稀土晶体材料研发现状与未来展望

介绍了稀土晶体的科学内涵,包括稀土晶体的概念、学科特色和分类。阐述了稀土晶体材料的研发现状,包括稀土磁学材料、光学材料、电学材料、催化材料、能源材料、合金材料以及稀土原料。指出中国已建成从稀土矿产勘探开采、选矿、萃取、分离、冶炼等稀土原材料生产技术到下游稀土结构与功能材料研发和工业生产体系,形成了全球门类最齐全、规模第一的稀土新材料产业体系,但是仍未系统掌握稀土高技术材料和器件领域的核心技术。针对创新引领能力不足、稀土资源高端利用能力不强等系列问题,中国还需要在基础科学研究、应用基础研究、产业发展、资源回收等方面进一步加强战略规划。     

Hydrothermal synthesis of 3D porous architectures

A novel porous lanthanide-organic coordination polymer, [Nd(H2O)(HnicO)(TP)]·2H2O (1) (H2nicO=2-hydroxynieotinic acid, TP= terephthalate), was prepared under hydrothermai condition and characterized by single-crystal X-ray diffraction, thermogravimetrie analysis and infrared spectroscopy. Compound 1 exhibited a flexible coordination geometry of lanthanide ions, which possessed a three-dimensional (3D) open framework with one-dimensional (1D) channels containing lattice water molecules. This framework structure exhibited a high stability up to 330 ℃ after removing free water molecules. A homometallic supramolecular framework (Zn(HnicO)2(H2O)2 (2)) was obtained due to the competitive reaction between organic ligands, Nd3+ and Zn2+ ions. The results showed that on the basis of the soft-hard/acid-base principle the coordination selection between metal ions and organic ligands played an essential role in the smart construc-tion of lanthanide architectures.     

利用可见光催化分解水制氢的研究进展

简述了利用可见光催化分解水制氢的基本原理及该领域的最新研究进展.由能带模型概述了设计可见光响应催化剂的3种方案,重点介绍了元素掺杂类型光催化剂、氮氧/硫氧化物光催化剂、固溶体催化剂等可见光催化分解水体系.阐述了该课题的重要意义及面临的巨大挑战,提出了未来该领域需要加强研究的若干问题.     

颗粒表面微结构形态的化学控制对策

为了探索新型功能材料的先进制备技术,针对具有优异光、电性能的功能材料如ZnO、ZnS、LiNbO3、铜盐、镁盐等,采用溶液反应从热力学和动力学两个重要因素出发,合理调控其颗粒的微观生长机制,以便在形貌、尺度以及性能等方面对这些材料实施设计与优化。通过调控溶液的pH值、反应物浓度、反应时间、反应温度等参数获得了核壳结构、空心结构等多形貌的功能材料,赋予了这些材料新的功能与特性。同时从实际应用的角度总结了颗粒表面微结构形态控制的化学研究手段,以期引导同一领域的研究开发工作。     

工业级五氧化二铌粉体物相转变技术

针对不同工艺条件下制备的五氧化二铌粉体产品,详细分析了其不同的相结构及微观形貌,指出了制备技术中存在的纯相问题。针对性地提出了解决五氧化二铌粉体产品纯相问题的方法,即物相转变技术的化学转变法:①将非纯相五氧化二铌粉体与双氧水在耐压容器中混合蒸煮;②将非纯相五氧化二铌与尿素混合研磨。结果表明,第一种方法较简便,但是对反应器要求高;第二种方法较廉价,但是工序较多。可以根据实际情况选择使用。     

定向转化策略创制氮氧化物光催化剂

太阳能高效转化与利用是解决能源和环境两大问题的理想途径,而提高窄禁带半导体的光催化活性是有效利用太阳能资源的重要策略。其中,氮氧化物在可见光区有较强的吸收,被认为是一种潜在的可见光区光催化材料。当前,氮氧化物主要通过热氮化获得,即氨气在1 173~1 373 K条件下持续通过氧化物10 h以上。由此制备的氮氧化物往往只暴露低活性晶面,且生成的大量还原态缺陷可作为光生电荷的复合中心,严重制约了其在光催化领域的广泛应用。为此,总结了一种定向转化策略创制高质量氮氧化物光催化材料。该策略通过选取含挥发组分的氧化物前驱体实现对氮氧化物缺陷和晶面的有效调控,为其在太阳能光催化领域中的广泛应用奠定基础。同时,此定向转化策略可拓展到其他材料体系,为开发高效光催化剂提供新思路。     

化学键模型与理论及其在材料研究中的应用

从化学键模型的发展历史及其实际应用的角度出发,系统地总结了化学键理论在功能无机材料结构与性能关系研究中的最新应用,同时指出其为研究无机化学、材料化学、固体物理等相关学科提供了很好的研究手段.详细总结了化学键模型与理论在晶体生长、晶体缺陷,晶体铁电物性、晶体结构分析和氢键等方面的研究进展.     

硼酸盐晶体的结构特征与新材料设计

从硼酸盐晶体的结构出发,综述了硼酸盐的不同分类方法,并在此基础上详细介绍了复杂晶体化学键理论及其在硼酸盐晶体非线性光学性质上的应用.此外,介绍了键合模型及其对硼酸盐晶体结构的预测,提出了从硼酸盐的结构预测到结构分类再到非线性光学效应计算的一体化的硼酸盐晶体材料设计的新思路.     

粉体工业的技术发展与结晶过程的理论完善

以粉体材料为研究对象，概括了粉体工业的发展现状，分析了传统物理粉碎技术的优势与不足，详细介绍了以结晶过程为核心的遣粒技术（化学法），将结晶生长的化学键合理论应用到结晶过程的分析中，从热力学，动力学两种角度控制粉体材料的结晶过程，有效地指导粉体材料多形貌的转化与新材料的设计。在粉体合成技术优化与理论创新的相互促进中，实现粉体工业的技术发展与结晶过程的理论完善。     

取向性羟基磷灰石纳米片的合成与分析

采用机械球磨法,以乙醇做球磨介质,成功合成具有结晶取向性的羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)纳米片。采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜和透射电镜等表征方法对HA纳米片的结构进行了分析。结果表明:HA纳米片晶体为单晶结构,其宽度在200～400nm,厚度为50nm。球磨过程中,乙醇分子通过氢键作用,较易在HA晶体的(001)面上发生吸附并延缓该方向的生长,使(001)面成为显露面,最终得到沿(001)面定向排列的片状HA纳米晶。