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国内刊号:CN 22-1128/O6
国际刊号:ISSN 1000-0518
主 管:中国科学院
主 办:中国科学院长春应用化学研究所中国化学会
锂钠合金相较于单一锂或者单一钠具有更优异的性能,以钠金属为正极、锂金属为负极,以LiPF6、NaClO4以及锂钠混合离子电解液作为电解液,组装成纽扣电池,在梯度电流密度下进行充放电,成功实现了锂钠合金的原位电化学制备。得益于锂、钠双电化学活性离子的协同效应,不同钠含量的锂钠合金为负极的锂钠混合离子电容器均呈现良好的电化学性能。尤其是低钠量的锂钠合金负极,添加NaClO4电解液时,活化的柠檬酸钾衍生碳(SCDC-活化)正极在1 A/g电流密度下循环300圈时仍能保持238 mA·h/g的比容量和99%的容量保持率。高钠量的锂钠合金负极,添加锂钠混合离子电解液时,SCDC-活化呈现了319 mA·h/g的比容量,并在循环1040圈时仍能保持93 mA·h/g的高比容量和98%的容量保持率。
钙钛矿太阳能电池作为第3代新概念太阳能电池,具有高光电转换效率、低成本和可柔性加工等优点,近年来发展迅速,其光电转换效率从一开始的3.8%增长到近期的25.5%,逐渐比肩硅电池,已接近商业化应用水平。目前,实现钙钛矿太阳能电池产业应用的关键环节在于电池封装,它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题,还可以实现电池安全、环保和延长使用寿命等要求。结合近十几年来钙钛矿光伏电池封装材料和封装工艺两方面的发展现状,文中介绍了钙钛矿电池封装领域取得的成果和存在的不足,讨论了目前现有封装技术的优缺点,以及它们适用的不同器件类型。着重在不同温度湿度条件下,比较了不同封装材料性能、封装工艺条件对钙钛矿电池效率及稳定性的影响,归纳出影响钙钛矿电池薄膜封装效果的3个关键因素: 聚合物的弹性模量、水蒸气透过率、加工温度。比较了不同聚合物薄膜封装材料适宜的加工温度、优缺点及加工成本。可以看出,随着钙钛矿光伏电池工业化需求的强烈增长和人们对其封装材料研究的不断深入,研究适合大面积生产和光伏建筑一体化的新型功能聚合物封装材料将是必然趋势。
开发高效的阳极材料对实现固体氧化物燃料电池(SOFC)大规模商业化起着至关重要的作用。基于组分工程设计思想,以Pr0.5Ba0.5MnO3-δ 为基质,通过B位过渡金属元素掺杂,在还原条件下合成了PrBaMn1.6X0.4O5+δ (PBMX,X=Co,Ni,Fe)系列层状钙钛矿阳极材料,系统探究了不同过渡金属元素掺杂对PrBaMn2O5+δ (PBMO)的微观结构以及电化学性能的影响,并分析了A位缺陷对PBMX阳极材料的性能提升作用。结果表明,Co、Ni的掺杂效果明显优于Fe的掺杂,PrBaMn1.6Co0.4O5+δ (PBMC)和PrBaMn1.6Ni0.4O5+δ (PBMN)在还原过程中会产生更多的氧空位,材料的电化学性能更优。其中,PBMC作为阳极材料具有最高的催化活性,在H2的还原条件下,800 ℃时,其对称电池的界面极化电阻为0.170 Ω·cm2,并且在以H2作为燃料气的条件下全电池输出874 mW/cm2的最大功率密度。分析结果表明,掺杂过渡金属对电化学活性的提升源于其对H2还原条件下表面粗糙度的增强及氧空位浓度的增加。此外,进一步引入A位缺陷后,可以得到催化活性更高的Pr0.6BaMn1.6X0.4O5+δ (P0.6BMX,X=Co,Ni,Fe)阳极材料,其中,800 ℃的测试温度下,P0.6BMC的界面极化电阻仅为0.090 Ω·cm2,全电池输出的最大功率密度为952 mW/cm2。
随着半导体产业的技术发展与进步,芯片制造在摩尔定律的推动下也在不断向先进工艺节点推进。与此同时,我们迫切需要开发与之相匹配的光刻材料来满足光刻图形化的快速发展需求。本文从光刻材料的成分和性能出发,介绍了光刻图形化技术所用的从紫外光刻胶、深紫外光刻胶、极紫外光胶、共轭聚合物光刻材料到导向自组装光刻材料,分析了光刻材料的发展现状,最后总结全文并对国内光刻材料的未来发展趋势进行展望。
蓝靛果(Lonicera cearulea L.)是一种天然野生的可食用浆果,具有清除自由基、抑制炎症通路相关蛋白的磷酸化、抑制癌细胞增殖等生理活性,其抗氧化、调节血脂、抗肿瘤和防辐射等保健功效可应用于调节肠道菌群结构、抗癌、抗肥胖和保护视力等多个功能食品领域,且蓝靛果抗寒能力强,易于种植,具有极高的市场开发价值。研究总结整理了蓝靛果中活性化学成分(原花青素类、花青素类、花色苷类、黄酮类、有机酸类、多糖类及其它类化合物)的化学信息,归纳整理了不同类型化学成分的提取分离技术(溶剂提取法、酶解法、微波辅助提取法等),以期为蓝靛果深入研发及深加工产品的开发提供依据。
锌空气电池是新一代先进能量转换和存储设备中极具潜力的候选者之一,其阴极氧催化剂的活性高低和寿命长短是制约锌空气电池发展的关键因素,因此亟需开发高效稳定的阴极氧电催化剂以提高锌空气电池的性能。近年来,碳包覆型铁基纳米颗粒催化剂有效抑制了苛刻环境下颗粒的腐蚀、氧化以及团聚失活,展示出优异的氧催化性能,已经被广泛用作锌空气电池阴极材料。本文对碳包覆过渡金属铁基材料在锌空气电池阴极电催化剂中的应用进行了综述。首先,介绍了锌空气电池的基本工作原理,重点讨论了碳包覆过渡金属Fe及合金、碳化物、氧化物和磷化物纳米颗粒等阴极催化剂的研究进展,最后,对碳包覆铁基电催化剂应用于锌空气电池中的发展前景进行了总结和展望。
1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,生物发酵法生产1,3-丙二醇往往会产生副产物2,3-丁二醇,限制了生物基1,3-丙二醇的进一步工业化应用。1,3-丙二醇与2,3-丁二醇亲水性强,导致其在低浓度发酵液中分离困难。基于2,3-丁二醇比1,3-丙二醇具有长的碳链和大的极化率,本文采用含有―Cl基团(憎水且具有大的极化率)的ZIF-71吸附分离水中低浓度的2,3-丁二醇/1,3-丙二醇。结果表明,ZIF-71对双组分2,3-丁二醇/1,3-丙二醇(50 g/L,50 g/L)中2,3-丁二醇的静态竞争吸附容量为123.6 mg/g,对2,3-丁二醇/1,3-丙二醇分离选择性高达7.6,分离效果优于沸石材料Beta。在3次循环吸附-解吸实验中ZIF-71依旧保持着稳定的结构和对2,3-丁二醇的选择性吸附能力。通过分子模拟,揭示了ZIF-71对1,3-丙二醇和2,3-丁二醇的吸附分离机制。ZIF-71与1,3-丙二醇之间主要通过弱的范德华力作用;而ZIF-71与2,3-丁二醇之间则是通过强的范德华力与弱的氢键协同作用,从而对2,3-丁二醇产生选择性吸附。可以看出, ZIFs材料有望成为选择性吸附分离低浓度副产物2,3-丁二醇的吸附剂,推动生物法制1,3-丙二醇的工业化发展。
电解水制氢是一种环保、简便且易于操控的制氢技术。工业化电解水制氢通常在高电流密度下进行,在制氢过程中会产生大量气泡,而气泡在电极表面聚集粘附会覆盖大量活性位点,导致电解水效率降低。因此,调控气体扩散行为对于工业电解水应用来说至关重要。近年来,超浸润材料因为其独特的润湿性能而备受关注。通过控制催化剂表面的化学组成和多尺度微纳米结构可以构建出超浸润界面材料。此类材料具有超亲水/超疏气的界面结构,有助于水相电解液的有效浸润和原位生成气泡的快速释放,从而提升催化剂的水电解性能。系统介绍了2014年至2023年期间报道的部分具有超亲水/超疏气界面结构的电解水催化剂的现状,概述其材料的合成设计策略和水电解催化性能,并对超浸润水电解催化剂的研究现状、面临的挑战和应用前景进行了总结和展望。
以柠檬酸为碳源,通过水热合成制备N、S掺杂的蓝色荧光碳点(NS-CDs),用于实际样品中铜离子检测。采用高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射光谱、红外吸收光谱、X射线光电子能谱、荧光光谱对其结构、组成和光学性质进行表征。结果表明,NS-CDs分散性好,尺寸分布在0.6~2.2 nm之间,具有无定形碳的结构;碳点表面含有羟基、羧基、酰胺等官能团,C、N、O和S元素质量分数别为54.01%、24.49%、19.39%及2.11%;该碳点具有良好的耐盐性、pH稳定性、光稳定性,其荧光量子产率为25%。基于Cu2+离子与碳点表面多个官能团发生相互作用形成聚集的网络结构,导致荧光猝灭的现象,建立了检测Cu2+的荧光分析新方法,本方法对Cu2+离子具有良好的选择性和较高的灵敏度,在0.2~10、10~50和50~100 μmol/L范围均有良好的线性响应,检出限为41 nmol/L(S/N=3)满足《土壤环境质量标准》对土壤中Cu2+检测国家标准的要求(6.25 mmol/L)。测定了实际土壤中Cu2+的含量,检测结果为2.55 μmol/L,加标回收率在104.9%~105.6%之间,实现了Cu2+的快速、灵敏、高选择性检测。
具有多重功能的金属-有机框架MIL-88A(Fe)作为一种新兴的材料在水处理领域具有一定的应用潜力。利用MIL-88A(Fe)独特的理化特性(如多孔结构、不饱和金属位点、优良的可见光吸收能力),将其和其它功能材料(如碳材料、无机半导体材料)异质复合,可以提升MIL-88A(Fe)的吸附及催化性能。详细综述了MIL-88A(Fe)及其复合材料作为吸附剂和催化剂在水处理中的应用,总结它们吸附去除污染物(尤其是重金属离子)的机制、介绍了它们作为光催化技术、类芬顿技术、过二硫酸盐高级氧化技术和催化臭氧技术的催化剂来降解水体中有机污染物的反应机理。指出基于MIL-88A(Fe)的功能材料处理水体污染存在适用pH范围窄和难回收利用等问题。未来研究需优化MIL-88A(Fe)的制备条件来提高产率和保证MIL-88A(Fe)的规整形貌、小尺寸和高结晶度,通过表面包裹技术改善MIL-88A(Fe)的稳定性以及赋予MIL-88A(Fe)磁性来提升回收利用性能。另外,需要根据目标有机污染物的结构和水质条件,合理调控基于MIL-88A(Fe)的高级氧化过程中自由基途径和非自由基途径对目标物的降解贡献,以期达到最佳去污效果。
采用硅酸四乙酯、钼酸铵和蔗糖分别作为硅源、钼源和碳源,通过溶胶?凝胶法制备了碳包覆二氧化硅(SiO2)和碳化钼(Mo2C)颗粒的SiO2/Mo2C/C复合物,并借助X射线衍射仪、透射电子显微镜等仪器对复合物的物相组成、形貌结构等进行了表征测试,同时研究了复合物作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,当硅酸四乙酯、钼酸铵和蔗糖的质量比为3∶1∶2(记为SiO2/Mo2C/C 2)用作锂离子电池的负极材料时具有较好的电化学性能。在电流密度为100 mA/g,首次充电和放电比容量分别为662和896 mA·h/g,经过200次循环后,可逆容量仍可达625 mA·h/g。即使在2 A/g的大电流密度下,可逆容量仍可达272 mA·h/g。该复合材料表现出良好的倍率性能和循环稳定性,这主要归因于Mo2C具有良好的稳定性和较高的导电性,提高了SiO2的导电性,同时碳包覆层可以保护核心材料直接与电解液反应生成副产物,还可以作为缓冲层减缓SiO2的体积膨胀,因此在进行充放电的过程中,材料的电化学性能得到显著的提升。在此提出利用过渡金属碳化物改善SiO2导电性和循环性能的新思想,可以为其它负极材料的改性提供新的研究思路并扩宽研究方向。
铅作为一种重金属,广泛应用于工业生产,对环境和人体健康具有显著影响。因此,开发铅离子检测技术是一项具有重要意义的研究内容。荧光法与传统重金属离子检测方法相比,具有灵敏度高、选择性好等优点,故荧光法常用于水体等实际样品中重金属离子的定性或定量分析。本文围绕近几年报道的基于荧光法检测铅离子的研究现状进行介绍,包括荧光染料、荧光纳米材料、荧光生物材料包括荧光蛋白等3种检测材料,并在此基础上提出荧光法检测铅离子领域面临的主要挑战,对未来的研究趋势进行了展望。
铷是一种稀贵的碱金属,具有很高的经济价值和广阔应用前景,从卤水中有效提取铷具有重要意义。通过热引发聚合法合成水凝胶基质(聚丙烯酰胺/羧甲基纤维素/氧化石墨烯水凝胶,PCG)固定亚铁氰化铜(KCuFC),制备了一种新型的铷(Rb+)吸附剂(KCuFC-PCG)。采用物理化学方法对KCuFC-PCG的结构和性质进行了表征。通过批量吸附实验,研究了pH值、吸附时间、Rb+初始质量浓度、温度和竞争离子对吸附的影响。结果表明,KCuFC-PCG吸附剂在pH值(5~9)范围内表现出良好的吸附能力,pH=8时表现最佳;在Rb+质量浓度为5 mg/L,pH=8,吸附6 h达到吸附平衡,KCuFC-PCG的对Rb+的吸附量为89.12 mg/g;动力学行为可用准二级动力学模型来描述,表明化学吸附为速率控制步骤;吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,为单分子层吸附,最大吸附量为258.4 mg/g。以0.2 mol/L NH4Cl作为解吸剂,解吸3 h,解吸率为77%。
金属-有机框架(MOFs)作为一种无机-有机杂化材料,由于其结构的多样性和独特的功能而在众多领域有着潜在的应用价值。尤其是液相外延层层组装的MOFs薄膜(称为表面配位MOFs薄膜,SURMOFs)因其具有可控的厚度、优选的生长取向以及均匀的表面等优点备受关注。本文总结了液相外延(LPE)层层组装MOFs薄膜的技术方法,如层层浸渍法、层层泵式法、层层喷雾法、层层旋涂法等组装方法,并介绍了经典的SURMOF HKUST-1的层层组装策略以及其在光致发光、光致变色、光催化以及电催化方面的相关应用。HKUST-1是经典的SURMOF材料之一,在光电领域具有广泛的应用,SURMOF HKUST-1具有以下独特的性能:可以作为发光载体实现良好的光学性能;具有独特的Cu催化活性位点的优势,有效地降解水中的污染物;因其具有介电特性而在电子器件方面有着潜在的应用。虽然HKUST-1在许多方面均具有独特的性能,但也面临着一些挑战:需要将薄膜的合成步骤简单化;薄膜结构和电催化行为间的机理也需要进一步的研究;降低HKUST-1的内阻的方法也需要进行改进。SURMOFs在大规模工业应用和扩展到其它未探索的领域还任重道远。
光催化技术可以直接将太阳能转化为化学能,制造化学燃料或环境友好的产品。然而,常用的光催化剂大多为具有宽能隙的半导体材料,所需光源大多在紫外区,对太阳光的利用率不高;并且电子-空穴复合率高,导致光催化反应效率低。币金属纳米团簇具有超小尺寸(<2 nm)和分立能级,能够实现电子和空穴的分离,电子结构可调,可以通过调节其电子结构进而提高其光催化性能。同时,精确的原子级组成和结构使其成为一种在原子水平上探索光催化机制的理想模型。本文报道了基于币金属纳米团簇的光催化反应的现状,包括水分解产氢、有机污染物降解和光催化氧化胺等。通过探讨调节币金属纳米团簇的光催化性能的策略,对币金属纳米团簇光催化剂的发展前景予以展望。
大米淀粉颗粒粒径较小且均匀,在水中有较好的分散性,具有良好的成膜性并且可以在自然中降解,在食品包装、医用敷料及化妆品行业中有着广泛的应用。以大米淀粉为原料,NaOH为糊化剂,甘油为增塑剂,柠檬酸为交联剂和pH调节剂,采用流延法制备了淀粉膜。通过对淀粉颗粒的形貌观察及糊化温度、淀粉溶液的表观粘度及pH值测定、淀粉膜的力学性能、透光率及承载甘草酸二钾释放性能等的测定,研究了大米淀粉的糊化条件,柠檬酸、淀粉和甘油质量分数对淀粉膜性质的影响以及承载物质的释放情况。结果表明,大米淀粉呈光滑的多边形颗粒,直径为5~8 μm,在偏光显微镜下呈现马耳他十字结构,糊化温度范围为82.5~100.8 ℃。柠檬酸在淀粉成膜过程中会与淀粉分子相互作用,同时能够调节溶液的pH值以适应人体皮肤。淀粉质量分数越高,淀粉膜断裂伸长率越低,拉伸强度越高;甘油质量分数越高,淀粉膜断裂伸长率越高,拉伸强度越低。在甘油质量分数为3.0%时淀粉膜透光率最佳,结晶度最低。制备的淀粉膜能够承载且能高效释放抗炎物质甘草酸二钾,在护肤领域具有广泛的应用前景。
石墨烯量子点(GQDs)是一种新型碳基准零维材料,不但具有石墨烯的独特平面结构,同时具备碳点的量子限制效应和边界效应。GQDs具有独特的光学性质、低毒性、高荧光稳定性和高生物相容性,被广泛应用于检测、传感、催化、细胞成像、药物递送和污染治理等领域。GQDs的合成分为自上而下法和自下而上法,前者将大尺寸的石墨烯、石墨、碳材料切割成纳米级的量子点,后者使用不同的前驱体,通过水热法、热裂解法等方法合成石墨烯量子点。柠檬酸(CA)是一种重要的有机酸,室温下是白色结晶状粉末,是自下而上法合成GQDs的一种常用前驱体,近年来有许多关于以CA为前驱体合成不同GQDs的研究,以CA为前驱体合成的GQDs(CA-GQDs)在生物医药、荧光检测、成像等领域均有应用,具有较好的应用前景。对近年来基于CA的合成方法和具体应用进行了总结和回顾,旨在将现有CA-GQDs的相关成果尽可能汇总和展现,以对相关领域研究工作者提供一定参考,并对未来CA-GQDs较有前景的研究方向进行了展望。
在减少碳排放实现碳中和的新能源发展背景下,以锂离子电池为代表的动力电池被赋予更高期望,探索开发满足高容量、高倍率和高稳定性的新材料已然成为发展关键。石墨负极和硅碳负极目前发展较为成熟,并保持着各自优势。黑磷作为新型储能材料,依靠自身二维层状结构和较高的锂化电位,展现出在实现超快充电方面的突出优势,但也存在体积膨胀等问题。针对黑磷负极存在的问题,研究者们从各维度进行优化研究,包括结构优化、表界面优化以及预锂化策略。本文首先从各角度综合论证了黑磷可以作为超快充电锂离子电池负极的可能性,进而综述了针对黑磷负极的优化进展,并提出自己的观点和建议,指出黑磷负极面临的挑战和发展方向,展望了黑磷负极的发展前景。
类沸石咪唑酯骨架材料-8(ZIF-8)是一种具有较大比表面积和较强稳定性的多孔材料,被广泛应用在气体存储分离、催化等领域。 该工作报道了不同实验条件如Zn2+/2-甲基咪唑的物质的量比、表面活性剂用量和不同的反应溶剂对ZIF-8形貌和尺寸的影响,其中Zn2+/2-甲基咪唑配比是影响形貌及尺寸的关键因素。通过扫描电子显微镜(SEM)、BET、和X射线衍射(XRD)对合成制备的ZIF-8纳米粒子进行表征,发现调变投料比可将样品粒径从1500 nm逐渐减小至850~250 nm,形貌由截角立方体转变为截角十二面体,最终变为十二面体。其中粒径为250 nm的ZIF-8纳米粒子比表面积为1730 m2/g,孔径和孔容分别为1.5 nm和0.6 cm3/g,由此可知该粒径ZIF-8具备非常优异的载体特性,故进一步采用浸渍法,以硼氨为还原剂,在该尺寸ZIF-8纳米粒子上原位负载贵金属/金属纳米粒子,并对其进行组分优化。所设计合成的催化剂ZIF-8/Pt0.002@Ni0.2在催化氨硼烷制氢实验中表现出卓越的性能,60 s即可催化氨硼烷完全放氢。
泊沙康唑作为第2代三唑类抗真菌药物,抗真菌谱广,抗菌活性强,在临床应用非常广泛,然而该药问世8年之久才在我国批准上市。为了能够更好地了解泊沙康唑这一临床需求量非常大的一线用药,本文总结了国内外文献中泊沙康唑的药动学特征、药理特性与临床应用以及合成工艺路线。希望能填补国内该药原料药市场空白、打破原料药完全依赖进口的现状,为其产业化研发提供有益的借鉴。
化学蚀刻玻璃球,表面产生纳米孔缝,再通过溶剂热法在孔缝内制备了非晶态有机钛聚合物。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、有机元素分析(OEA)、紫外光电子能谱(UPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征了材料的结构及光电性能。结果表明,负载的非晶态有机钛聚合物对可见光有明显的吸收,且荧光强度较NH2-MIL-125(Ti)大幅度降低,光生电子-空穴对更加稳定。玻璃球负载的非晶态有机钛聚合物为催化剂,300 W氙灯为光源催化还原CO2,反应4 h后,甲醇的产量达941.6 μmol,相应的转换频率(TOF)值为46.4 h-1。使用具有相同有机配体及金属离子的NH2-MIL-125(Ti)及P25为对比催化剂,在相同的光催化条件下,其相应的TOF分别为0.28和0.019 h-1。催化剂热处理实验表明玻璃球载体对有机钛聚合物的化学稳定性有明显的保护作用,经过300 ℃处理,负载的有机钛聚合物光催化性能仍然稳定,而NH2-MIL-125(Ti)的光催化活性衰减了54%,这是由于其化学结构及晶体结构被破坏。
马齿苋属药食同源中药材,有着极高的药用价值和食用价值。近年来,马齿苋在日用化工领域,尤其是在化妆品领域应用甚广。许多化妆品公司开发的面膜、精华、护肤水和洁面乳等美容产品均添加了其活性成分,但相关的化妆品主要添加了马齿苋醇提物,而添加其水提物成分如多糖、多酚的美容产品较少。新剂型的出现丰富了马齿苋在化妆品经皮递送系统方面的研究,未来可以开发如脂质体、传递体和β-环糊精等新型载体。此文简要地对马齿苋的活性成分、在化妆品中的功效例如美白、抗氧化和抗光老化等以及其在化妆品领域的应用情况进行总结,并对马齿苋在化妆品原料的开发应用上提出建议并进行展望。
将聚乙烯(PE)和氧化铝(AO)熔融共混制得综合性能更好的PE/AO复合材料。通过对其进行流变分析、热力学性能分析、力学性能分析、导热性能分析和断面微观结构分析,探究AO质量分数对复合材料结构及性能的影响。结果表明,随着AO质量分数的增加,复合材料逐步转为脆性材料,其弹性模量、屈服强度、导热系数、储能模量同步增加;当AO质量分数为10%时,复合材料的断裂强度为18.2 MPa,综合性能最好。
基于聚砜中空纤维超滤膜分离技术精制枸杞多糖(Lycium barbarum polysaccharide),通过COMSOL软件对枸杞多糖膜阻塞逆流提取及超声设备参数进行修正,获得更优的纯化工艺。采用微波-超声法提取枸杞多糖,并利用聚砜中空纤维超滤膜对枸杞多糖进行分离,采用单因素分析及正交实验考察枸杞多糖提取和分离过程中的重要参数,通过COMSOL软件对重要膜阻塞参数进行修正。结果表明,枸杞多糖提取较优工艺条件为:提取温度50~70 ℃之间,超声功率50 W,固液比例1∶8~1∶12(mg∶mL),提取时间40~60 min;当超滤膜截留相对分子质量为1×104时,膜通量较好;正交实验结果表明,膜通量与料液温度关系最大,其次是膜pH值和分离操作压;COMSOL软件对枸杞多糖连续逆流提取设备进行仿真计算,结果发现与全封闭叶片相比,开孔叶片能够显著降低溶剂短路现象,使得最低流速提升高达65倍。基于COMSOL软件数据修订,枸杞多糖分离效率得到大幅度提升,为枸杞多糖工业化生产提供必要的数据积累。
近年来,使用分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟和汉森溶解度参数等计算方法,研究小分子凝胶行为备受关注。分子动力学模拟是一种基于经典力学的计算方法,用于理解小分子凝胶过程的首选技术之一,通过分子动力学模拟可以更精准地分析小分子凝胶的凝胶化趋势或组装行为,动态图形化地展现凝胶组装过程,有效揭示小分子凝胶因子结构与凝胶行为之间的关系,定量分析凝胶组装中的氢键、π-π堆积、范德华作用、离子键作用和疏溶剂作用等非共价键作用。通过对已知的凝胶/非凝胶分子进行分子动力学模拟,提取模拟数据中与凝胶行为相关的参数,并通过拟合Pearson相关系数衡量线性相关关系,最终实现预测某一类小分子是否可以凝胶化的目的。另一方面,根据汉森溶解度参数(Hansen Solubility Parameters, HSPs)发展形成的经验模型最具有代表性,该模型由分子之间的色散作用能量(δd)、极性作用能量(δp)和氢键能量(δh)确定三维空间(即汉森空间)的坐标点,根据该坐标点所在的范围可以确定有机小分子在特定的溶剂是否能形成凝胶。本文就近几年有机小分子凝胶领域分子动力学模拟和汉森溶解度参数中的一些工作进行综述,对凝胶的组装行为、非共价键作用对凝胶能力的调控和预测等方面作出评论。
沸石分子筛是许多工业过程中不可缺少的催化剂。其中,Beta沸石因其具有三维大微孔结构而成为生产广泛并且具有重要工业意义的沸石材料之一。与传统微孔Beta沸石相比,多级孔Beta沸石具有更小的空间位阻,更高的传质效率等诸多优点,从而能减少其在作为催化剂时积碳的形成,从而延长催化剂的使用寿命,提高催化剂利用效率。本文以Beta沸石为代表,从“自下而上”(直接合成)和“自上而下”(后期修饰)两种策略详细地介绍了多级孔沸石合成的研究进展,对硬模板剂法、软模板剂法、无介孔模板剂法、脱铝法和脱硅法进行了全面的介绍,并简要介绍了多级孔Beta沸石的特点,最后总结了各种合成方法的优点及存在的问题并对其未来发展前景进行了展望。
硫酸铵母液中Cl-不断循环富集导致设备腐蚀严重,同时影响硫酸铵结晶及品质。本文运用硫酸钙铝法和脱硫灰铝法分别对硫酸铵母液进行除氯研究,采用筛分法对晶体粒径进行分析、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)对晶体尺寸、形貌进行表征,X射线衍射仪(X-ray Diffractometer,XRD)分析晶体物相。研究表明:除氯剂最佳投加量为3.0 g硫酸钙和0.8 g偏铝酸钠,3.0 g脱硫灰和0.8 g偏铝酸钠,对应除氯率分别为31.70%和36.38%。在转速200 r/min,反应温度为75 ℃,两种除氯剂加入会使ρ(Cl-)快速下降,此为Cl-与Ca2+和AlO2-反应形成了不溶钙铝氯化合物;除氯剂加入过量会使NaAlO2发生双水解,解离出OH-,抑制Cl-与Ca2+、AlO2-反应,导致Cl-去除率下降。硫酸钙铝法所产生的钙铝氯化合物会附着在晶粒活性表面进而增大硫酸铵结晶介稳区宽度,抑制晶体正常生长,导致结晶量减少;脱硫灰铝法中杂质金属可将OH-消耗和减小硫酸铵结晶介稳区宽度,所含大量SO42-会使硫酸铵结晶量增加,但晶体纯度降低。相关研究结果可为减少氨法脱硫设备腐蚀及优化硫酸铵结晶提供参考。
重金属难以生物降解,对环境和人类生命健康造成了严重威胁,因此,重金属的检测和重金属污染的治理十分必要。近年来,电化学分析方法对重金属离子的检测具有灵敏度高,分析速度快,可同时对多种金属离子进行检测等优点,成为了重金属检测领域的研究热点。本文综述了常见电化学检测方法的检测原理和发展现状,通过引入线性范围、检出限和回收率等参数,分别对电位分析法、电位溶出法和伏安法的检测效果进行阐述,讨论了各种方法的优缺点,并指出以后的研究方向,以期为电化学传感器的应用提供基础。
氢能作为一种重要的清洁可再生能源受到越来越多的关注。本文首先从能源资源、CO2减排、大规模能源储存3个方面简略地说明了氢能的发展机遇。 随后更多的是对氢能发展面临的一些挑战进行了介绍,这些也是氢能发展的瓶颈,这些问题不解决,氢能难以产业化应用。所以本文围绕着制氢、储运、基础设施、关键设备、安全等一些领域,对国内外的研究状况以及最新动态进行了介绍,并对一些具体问题和技术做了进一步的说明,给出了一些方向和技术指标。另外,对氢能应用,也提出了一些多样化的建议,可供产业化开发参考。
有机过氧化物的制备通常是采用硫酸、硝酸、磷酸和高氯酸等作催化剂,由于强酸的使用对设备有腐蚀,催化剂不能重复使用,后处理废水量大,处理成本高。采用非均相催化剂制备有机过氧化物越来越受到重视,非均相催化剂具有活性高、稳定性好、可重复使用、后处理简单、设备腐蚀及环境污染小等优点。本文在简要介绍均相制备有机过氧化物的基础上,对制备有机过氧化物的非均相催化剂,包括离子交换树脂、分子筛、相转移催化剂、金属氧化物、高分子载体催化剂和碳基载体催化剂等做了归纳和总结,同时对反应器及制备工艺做了讨论,并阐述了非均相催化合成有机过氧化物的发展方向。研究对于了解非均相催化制备有机化物的进展,开发性能优良的非均相催化剂和优化有机过氧化物的生产工艺具有较强的参考价值和指导意义。
表面活性剂在铜阻挡层抛光液中可用于改善表面缺陷及降低边缘过度侵蚀。本文研究了聚醚胺表面活性剂用于铜阻挡层抛光液中,对阻挡层材料Cu/Ta/TiN/SiO2/低k(low-k)材料去除速率、表面缺陷、润湿性能、分散性能和图形化晶圆表面缺陷的影响。结果表明,随聚醚胺质量分数从0%提高到0.05%low-k材料去除速率降低68%~85%,表面缺陷明显改善,low-k材料表面残留颗粒数量降低约80%,图形化晶圆边缘过度侵蚀(EOE)缺陷减少约70%,能够很好地保护low-k材料表面。
二氧化碳浓度持续升高导致的温室效应已在全球范围内引发极端天气、冰川融化等一系列生态环境问题。为降低二氧化碳含量,改善气候变暖带来的恶劣影响,研发高效、绿色、安全的二氧化碳处理技术,促进碳资源循环可持续发展刻不容缓。熔盐离子液体作为一种良好的电化学转化介质,为二氧化碳还原提供了一条极具应用前景的技术路线。综述了国内外近几年高温熔盐中二氧化碳的捕获与电化学还原的研究,简述了熔盐电沉积碳的电化学机理和热力学机制,对不同形貌高附加值碳材料:无定形碳、碳球和碳纳米管的制备进行了总结,最后对未来发展方向做出展望。
在外加电压的作用下,电致变色材料的光学性能(颜色、透光率等)能够可控制、可逆地变化,在节能减排领域有重要应用前景。随着相关研究的不断创新、深入和拓展,单一组分的电致变色材料因受到其自身结构和性能的限制,不能表现出人们所期望的电致变色性能,并且在结构和性能上不具有可设计和调控性,因而越来越无法满足实际应用的需求。与非复合电致变色材料相比较,复合型材料在这方面具有明显的优势,其优势体现在通过合理的材料设计,借助复合材料各组分的协调作用,充分激发各组分的优点,克服各自的缺点,可以获得结构和性能优异的电致变色材料。因此,近年来越来越多的研究聚焦于复合型电致变色材料。目前已开展研究的复合型电致变色材料的种类很多,根据复合组分是无机材料还是有机材料来对复合型电致变色材料分类的话主要可分为无机-无机复合、无机-有机复合和有机-有机复合3大类。相比有机电致变色材料,无机电致变色材料在材料成分控制、机械性能、光调制、使用稳定性、寿命等方面优势显著,因此,单一组分的和复合型的无机电致变色材料始终是本领域研究的重要方向。因此,本文致力于近年来无机-无机复合电致变色材料、器件和电解质的研究现状和未来的发展动态,对其研究进展、所存在的问题和发展趋势进行了归纳总结,为复合型电致变色材料的进一步研发和应用提供依据。
燃料电池的成本、性能和耐久性是决定其商业化的核心问题。燃料电池性能下降的主要原因是在其运行过程中催化剂的老化或瞬态时的电化学活性面积的损失,这些损失主要来自催化剂中金属的溶解和碳载体的腐蚀,这种连续不可逆的过程会大大缩短燃料电池的使用寿命。为探究此问题,基于硫酸刻蚀的碳载体制备了20%(质量分数)的Pt/C催化剂,形貌表征测试可知其分散均匀、粒径尺寸均一,被认为是进行长时间氧还原反应(ORR)稳定性测试的优异材料。接下来通过不同循环伏安(CV)圈数的ORR稳定性测试方法来观察其性能衰减情况,并利用一系列的物理表征:透射电子显微镜(TEM)、高分辨电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱仪(Raman)进一步直观解析其衰减机理。报道了Pt/C催化剂稳定性衰减的原因主要来自于Pt粒子的溶解、团聚、氧化和迁移以及碳载体的腐蚀的现象。本研究解析了燃料电池在运行过程中稳定性受影响的来源,为设计高稳定性的商业ORR催化剂提供了参考。
水下黏合剂在生物医学和工程应用领域的需求越来越大。然而,目前报道的大多数水下黏合剂的制备方法中通常需要复杂的化学偶联或修饰,以及昂贵的构筑基元。本文利用低成本的葡萄籽提取物原花青素(PA)和商业化的聚乙二醇寡聚物(PEG)为构筑基元,发展了一种简单且经济的水下黏合剂的构筑策略,实现了在氢键作用下诱导仿生黏合剂生成。此黏合剂既可以在水上又可以在水下黏附不同材质的基底,且可重复使用。此外,易于制备的PA/PEG黏合剂也具有良好的抗菌活性和生物相容性。由于PA/PEG黏合剂具有制备简单、广谱黏附性、可循环使用和抗菌性等优点,将在医疗器械和制药应用中得到广泛应用。
钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料具有价格低廉、比容量相对高的特点,是未来大型储能电站等能源转型设施的重要候选者,与锂离子电池在市场中的应用场景互为补充,为能源转型提供了有力支持,钠离子电池以Na+特有的理化性质而具有极大的开发潜力。然而,层状过渡金属氧化物正极材料在充放电过程伴随着钠离子的嵌入、脱出会产生一系列不利于其电化学性能的变化,如过渡金属溶解、结构相转变、相对较低的能量密度和较差的空气稳定性与循环稳定性,因此对正极材料的结构与性能进行优化变得尤为重要。近10年来许多研究学者针对层状正极材料的失效机制进行了结构上的优化,得到了性能相对良好的正极材料,报道了当前层状过渡金属氧化物正极材料的电化学性能失效机制、改性手段的现状,对钠离子层状氧化物正极材料面临的挑战进行了总结,并对未来发展需要解决的关键问题做出了展望。
金属有机框架(MOFs)材料作为一种新兴的多功能材料,因其高的比表面积、可调的孔隙结构、优异的热稳定性和化学稳定性等优势,在催化活化高级氧化水处理领域引起越来越多关注。本综述聚焦于近5年MOFs基催化剂活化过硫酸盐在水处理领域的研究进展。汇总了过硫酸盐活化领域中的各类MOFs基催化剂;介绍了过硫酸盐活化中MOFs基催化剂的常用合成方法; 归纳了MOFs基催化剂在活化过硫酸盐过程中的氧化机制; 总结了MOFs基催化剂的常见改性方法; 最后,对MOFs基催化剂活化过硫酸盐未来研究方向提出了几点建议。有助于加深对MOFs基催化剂活化过硫酸盐降解有机污染物的认识,为开发基于过硫酸盐活化的MOFs基新型非均相催化剂提供理论参考。
为提高农药利用率,减少农药流失,降低农药对环境的危害,研究一种以凹凸棒土(Attapulgite, ATP)为载体、毒死蜱(Chlorpyrifos, CPF)为目标农药分子制备能够减少农药流失的纳米控失毒死蜱(Nano Loss Control Chlorpyrifos, NLCC),并通过滤纸和甘蔗叶片研究ATP对CPF的控失效果,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段研究了纳米控失毒死蜱的附着机理。最后,通过大田试验探究其实际防治效果。结果表明,凹凸棒土能够通过氢键作用吸附毒死蜱,且凹凸棒土对毒死蜱的附着量在模拟降水前后分别提高5.4和5.6 μg; 凹凸棒土对毒死蜱的最大负载量为500 mg/g; 玉米螟死亡率在模拟降水前后分别提高了20%;在大田实验中施用NLCC的甘蔗虫株率降低了21%,虫节率降低了4.3%,虫眼数减少了2个/株,株高增加了23.1 cm,也表明纳米控失毒死蜱能够有效降低虫害并在一定程度上促进甘蔗生长。这种能够减少农药流失、提高农药利用率、降低环境污染的简单且具有广泛应用前景的方法,对病虫害防治和绿色农业发展有较好的实用价值。
铀是一种高效、清洁的核能燃料,但在核工业中不可避免地会产生含铀废水。如果不及时处理,泄漏到环境中,将对动植物和人类的健康构成威胁。因此,从能源回收和环境保护的角度来说,研究水溶液中U(Ⅵ)的分离工艺迫在眉睫。吸附技术因其可行性、效率高和操作简单等优点备受关注。功能化介孔二氧化硅材料具有比表面积大、孔容量大和吸附能力强等优点,是一种理想的吸附剂,在铀的吸附分离领域有着广泛的应用。本文在功能化介孔二氧化硅制备方法的基础上,结合X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、X射线吸收精细结构谱、X射线能谱分析和拉曼光谱等分析方法,对国内外目前水溶液中U(Ⅵ)吸附的表征及吸附机理进行了综述。虽然功能化介孔硅吸附铀已经取得了令人鼓舞和潜在的发展,但新型多功能吸附剂的设计和批量生产在实际环境的应用方面仍具有挑战性。
皮肤作为人体最外层的器官,容易遭受损伤,构建能够为皮肤提供保护作用的屏障材料具有非常重要的意义。基于皮肤屏障材料性能要求,将亲水改性的聚硅氧烷(PSI)和聚乙烯醇(PVA)相结合,通过原位Ca2+离子交联构建了一种复合多功能的皮肤屏障材料PSI-PVA。研究表明,该材料具有较好的干态和湿态力学性能,以及较好的皮肤相容性、可清洗性、亲水性、透气性、可修饰性和生物相容性。当PVA质量分数为20%时,溶胀率可达149%;随着PVA用量的增加,材料的清洗容易程度提高;紫外吸收剂羟基苯甲酮修饰后,材料的紫外光(200~400 nm)透过率在20%以下,在材料的保护下,小鼠胚胎成纤维细胞(NIH 3T3)在UVB(311 nm)照射后具有较高的存活率(71%)。因此,PSI-PVA可以满足皮肤屏障材料多项性能需求,在皮肤保护和受损修复等领域具有较好的应用前景。