cr-BiVO4、PGS/Cr-BiVO4均具有可逆热致变色性能,相比BiVO4在室温~300 ℃的亮黄色与红色的可逆变化,30% Cr-BiVO4热致变红色的温度降低了100 ℃,在室温~200 ℃实现了深橙色与红色的可逆变化,20~500 ℃可重复12次以上可逆热致变色行为。PGS质量分数20%的20% PGS/30% Cr-BiVO4复合材料的水性涂层在浅橙黄色与红色可逆变色。复合材料中BiVO4单斜相与四方相间的相变是引起其可逆热致变色的根本原因。
以煤矸石中提取的腐植酸(CG-HA)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、海藻酸钠(SA)和丙烯酸(AA)为原料,过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,制备了煤矸石源保水剂(CG-WRG)。采用FTIR、SEM对CG-WRG进行了表征,通过单因素实验考察了KPS用量、MBA用量、AA中和度、m(AA)∶m(SA)∶m(CMC-Na)∶m(CG-HA)对CG-WRG吸水倍率、保水倍率的影响,探究了不同环境条件(温度、pH、金属阳离子类型及质量浓度)对CG-WRG环境适应性的影响,通过其在盐碱土中的淋溶实验和水肥蒸发实验研究了其保水保肥效果。结果表明,CG-WRG的最佳制备条件为KPS用量0.25 g、MBA用量0.06 g、中和度为65%的AA用量9.00 g、m(AA)∶m(SA)∶m(CMC-Na)∶m(CG-HA)=9∶1∶1∶1,在该条件下制备的CG-WRG吸水倍率可达370.1 g/g,保水倍率为94.1 g/g。CG-WRG在5~60 ℃都具有良好的保水效果,在碱性环境pH=11的吸水倍率(228.6 g/g)高于酸性环境pH=3(154.4 g/g)。CG-WRG用量为2%(以盐碱土质量计)的土壤持水率为55%。埋置在土壤中16和20 d后,CG-WRG的降解率分别为10.3%和15.8%。CG-WRG用量由0.05%增至0.20%时,钾元素5次累积损失量降幅达37.1%~58.8%,氮元素损失量降幅为15.7%~30.4%,且当CG-WRG用量为0.20%时,土壤含水率比空白组同比提升4.67%。当CG-WRG用量为0.05%时,土壤中和
含量达到最大(7.935和1.529 mg)。添加CG-WRG的幼苗发芽率为90%,平均根长为2.7 cm,发芽指数为486%,而不添加CG-WRG的幼苗发芽率为50%,平均根长为1.0 cm。
以Bi(NO3)3•5H2O、KI和自制的金属有机骨架材料ZIF-8为原料,通过乙二醇溶剂热法制备了3D球状可见光催化剂ZIF-8/BiOI复合材料。采用XRD、FTIR、SEM、EDS、BET、UV-Vis对其进行了表征。探究了光照条件下,ZIF-8/BiOI复合材料活化过硫酸氢钾(PMS)氧化去除4-(2-羟基-1-萘偶氮)苯磺酸钠盐(金橙Ⅱ)的性能,考察了ZIF-8添加量(以BiOI的质量计,下同)及反应条件对金橙Ⅱ降解率的影响,并推测了ZIF-8/BiOI复合材料活化PMS氧化去除金橙Ⅱ的机理。结果表明,ZIF-8/BiOI复合材料具有良好的可见光响应性能,以ZIF-8添加量(以BiOI质量计,下同)10%制备的10%ZIF-8/BiOI为催化剂,在其投加量500 mg/L、350 W氙灯模拟光照、PMS浓度 0.5 mmol/L、金橙Ⅱ质量浓度100 mg/L,调节溶液初始pH=7.0、60 min的条件下,金橙Ⅱ降解率高达95.4%,反应过程符合一级动力学模型,、
对反应体系影响较大,
、Cl−、
几乎不影响反应过程。10%ZIF-8/BiOI具有良好的重复利用性,经4次循环后,60 min时的金橙Ⅱ降解率仍可达83.2%。羟基自由基、单线态氧和空穴是降解过程中的主要活性物质,而硫酸根自由基具有辅助作用。降解过程中,BiOI和ZIF-8的空穴与电子相互转移,提升了光生电子-空穴对的分离效率,ZIF-8/BiOI凭借Ⅰ型能带结构异质结与PMS的协同耦合效应,加速了降解体系中自由基的生成。
废轮胎难以自然降解,大量堆积会造成严重的资源浪费和环境污染,其主要由碳元素构成,是合成碳点的理想前体。以废轮胎粉热解炭黑(CBp)为碳源、过硫酸铵(APS)-三乙醇胺(TEA)氧化-还原体系为氧化剂和N掺杂剂,采用无酸一步水热合成法制备了氮掺杂碳点(N-CDs)。采用正交实验确定了N-CDs的最佳合成工艺,利用FTIR、XPS、TEM和稳态荧光光谱仪对N-CDs组成、结构和荧光性能进行了表征。将N-CDs制成防伪用荧光墨水,考察了其性能。结果表明,N-CDs基本呈球形,粒径为3~6 nm。在325 nm波长激发下,N-CDs在410 nm处的荧光发射强度最大,其发射荧光具有激发波长依赖性。N-CDs的光致发光量子产率为5.14%,是以硝酸为氧化剂的化学氧化法合成的碳点(CDs)的12.5倍。N-CDs制成的防伪用荧光墨水在365 nm的紫外灯照射下发射蓝绿色荧光,保存7 d后,其发光仍稳定明显。
以丙烯酰胺、咪唑、1-溴丙烷和次亚磷酸钠为原料,采用季铵化反应和离子交换法制备了磷-胺离子液体1-(3-氨基-3-氧丙基)-3-丙基-咪唑次磷酸盐(IL)。采用FTIR、1HNMR和HRMS确认了其结构。将其作为固化剂用于固化环氧树脂(EP),得到了EP复合材料。通过SEM表征和拉伸强度、冲击强度测试及极限氧指数、水平/垂直燃烧、热分析、锥形量热实验,探究了IL质量分数对EP复合材料性能的影响。结果表明,IL的添加提高了EP复合材料的力学性能,当IL质量分数为6.4%时,制备的EP复合材料(EP-2)的冲击强度比纯EP(EP-0)提高了46.16%。IL的加入拓宽了EP复合材料的分解温度区间,提高了残炭量,大幅降低了最大热释放速率(PHRR)和总释放热(THR),当其质量分数为8.4%时,制备的EP复合材料(EP-3)的PHRR为664.95 kW/m2,比EP-0(921.72 kW/m2)下降了27.86%,而THR从EP-0的119.27 kJ/m2降至86.39 kJ/m2,下降了27.57%,极限氧指数达到了30.6%,水平/垂直燃烧等级达到V-0级。