多孔碳纳米片的制备及其在电化学领域的应用研究进展

介绍了二维多孔碳纳米片(PCNs)材料在能源领域的应用优势,综述了PCNs的制备方法以及在锂离子电池、超级电容器和电催化氧还原反应等电化学领域的应用研究进展。PCNs的制备方法为硬模板法(包括空间、盐粒表面和其他二维材料表面模板)、软模板法(包括使用两亲性小分子和两亲性块状共聚物(BCPs)制备PCNs)、无模板法(包括小分子、聚合物和生物质作为前驱体来制备PCNs)。其中软模板法相比硬模板法,其稳定性较差,还需进一步提高。指出未来应致力于开发制备PCNs的新方法和新型PCNs基材料,同时研究此类PCNs材料在分离膜、生化传感器、量子器件等方面的应用。     

面向水处理应用的二维MXene膜研究进展

MXene纳米片材料因其二维结构特性和丰富的表面基团而受到广泛关注。MXene纳米片组装成的二维层状膜,通过尺寸筛分效应和静电相互作用可实现溶液中小分子和离子等分离,在水处理领域有着巨大的应用潜力。然而,二维层状MXene膜仍然面临着严峻的挑战,如低稳定性、高内阻、水环境中易溶胀等,导致分离性能不理想。本文以层状MXene膜的分离机理为出发点,重点介绍了目前改善层状MXene膜分离性能的方法及研究进展,并对二维MXene膜水处理应用发展进行展望,期望对基于MXene膜的精密构筑和设计高性能分离膜提供有益参考。     

二维纳米片基复合相变储热材料研究进展

相变材料（PCMs）作为潜热储存和释放的介质,能够解决热能供需矛盾,从而缓解能源危机。纯相变材料具有能量密度高、温度范围广、能量输出稳定性强等优点,但其热导率低和在相变过程发生渗漏的缺点阻碍了其广泛的应用和发展。通过将PCMs与二维纳米片复合,PCMs热导率低和渗漏问题被有效解决。通过在导热机理方面进行详细阐述的基础上,综述了近几年来有关碳基二维纳米片、六方氮化硼（h-BN）纳米片、二硫化钼等复合储热材料的研究进展,为高性能二维纳米片基复合PCMs的设计提供一定的研究思路。     

二维纳米材料在水处理中的应用研究进展

随着工业的发展,原油泄漏事故的频发和工业污水的排放给全球生态环境及人类的健康带来了巨大的威胁。近年来,水污染问题也越来越受到人们的重视。纳米材料的出现为实现高效、低成本的水处理技术提供了新思路。近些年,以石墨烯、氮化硼纳米片以及二硫化钼纳米片为代表的二维纳米材料先后被科学家制备出来。由于它们具有较大的比表面积,因此有很强吸附性,也迅速成为水处理领域的研究热点。主要介绍了石墨烯、氮化硼纳米片以及二硫化钼纳米片3个典型二维纳米材料在水处理领域中的最新研究进展,并且总结了它们各自作为水处理材料的特点。最后,展望了它们的发展趋势。     

磁性纳米材料在水处理中的应用研究进展

综述了磁性纳米材料的制备、改性研究及其在水处理领域中的应用,包括含重金属离子废水、含有机染料废水及其他废水处理方面的研究新进展。指出磁性纳米材料的应用必将越来越广泛。在研究时,我们必须关注其重复使用性,并考虑其生物毒性。     

二维蒙脱石纳米片对石蜡的包覆封装及其储热调温性能EI北大核心CSCD

相变储能材料应用于建筑保温领域,以实现温度峰值荷载转移、降低建筑能耗的目的。制备了高度分散的二维蒙脱石纳米片,利用其孔(空)腔表面吸附作用包覆封装储能材料-石蜡形成了薄壳结构。研究了石蜡浓度和十六烷基三甲基溴化铵浓度等对蒙脱石纳米片及其包覆封装效果的影响规律。分析了相变储能复合材料的热存储性能。将相变储能复合材料应用到建筑保温板中,通过对相变储能保温板的力学性能和储热调温性能的测试,表明二维蒙脱石纳米片/石蜡复合相变材料能够在保持保温板力学性能的同时,有效提升其热阻,并能延迟峰值温度的出现,提升了室内居住环境的舒适性。这对新型建筑节能材料的研发和应用具有重要的理论和实践意义。     

纳米结构多孔固体在二氧化碳吸附分离中的应用

二氧化碳（CO2）的双重角色（温室气体及一碳化工原料）使其吸附分离研究具有重要学术及社会经济意义。本文以多孔吸附材料为主线,系统评述了多孔炭、分子筛、有机金属骨架类材料及多孔聚合物等的CO2吸附分离最新研究进展。这些吸附材料的特点：多孔炭的微观及宏观形貌可控,孔结构可调,稳定性好;分子筛的具有丰富的微孔,孔径分布集中;有机金属骨架及多孔聚合物的种类多样,代表一类新兴的CO2吸附材料。分析了多孔固体应用于CO2吸附分离所涉及的关键科学问题,即高效吸附材料立体设计及影响选择性和吸附量等重要参数。提出澄清微孔/介孔/大孔比例以及表面基团种类和数量对CO2吸附贡献的定量关系的必要性,对材料的定向合成与优化有重要指导意义。     

纳米纤维素吸附剂在废水处理中的研究进展

主要以吸收废水中的染料和重金属类污染物为例,综述了纳米纤维素在废水处理方面的应用,以及国内外对于纳米纤维素吸附剂在废水处理中的研究进展。对纳米纤维素类吸附剂应用于废水处理的发展趋势进行展望,指出纳米纤维素类吸附剂研究不够深入广泛,未来还需进一步对纳米纤维素类吸附剂做更深层次的研究。新型吸附剂的发展趋势必然会向绿色环保、价格低廉、原料易得、高效并且再生性能好的方向发展。     

新型二维材料MXene吸附重金属的研究进展

近年来,新型纳米材料MXene因独特的形态及化学结构受到了广泛关注。MXene是一个二维过渡金属碳化物和氮化物的家族,通常由刻蚀前驱体MAX层状金属陶瓷相合成。通过刻蚀较弱的A原子将MAX上下两层抽出,即可得到层状的MXene材料。该类材料具有类石墨烯二维层状结构、较大的比表面积、良好的亲水性能、优异的稳定性和导电性,...     

纳米多孔玻璃研究进展

概括总结了纳米多孔玻璃的性质和应用,介绍了纳米多孔玻璃的制备方法和国内外的研究现状,并对今后的发展趋势进行了展望。     

Graphene oxide and its application as an adsorbent for wastewater treatment

Graphene oxide, particularly as magnetic particles, has recently been used as an adsorbent for wastewater treatment in applications such as heavy metals separation (mercury, cadmium, copper, chromium, arsenic) and also organics (antibiotics, dyes, i.e. Reactive black 5, etc.). Selected examples will be given in the present review—mostly from the literature. The following themes are examined among others: the synthesis route (impregnation, co‐precipitation), kinetics of adsorption, thermodynamics, isotherm studies and applications in comparison with other adsorbents. © 2013 Society of Chemical Industry     

Cation exchange synthesis of porous Cd1-xZnxS twinned nanosheets for visible light highly active H2 evolution

Efficient charge separation is critical for the enhancement of photocatalytic activity for hydrogen generation. The porous Cd_1-xZn_xS nanosheets with twinned phase junctions were synthesized by the cation-exchange approach of inorganic-organic hybrid ZnS-diethylenetriamine nanoflakes with cadmium ions. With the synergy of the phase junctions induced by nano twins and porous structure, the hydrogen evolution average rate over the optimal sample Cd_0.5Zn_0.5S photocatalyst reaches 14.44 mmol h⁻¹ g⁻¹ without noble metal loading under visible light irradiation, corresponding to apparent quantum efficiency of 37.3% at 420 nm and solar-to-hydrogen energy conversion efficiency of 3.46%. On the one hand, twin-induced phase junctions can improve the separation efficiency of photoelectron-hole pairs, on the other hand, the large specific surface area ascribed to the porous nanosheet can effectively improve the light absorption capacity of photocatalysis, and provide more surface active sites. This study could provide a facile approach to design and fabricate advanced materials with porous twinned phase junctions for photocatalytic applications and optoelectronic devices.     

Use of copper(II)/ethylene diamine‐cotton complex for the adsorption of residual dyes

The chemical modification of cotton is performed by successive reactions with thionyl chloride followed by ethylene diamine (ED) to prepare aminoalkyl amino cotton namely ED‐cotton. Evidence of attaching ethylene diamine groups onto cotton is provided by nitrogen determination and thermogravimetry analysis. Because of complexation, the ethylene diamine‐grafted groups immobilizes Cu(II) ions from buffered solution at pH 6. The formation of a 1/1 complex is assessed by the adsorption limit values. The binary system [Cu(II)/ED‐cotton] is then tested for the adsorption of two acid dyes (Acid Blue 25 and Calmagite) as ligands in the metal‐coordinating process. The adsorption of Cu(II) onto ED‐cotton and of the dyes onto Cu(II)/ED‐cotton is followed spectrometrically. The observed stoichiometries of the ternary‐formed complex [Dye/Cu(II)/ED‐cotton] are 1/1/1 with Acid Blue 25 and 0.75/1/1 with Calmagite at 20°C. The Langmuir and Freundlich isotherms constants for the adsorption of the tested dyes onto Cu(II)/ED‐cotton are evaluated from the experimental data, but better agreement is obtained by using the composite isotherm of Jossens. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 103: 1389–1396, 2007     

多孔介质中水合物生成与分解二维实验研究

采用电容、压力、温度测试作为监测手段,自行研制了一套天然气水合物二维开采模拟系统,可用于水合物生成与分解过程中温度场、压力场、分布状态、分解前沿推进速度等动态特性的研究。水合物生成与分解实验表明,温度是影响水合物大量生成的主要因素;重复实验会加长生成时间,往往首次实验所耗总时间最短,说明水的记忆效应并不是对于所有实验系统存在的普遍现象;实验表现出来的特殊的压力变化曲线和规律还表明晶核形成对水合物晶体的生成并非绝对重要。理论分析和实验表明,电容法在测试单相水体相变过程中是有效的,水量是影响电容量变化的关键。在水合物生成过程中,随水合物饱和度的增加、水量的不断减少,电容量总体减小趋势明显。电容测试方法在水合物实验方面有一定的可行性,尤其对于研究多孔介质中水合物生成分解过程中各相的流动特性极有意义,但是要实现在水合物研究方面的有效利用还需要大量的切实的实验验证。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

壳聚糖在水处理中的应用研究进展

壳聚糖作为一种来源广泛的无毒无害的高分子聚合物,因其在酸性溶液中其氨基可结合H＋,是一种典型的阳离子聚电解质,能够吸附絮凝废水中有机物,同时其氨基还能鳌合去除许多重金属离子,是一种优良的水处理剂。本文介绍了它在水处理中的研究和应用情况。     

废弃物衍生分级多孔炭的制备及吸附应用进展

分级多孔炭因其高比表面积、大孔容及分级孔结构,目前广泛应用于超级电容器、锂离子电池、催化及吸附等领域。废弃物在热解气化过程中残留的碳基材料则是制备分级多孔炭很好的前体。本文根据废弃物来源及自身特性间的差异,对生物质和非生物质废弃物作为原料制备的分级多孔炭的特性及应用进行了综述及总结。并对不同制备方法的优劣及适用对象进行了比较。对分级多孔炭在挥发性有机物（VOCs）吸附、CO₂吸附捕集、染料吸附、抗生素以及酚类物质的吸附过程进行分析,总结出废弃物基多孔炭在孔径结构及表面杂原子掺杂情况下的优势能够增强这几类物质的吸附效果。结合已有文献,对废弃物基分级多孔炭的制备、孔径设计及表面官能团设计提出展望。     

MXenes及其在环境领域的应用

MXenes是一种具有独特层状结构的二维纳米材料，其突出的特性包括机械稳定性、热力学稳定性、高比表面积、生物相容性、大量官能团、易于功能化、抗菌特性、高导电性、亲水性及特殊的光学性质等。基于这些特性， MXenes及其复合材料在环境领域的应用潜能受到广泛的新关注。通过文献研究法综述了MXenes的特性及其复合材料在环境领域的应用的研究包括海水脱盐、去除重金属、去除放射性元素、降解有机污染物等，特别在解决清洁能源问题也显示出巨大的潜力。