新型碳材料质子交换膜燃料电池Pt催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、噪音低和零污染等特点, 有望减少二氧化碳排放量, 缓解能源危机, 在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂是PEMFC的关键材料, Pt催化氧还原反应活性和稳定性好, 是广泛使用且很难被取代的电催化剂。然而Pt储量低、价格昂贵, 导致PEMFC成本较高, 使用Pt载体可减少PEMFC的Pt负载量, 提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性, 是广泛应用的Pt载体。商用的炭黑载体对Pt的利用效率低, 抗电化学腐蚀性较差。为了进一步提高PEMFC的性能和持续性, 需要研发能够均匀负载Pt、高效利用Pt、抗电化学腐蚀性强且导电性好的碳载体, 进而实现PEMFC的大规模应用。炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯等新型碳载体具有独特的结构和性质, 可以提高PEMFC性能和寿命, 引起了研究者的广泛关注。本文对近年来PEMFC新型碳材料Pt载体的研究进展进行了较为详细的综述, 并对其发展趋势作出了适当评论。     

稀土氧化物疏水涂层制备方法的研究进展

疏水涂层是一种功能材料,在生活、建筑、工业等领域发挥着重要作用.稀土氧化物自2013年被发现具备疏水性以来,已经引起了广泛的关注.相比有机疏水涂层,稀土氧化物疏水涂层具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能优势,可以在更高温度、更复杂的环境中应用.因此,稀土氧化物疏水涂层作为一种极具潜力的疏水材料,有望推动该领域的快速发展,是当前无机疏水涂层领域的研究热点之一.近年来,研究人员对其疏水机理展开了较为深入系统的研究,并使用多种方法制备了稀土氧化物疏水涂层,如模板刻蚀法、喷涂法、水热法、电化学沉积法、原子层沉积法和磁控离子溅射法等.本文基于国内外研究现状,对稀土氧化物疏水涂层的疏水机理、制备方法进行了详细总结与阐述,并展望了其未来发展方向.     

聚氨酯基气凝胶隔热材料研究进展

聚氨酯基气凝胶隔热材料是一类新型隔热材料。聚氨酯分子结构的可设计性和气凝胶独特纳米多孔三维网络结构的有机结合能使聚氨酯基气凝胶材料具有更好的隔热性能。本文介绍了聚氨酯气凝胶、聚脲气凝胶和聚氨酯增强无机物气凝胶材料的研究现状,重点介绍其在隔热性能方面的研究进展。     

SiO_2溶胶配比对气凝胶隔热复合材料力学性能的影响

以无机陶瓷纤维为增强体,与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料,研究了SiO2溶胶配比对气凝胶及其复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明,随着SiO2溶胶中乙醇含量的增大,SiO2气凝胶的密度逐渐降低,平均孔径增大,气凝胶中含有的大孔、连孔数量增加,网络骨架结构强度降低。纤维与SiO2气凝胶复合后,气凝胶充满了纤维间的孔隙,形成较好的界面结合。当乙醇/正硅酸乙酯(EtOH/TEOS)摩尔比由2∶1增加到20∶1时,SiO2气凝胶基体传递载荷能力逐渐减弱,材料的力学性能逐渐降低,其拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别由1.9 MPa、2.7 MPa、1.73 MPa(10%应变)降低到0.17 MPa、0.12 MPa、0.04 MPa(10%应变)。     

常压制备低密度高比表面积SiO_2气凝胶的工艺研究

以正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、盐酸和氨水为原料制备出SiO_2凝胶后,经老化、表面改性、溶剂置换工艺,再通过常压干燥制备出SiO_2气凝胶,研究了表面改性及溶剂置换工艺对SiO_2气凝胶性能的影响.结果表明,随着表面改性次数和改性剂浓度的增加,气凝胶的密度和比表面积降低;溶剂置换对气凝胶的密度和比表面积影响不大.通过优化的工艺制备出的SiO_2气凝胶具有疏水性,与水的接触角约为118°,密度为0.124 g/cm~3,孔隙率94.3%,平均孔径为23.3 nm,比表面积712 m~2/g.     

纤维增强气凝胶柔性隔热复合材料的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,酸碱催化两步法配制溶胶,浸渍柔性纤维毡后进行超临界干燥制备柔性隔热复合材料.研究表明,随着超临界干燥溶胶之前老化时间的延长(1 h～7 d),复合材料在600℃下的抗拉强度变大(0.13～0.21MPa),红外光谱分析确定是由于其水解程度变大.复合材料中的纯气凝胶比表面积为209.8 m2/g,平均孔径为18.8 nm.场发射扫描电镜照片表明气凝胶很好地填充于纤维之间,避免了纤维与纤维的接触.从而柔性复合材料具有低热导率,120、500℃下分别为0.019、0.054 W/m·K.     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的高温疏水改性及失效机制

SiO₂气凝胶隔热复合材料已经广泛应用于航空航天、石油化工等隔热保温领域,通过疏水改性可大幅拓展其应用场景。为了使SiO₂气凝胶隔热复合材料在更高温度仍保持良好的疏水性能,采用聚硅氧烷改性硅酸盐涂料对SiO₂气凝胶隔热复合材料进行表面刷涂疏水改性,然后研究了涂层厚度对裂纹扩张的影响以及涂层在高温下疏水性能的失效机制和刷涂改性前后复合材料的耐磨损性能。结果表明,当涂层厚度大约为13 μm时,所制备的涂层表面无裂纹,接触角可达(113±2)°,经450 ℃高温热处理1 800 s后接触角依然可以保持在105°左右,表现出良好的热稳定性,同时涂层显著提高了复合材料的耐磨损性能。     

无机纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的研究进展

SiO_2气凝胶因其独特的纳米孔结构而具有低密度、低热导率等特点,具备成为高效隔热材料的潜力,然而SiO_2气凝胶的力学性能较差,极大地限制了其在隔热领域的应用。采用无机纤维作为增强体,制备的SiO_2气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高性能隔热材料的研究热点之一。综述了无机纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备方法及其研究进展,并展望了其未来发展方向。     

纤维增强Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备与表征

以正硅酸乙酯为原料,通过二甲基二乙氧基硅烷引入碳元素,以乙醇为溶剂,盐酸和氨水为催化剂,莫来石纤维为增强相,采用溶胶–凝胶、超临界干燥和1 200℃高温裂解工艺制备Si-C-O气凝胶隔热复合材料,并对材料的结构和性能进行了分析和表征。结果显示：1 200℃裂解得到的Si-C-O气凝胶复合材料为黑色且加工成型性较好,纤维表观体积密度为0.15 g/cm3时,800℃和1 000℃热导率分别为0.031 9 W/（m K）和0.043 0W/（m K）。纤维表观体积密度增大（0.15～0.30 g/cm3）,复合材料的拉伸和压缩强度增大,密度为0.25 g/cm3时,抗弯强度最大。1 200℃裂解得到的Si-C-O气凝胶的比表面积为217.7 m2/g,空气中1 000℃煅烧后,比表面积为208.6 m2/g。Si-C-O气凝胶复合材料在1 000℃空气中煅烧后没有出现收缩。     

陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶隔热复合材料的力学性能

将陶瓷纤维与氧化硅溶胶复合经超临界干燥得到陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶隔热复合材料.研究了陶瓷纤维体积分数以及气凝胶密度对材料力学性能的影响,分析了纤维对气凝胶隔热复合材料的增强机制.结果表明:纤维与气凝胶复合后,气凝胶充分填充纤维之间的空隙,复合材料力学性能得到显著改善.气凝胶隔热复合材料的力学性能随纤维体积分数的增大先增后减,随气凝胶密度的增大则逐渐增大.当纤维体积分数为7.6%,气凝胶密度为0.202g/cm3时,材料抗拉强度、抗弯强度分别为1.44,1.31 MPa,抗压强度可达0.59MPa(10%形变)、1.28MPa(25%变).