胺基改性二氧化硅气凝胶的制备及对刚果红的吸附性能

超轻多孔二氧化硅气凝胶具有极低密度、超高孔隙率和大比表面积的特点,是优异的吸附剂载体.但是,二氧化硅气凝胶骨架表面以硅羟基为主,对污染物的吸附选择性差、吸附容量低.本研究采用共前驱体的方法制备了胺基改性二氧化硅气凝胶块体材料,系统考察了其对模拟污染物阴离子染料刚果红的吸附性能.结果表明,胺基改性二氧化硅气凝胶对刚果红有优异的吸附性能,在较宽pH(3～9)范围内,吸附容量可达800～900 mg/g,吸附等温线符合Langmiur模型;胺基改性气凝胶对刚果红的吸附速率快,1 h内吸附量可达饱和吸附量的80％以上,吸附动力学符合准二级动力学模型;动态吸附实验也显示胺基改性气凝胶对刚果红具有优异的的吸附穿透容量.故改性二氧化硅气凝胶是一种性能优异的阴离子染料吸附剂.     

锂离子电池负极材料球形钛酸锂的合成及性能

以3.98mol/L的四氯化钛为前驱体溶液,采用内凝胶法制备了具有尖晶石结构的球形钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末。通过XRD、SEM及电化学性能测试等分析手段表明,合成的Li4Ti5O12材料均为纳米一次粒子(晶粒)组成的球形二次粒子(颗粒),且具有较大的比表面积。以这种流动性好、粒径分布均匀、结晶度好的球形钛酸锂为正极材料和Li片为负极材料组成的锂离子电池具有平稳的充放电电压平台和优异的循环性能。在1.0~2.5V充放电,其首次放电容量为173.8mAh/g,经30次充放电循环后,其放电比容量仍有170.2mAh/g。     

不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展

硅源作为溶胶-凝胶法制备二氧化硅气凝胶前驱体的重要组成部分,对获得结构完整、性能优良的二氧化硅气凝胶以及构建满足不同应用需求的二氧化硅气凝胶至关重要。考察了制备二氧化硅气凝胶所用的单一硅源、复合硅源以及功能性硅源对气凝胶的形貌及物理性能的影响,并对3类不同硅源制备二氧化硅气凝胶进行了综述。     

柔性有机硅气凝胶的制备及其高温无机化转变研究

二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景, 但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 通过溶胶凝胶、常压干燥制备了具有高柔性的海绵状有机硅气凝胶, 并研究了前驱体摩尔比对气凝胶微观结构和压缩回弹性能的影响, 以及气凝胶分别在高温有氧和无氧环境中的无机化转变过程。结果表明, 随着前驱体中VTMS/VMDMS比例增加, 气凝胶颗粒变小且堆积更紧密, 其压缩回弹性能也随之降低; 在800 ℃空气氛围中, 气凝胶通过侧基的氧化和主链Si-O-Si的断裂、重排转化为无机SiO₂; 在800 ℃ N₂氛围中, 气凝胶通过裂解反应转化为无机SiO₂和游离碳的混合体, 1000~1400 ℃进一步处理后SiO₂和游离碳经碳热还原反应生成SiO₄、SiCO₃、SiC₂O₂和SiC₃O等无定形的Si-O-C结构和少量β-SiC纳米线; 经1200 ℃碳热还原反应生成的Si-O-C结构具有最优的耐高温氧化性能, 可为制备耐高温氧化Si-O-C气凝胶提供参考。     

基于Pickering乳液的石墨烯纳米带气凝胶制备及性能

采用纳米碳管液相氧化开壁技术制备氧化石墨烯纳米带,以氧化石墨烯纳米带为前驱体,Pickering乳液为模板,聚醚胺(D400)为助剂和交联剂,制备孔径均匀可控的石墨烯纳米带气凝胶。采用光学显微镜、电子显微镜对乳液的形貌、粒径及气凝胶微观结构进行表征,研究乳液模板对石墨烯纳米带气凝胶结构和性质的影响。结果表明,在乳液水油比为7∶1时,所得气凝胶具有均匀的孔结构、优异的可压缩性能,在应变50%的情况下,压缩1 000次后仍能恢复。当应变增大到95%时,循环50次依然能恢复原状。该气凝胶具有良好的压阻特性,气凝胶的电阻与形变之间有良好的线性对应关系,且与压缩速率无关。     

锂离子电池富镍正极基础科学问题:氢氧化物前驱体结晶调控及机制

富镍锂过渡金属氧化物正极具有高容量及高工作电压的优点,是理想的高能量动力电池材料。富镍锂过渡金属氧化物正极的性能主要受其氢氧化物前驱体的结构、形貌、粒径等因素影响。一次晶粒和二次颗粒形貌与尺寸可控的球形氢氧化物前驱体是制备优异电化学性能的富镍正极材料的关键。氢氧化物前驱体沉淀结晶过程中工艺参数会影响前驱体性能,其生长机制对于调控沉淀结晶具有指导意义。本论文首先介绍了沉淀结晶相关基础理论,其次探讨了富镍正极材料氢氧化物前驱体沉淀结晶生长机制和沉淀反应因素对氢氧化物物理及化学性能影响,最后介绍了合成单晶、放射状和核壳结构等特殊富镍正极材料的前驱体。     

喷雾热解法制备PDP用(Y,Gd)BO3:Eu球形荧光粉

为了得到无团聚的球形荧光粉颗粒以提高其物理和光学性能,以尿素为前驱体溶液中的添加剂,合成了等离子显示用(Y,Gd)BO3:Eu红色荧光粉.在喷雾热解过程中,通过前驱体溶液的性质来控制颗粒形貌,改善荧光粉的光学性能.获得的结果表明,前驱体溶液中加入尿素成分,能够影响颗粒形成过程、改善颗粒表面状态,从而可以促使最终产物具有良好的形貌和优异的发光强度.     

聚L-谷氨酸光交联水凝胶的制备和性能

以侧链接枝聚乙二醇丙烯酸酯(APEG)的聚L-谷氨酸(PLGA)(PLGA-g-APEG)为前驱体,通过紫外光交联制备水凝胶,研究了APEG的接枝率及PLGA-g-APEG前驱体质量浓度对光交联水凝胶力学性能的影响。结果表明,当APEG接枝率为44.7%,PLGA-g-APEG的质量分数为15%时,水凝胶的力学性能最佳,其储能模量为16238.2 Pa,压缩破坏应力为0.16 MPa。通过多次循环压缩测试,证实压缩曲线几近重合,表明水凝胶具有良好的回弹性能。最后通过MTT法和死/活实验证明PLGA-g-APEG前驱体及其光交联水凝胶均具有良好的生物相容性,该聚L-谷氨酸光交联水凝胶在再生医学领域具有潜在的应用价值。     

新型喷雾干燥法制备LiFePO_4/C复合材料及其性能研究

通过新型喷雾干燥技术及热处理制备出具有球形二次形貌结构的纳米LiFePO4/C复合材料。首先合成了纳米FePO4颗粒(约20nm),并与Li2CO3和一定量的蔗糖均匀混合,对材料前驱体进行碳包覆,通过喷雾干燥获得了前驱体二次颗粒;经过热处理获得了由一次颗粒组成的二次颗粒。详细研究了碳含量对一次颗粒粒径及复合材料性能及形貌的影响,发现当LiFePO4/C复合材料中碳含量为5.3%(质量分数),样品拥有良好的形貌结构和最佳的性能,0.1,1和5C下的比容量分别为162,145和116mAh/g。     

高致密球形LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2颗粒的合成及性能研究

以氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,通过共沉淀制备了高致密、粒度均匀的球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2.通过焙烧该前驱体和LiOH.H2O的混合物制备出球形锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2.采用XRD、SEM、TEM、TGA/DSC以及恒流充放电测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征.结果表明,球形前驱体是由纳米级一次颗粒团聚形成,而不是晶粒的长大,且反应时间对前驱体的形貌、粒径分布及振实密度有显著影响.750℃焙烧16 h后的正极材料,保持了完好的球形形貌,具有最佳的层状结构和电化学性能,振实密度最大(2.98 g/cm3),首次放电容量为202.4 mAh/g,倍率性能佳,在3C的放电电流下容量为174.1 mAh/g,且循环性能优良,在40次循环以后,放电容量保持率为92.3%.     

二元炭质-二氧化硅干凝胶和气凝胶前驱体的制备

以正硅酸乙酯和炭质水性中间相为原料,分别制得了炭质醇溶胶和硅醇溶胶,将二者进行混合后再利用常压干燥法和超临界流体干燥法分别制备了二元炭质－二氧化硅干凝胶和气凝胶粉末．并采用氮吸附、ＦＴ－ＩＲ、ＴＥＭ和ＸＲＤ等测试手段对所制得的干凝胶和气凝胶粉末的ＢＥＴ表面积、表面形貌、结构和组成进行了表征．结果表明二元干凝胶由几乎球形的、团聚的、无定形二元炭质－二氧化硅颗粒组成,其颗粒尺寸为８０～２２０ｎｍ．而二元气凝胶具有较疏松的外观结构和良好的流动性,并且由球形的、分散性较好的、无定形二元炭质－二氧化硅颗粒组成,其颗粒尺寸为１０～６０ｎｍ．     

玻璃纤维和碳纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为前驱体,玻璃纤维和碳纤维为增强相,通过溶胶-凝胶和常压干燥分别制备了玻璃纤维增强型二氧化硅气凝胶(GF/SiO₂气凝胶)和碳纤维增强型二氧化硅气凝胶(CF/SiO₂气凝胶)复合材料,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、比表面积和孔径分布测试仪、万能力学试验机、导热系数测试仪等手段对材料的结构和性能进行了测试表征,对比分析了玻璃纤维和碳纤维对SiO₂气凝胶复合材料结构与性能的影响。结果表明：玻璃纤维与SiO₂颗粒基体之间的界面结合较差,制得的GF/SiO₂气凝胶具有较差的力学性能(压缩强度=0.676MPa,应变=60%)和较高的导热系数[0.0410W/(m·K)];而碳纤维与SiO₂气凝胶颗粒具有较好的界面相互作用,制得的CF/SiO₂气凝胶具有良好的力学性能(压缩强度=1.225MPa,应变=60%)和低的导热系数[0.0342W/(m·K)]。     

聚酯纤维增韧二氧化硅气凝胶的制备及其性能

二氧化硅气凝胶作为一种轻质、多孔的新型纳米材料,由于其结构的独特性及优异的隔热性能,使其在高温隔热、吸附、催化等领域具有广阔的应用前景。对二氧化硅气凝胶的应用开发具有重要意义。以二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMTS)为混合硅源,甲醇和水为溶剂,在原有的高疏水性基础上进一步以聚酯纤维为增强相,通过溶胶-凝胶及常压干燥等步骤,实现了增韧SiO2气凝胶复合材料的制备。所得气凝胶平均孔径约为5～10μm;气凝胶的孔容约为5.52cm~3/g;最高抗压力在6 MPa左右;重复吸附次数可达30次以上,最佳吸附为6.5g/g;有望在吸附材料等领域得到应用。     

喷雾热解法合成球形（Y,Gd）BO3：Eu荧光粉

采用改进的喷雾热解法合成了发光性能优异的（Y，Gd）BO3：Eu红色荧光粉，通过调节前驱体溶液的性质改善了荧光粉产物的形貌特征以提高其物理和光学性能。结果表明，在前驱体溶液中加入氨水能够影响喷雾热解过程中液滴中颗粒生成方式，以控制产物颗粒形貌，经后续热处理后获得了无团聚的致密球形荧光粉颗粒：由X射线衍射分析可知，在1100℃下后续热处理3h可以获得结晶良好的所需纯相物质。同时也考察了激活剂浓度对（Y，Gd）BO3：Eu荧光粉体发光强度的影响；在优化的掺杂浓度下，采用氨水改性的前驱体溶液经过喷雾热解,热处理后获得荧光粉产物具有优良的发光强度。     

氨基功能化纳米纤维素气凝胶的制备及性能

选用3-（2-氨基乙氨基）丙基甲基二甲氧基硅烷（AEAPMDS）对球形纤维素纳米纤维（CNF）湿凝胶进行化学修饰,探讨了改性反应条件对氨基纳米纤维素中N含量的影响,选用叔丁醇溶液为置换溶剂,采用冷冻干燥制备了一种新型的生物质气凝胶。对所制备的3-（2-氨基乙氨基）丙基甲基二甲氧基硅烷-纤维素纳米纤维（AEAPMDS-CNF）气凝胶的微观形貌、结构特征、力学强度及CO₂的吸附等性能进行表征和分析。结果表明：反应时间为10 h、反应温度为90℃、AEAPMDS溶液的质量分数为12wt%时,是AEAPMDS-CNF气凝胶的最佳制备方案。改性后的纤维素气凝胶具有三维网络孔结构、质轻（ρ ≤ 0.0573 g·cm^-3）、高孔隙率（ε>90%）等特点,其压缩强度为0.46 MPa,CO₂吸附量高达1.54 mmol·g^-1,表现出优异的CO₂吸附性能,具有很大的应用前景。     

溶胶-凝胶法合成纳米Li4Ti5O12负极材料及其电化学性能研究

以醋酸锂、钛酸四丁酯为原材料,聚乙二醇6000为分散剂,通过溶胶-凝胶法合成Li4Ti5O12前驱体,考察了烧结温度与保温时间对材料电化学性能的影响。实验结果表明烧结制度对Li4Ti5O12的结晶度、微观形貌及电化学性能有显著的影响,以聚乙二醇为表面活性剂,前驱体在700℃的较低温度下保温10h即可得到纯净尖晶石型Li4Ti5O12相,产物颗粒细小均匀,结晶度好,尺寸在100～380nm之间,并显示出良好的电化学性能和倍率性能：在0.1以及5C下首次放电比容量达到164和127mAh/g,经50次循环后仍保持在162和120mAh/g,表现出了优异的循环性能。     

可见光响应的三维石墨烯/氧化钴复合催化剂及其光解水制氢性能

以新型二维材料氧化石墨烯和金属有机框架化合物ZIF-67为前驱体，通过溶剂热反应和高温焙烧过程，制备了一种三维交联石墨烯负载CoO纳米粒子(3D G/CoO)的复合催化剂材料。XRD、XPS、紫外可见漫反射、SEM和TEM等结构和形貌分析结果表明：平均粒径约为34.5 nm的CoO粒子均匀负载在三维交联石墨烯体相骨架中。三维石墨烯特有的光致热电子发射性能及两种材料间的协同作用，赋予了复合材料优异的光催化分解水制氢性能。在300 W氙灯照射下，催化分解水制氢速率为10.1 mmol·gcat^-1·h^-1；在520 nm波长可见光照射下，获得了7.77%的表观量子效率。催化剂循环使用5次，活性保持率为88%。此高性能可见光响应的三维复合催化剂材料的研究，对光催化领域中新型高效催化剂的开发和应用具有重要意义。     

球形纳米晶LiFePO4和Li4Ti5O12的制备及电池研究

分别通过"控制结晶"和"外凝胶"工艺合成了球形纳米晶LiFePO4/C和Li4Ti5O12/C材料.通过XRD、SEM、比表面及电化学性能测试等分析手段表明,合成的LiFePO4/C和Li4Ti5O12/C材料均为纳米一次粒子(晶粒)组成的球形二次粒子(颗粒),具有较大的比表面积,振实密度分别达到1.25和1.71g/cm3;1C倍率下的首次放电比容量分别达到144.0和144.2mAh/g,并表现出优良的循环性能.以LiFePO4/C和Li4Ti5O12/C为正负极材料组成的1.8V锂离子电池具有平稳的充放电电压平台和优异的循环性能.     

改性剂对二氧化硅气凝胶性能的影响

本文以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,通过酸碱两步溶胶-凝胶法,常压干燥制备疏水性SiO2气凝胶。研究了两种改性剂(三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷)对二氧化硅气凝胶结构和性能的影响。对制备的气凝胶样品进行表面微观形态分析、热重差热分析、傅里叶红外分析以及比表面积分析。结果表明,通过改性制备的样品具有较好的性能,使用六甲基二硅氮烷改性得到的SiO2气凝胶密度为0.204g/cm3,接触角为128°,BET比表面积为973m2/g,平均孔径7.57nm;使用三甲基氯硅烷改性得到的SiO2气凝胶密度为0.115g/cm3,疏水性优良,接触角为158°,BET比表面积为1067m2/g,平均孔径13.40nm。综合考虑各种因素,采用TMCS进行改性制备得到的SiO2气凝胶综合性能更加优异。     

借助硅气凝胶改善和调控聚丙烯腈热交联膜孔结构及性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备硅溶胶并将其引入聚丙烯腈超滤膜孔道中,经过热交联制得具有丰富海绵状孔结构的TPAN/SiO_2(TPS)杂化膜,考察了TEOS浓度对TPS杂化膜的孔结构和渗透性能的影响.结果表明,TPS杂化膜孔内引入的硅气凝胶限制了膜孔道结构在热交联过程的融并;随着TEOS浓度的增加,TPS杂化膜的平均有效孔径增加,水通量提高,所制备的杂化膜的BSA截留率都在98%以上;同时,杂化膜表现出优异的热稳定性和良好的耐溶剂性.