氢氧化钾改性碳材料及其在超级电容器中的应用

改性多孔碳材料具有高比表面积和孔体积、合理的孔径分布、优良的导电性,其作为电极材料在超级电容器中的应用一直受到科研工作者们的关注。综述了近年来KOH改性法改性煤炭基碳材料、生物碳材料、碳纳米管、碳微球、石墨烯等多孔碳材料及其在超级电容器中的应用进展。     

利用等离子体技术制备和改性碳基纳米材料的研究进展

碳纳米材料如碳纳米管、石墨烯等具有超高的电导率、良好的力学强度及大的比表面积,近年来对它们的研究重点由碳纳米材料自身的性能逐渐扩展到碳纳米材料衍生物及碳基纳米复合材料的构建、性质及应用。碳基纳米材料的传统合成方法主要是化学法和电化学法,但步骤较繁琐、容易引入杂质元素等缺点制约了这些传统方法的进一步发展。作为一种制备与处理纳米材料的全新方法,等离子体技术得到了越来越广泛的关注。利用等离子体技术合成与改性碳基纳米材料的研究方向主要有:(1)通过改进等离子体源,提高其稳定性及工作效率,使其更适合制备和处理碳基纳米材料;(2)通过与不同的异质纳米材料复合,改善碳基纳米材料的物理化学性能;(3)拓展碳基纳米材料在环境保护和其他领域的应用。研究发现,相比于传统合成方法,等离子体技术具有较少引入杂质、产物催化活性较高、反应时间较短等特点。特别是低功率低气压条件下的电感耦合等离子体源,其对碳纳米材料的损伤较小,通过改变等离子体气氛,可以有效地还原或氧化碳纳米材料,这不仅去除了碳纳米材料表面的有害基团,还在其表面引入有益的化学基团,极大地提高材料的水溶性和吸附性能。直流等离子体源在大气压条件下可以稳定放电,通过改变功率和气体流速等参数可以有效控制碳纳米材料的生长方向,得到具有特殊性质的碳纳米柱或石墨烯墙。电子回旋共振等离子源有较好的稳定性,处理时几乎不会引入杂质元素,可以用于制备高精度的电子元器件。采用这些改进后的等离子体源可以将金属或有机物大分子基团负载于碳纳米材料表面,得到的衍生物能够更好地吸附环境污染物。通过等离子体技术能够将高导电率的铂粒子与碳纳米材料复合,并提高铂粒子在碳纳米材料表面的分散,这可以赋予铂粒子抗一氧化碳中毒的特性,可用作高性能燃料电池催化剂。此外,经等离子体改性的碳基纳米材料用于污染物传感器时具有较高的灵敏度和力学强度。本文主要介绍了近些年等离子体技术在碳纳米材料、碳纳米材料衍生物及碳基纳米复合材料的合成与改性方面的研究进展,归纳了经等离子体技术合成或改性的碳基纳米材料在环境保护、燃料电池催化剂、传感器等方面的应用尝试。     

碳基光热转换纳米材料的表面功能化和生物应用

光热治疗技术已经引起了广泛的重视,其走向应用的前提是开发出高效稳定的光热转换材料.碳基光热转换纳米材料具有毒性小、稳定性高等优点,已经成为了研究的热点.综述了碳基光热转换纳米材料(包括纳米碳管和石墨烯)的研究进展,重点论述了其表面改性技术(包括非共价键改性和共价键改性方法);随后总结了其表面功能化方法,主要有RGD、抗体、叶酸和DNA等靶向性功能化的修饰方法;最后介绍了其在光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用.     

纳米材料改性树脂基耐烧蚀材料研究新进展

综述了近年来纳米材料改性树脂基耐烧蚀材料的研究进展。介绍了碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米SiO2、纳米碳粉等纳米材料在改性烧蚀材料中的研究近况,详细探讨和比较了改性材料的热稳定性、成炭率、力学性能等,同时分析了纳米材料改性树脂材料中存在的问题,并预测了纳米材料改性耐烧蚀树脂的发展趋势。提出纳米材料,特别是新型的纳米碳材料改性树脂基耐烧蚀材料的研究将是很有发展前景的研究领域,并会进一步得到人们的重视。     

(超)疏水水泥基材料的研究进展

以混凝土和砂浆为代表的水泥基材料凭借其硬化后优异的力学性能和耐久性能被广泛应用于工程领域.然而,水泥基材料的多孔性和亲水性致使其在使用过程中很容易受到外界水和侵蚀离子的加速破坏,尤其是在潮湿、临海、寒冷地区,严重影响了其结构的耐久性和使用寿命.(超)疏水水泥基材料是通过对常规水泥基材料进行表面或整体(超)疏水改性制成的新型建筑材料,与常规水泥基材料相比,其具有更好的疏水性、抗渗性、抗冻性和抗氯离子侵蚀性,在一些特殊工程领域具有非常好的应用前景.因此,针对(超)疏水水泥基材料的研究引起了国内外学者越来越多的关注.近年来,国内外学者针对(超)疏水水泥基材料进行了大量科学研究并取得了非常丰硕的研究成果,这为(超)疏水水泥基材料的工程应用提供了重要参考.本文将对近年来国内外针对(超)疏水水泥基材料的最新研究成果进行综合介绍,其中重点包括以下几个方面:(1)现有的表面润湿模型,包括Young氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;(2)水泥基材料(超)疏水改性方式,包括表面改性和整体改性,并对比了改性方式对水泥基材料润湿特性的影响;(3)(超)疏水表面改性和整体改性对水泥基材料力学性能的影响规律;(4)(超)疏水表面改性和整体改性对水泥基材料耐久性的影响效果.最后对(超)疏水水泥基材料的研究结论进行了归纳总结并对研究前景进行了展望,以期能够为开发性能优异、经济环保的(超)疏水水泥基材料提供借鉴与参考.     

石墨烯基二维材料改性防腐涂料研究进展

石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，是碳纳米管、石墨等其他碳材料的基本单元。石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能，有望在电子、传感、能源、航天、防腐等多个领域得到应用。由于石墨烯具有二维层状结构和大的比表面积，同时具备对水、氧和氯离子等的阻隔特性，因此在防腐涂料领域具有广阔的应用前景，逐渐成为防腐涂料研究的热点。综述了近年来国内外石墨烯基二维材料改性防腐涂料的研究现状，并对今后石墨烯基二维材料改性防腐涂料的研究方向进行了展望。     

水泥基超疏水材料自清洁技术研究进展

超疏水材料是一种新型智能仿生材料，具有优良的自清洁、抗凝冰、防腐等性能，已广泛应用于航天、建筑、电力等领域。但在公路交通领域尚处于探索研究阶段。水泥基超疏水材料自清洁技术源于自然界的“荷叶效应”，超疏水表面的微纳结构和低表面能降低了污染物与涂层的粘附力，赋予超疏水表面优异的自清洁性，为水泥基材料的主动防污技术提供了新思路。目前，水泥基超疏材料自清洁理论与技术尚不成熟，主要通过表面微纳米复合结构和低表面能化学物质协同制备水泥基超疏水材料，从而实现水泥基材料自清洁功能。水泥基超疏水材料的制备技术主要包括表面疏水改性和本体疏水改性两种。硅烷/硅氧烷类和硬脂酸等疏水材料因其环保、成本相对低廉，使用频率较高。水泥基表面超疏水涂层处理类型主要包括涂覆法、模板法、层层自组装法等。表面超疏水改性对水泥基材料力学强度的影响较小，而整体超疏水改性因内掺疏水材料，延缓水泥水化反应，降低了水泥基材料的力学强度。水泥基表面超疏水涂层因其施工简便、性价比高、能耗低，应用更为广泛。水泥基超疏水材料自清洁性能评价方法尚未统一，其中以模拟污染物收集法应用较为广泛。由于水泥基材料工程结构复杂，影响因素众多，从实际工程应用...     

磷酸基功能化二氧化硅材料的制备、性能和应用

近些年来,二氧化硅材料因低密度、低毒性、良好的生物相容性、优良的化学与热稳定性以及优异的形貌与结构的可控性而具有巨大的应用价值.对其进行改性,引入有机功能基,从而制备功能化二氧化硅材料有助于进一步提高其性能并扩展其应用范围.因优异的性能与潜在的应用价值功能化二氧化硅材料引起了众多研究者们的关注,而磷酸基功能化二氧化硅材料是其中的一个研究热点.本文归纳了磷酸基功能化二氧化硅材料的研究进展,对其制备及应用作了相关介绍.磷酸基功能化二氧化硅的制备方法主要包括磷酸硅烷偶联法和后磷酸化法.在磷酸硅烷偶联法中,基于磷酸硅烷的引入,分为后嫁接法与共缩聚法,其中后嫁接法主要是采用磷酸硅烷对二氧化硅材料进行改性,在材料表面形成硅氧硅键以引入磷酸基团;共缩聚法主要是磷酸硅烷与其他硅烷共同水解缩合,形成硅氧硅网络以引入磷酸基团.后磷酸化法中,基于反应中所形成的化学键,主要分为硅氧磷键法、碳磷键法、碳氧磷键法,其中硅氧磷键法是通过磷酸或磷酸衍生物对二氧化硅材料表面的硅羟基进行改性,通过形成硅氧磷键引入磷酸基团.碳磷键法主要是对功能化的二氧化硅进行Arbuzov反应或Mannich反应形成碳磷键以引入磷酸基团.碳氧磷键法主要是磷化试剂对环氧基功能化的二氧化硅进行改性,通过环氧开环反应,以形成碳氧磷键的方式引入磷酸基团.凭借磷酸基团优异的络合能力、充足的酸性位点、优异的质子自脱离能力、良好的生物活性以及二氧化硅本身优异的性能,磷酸基功能化二氧化硅材料在吸附、催化、电导、生物医学等方面具有优异的性能与广阔的应用价值.最后本文对磷酸基功能化二氧化硅材料未来的发展进行了展望.     

锌离子电容器用碳基正极材料的研究进展

锌离子电容器凭借锌资源储量丰富、理论容量高等特点,在获得安全可靠、性能优异的混合型电容器方面展现出极具竞争力的优势,已逐渐成为新能源储能领域的研究热点。碳基材料因其原料来源广泛、制备过程简单、表面易修饰等特点,常被用作锌离子电容器的正极材料。本文总结了碳基电极材料在柔性/非柔性锌离子电容器应用中的最新研究进展,阐述了碳基材料结构与表面性质对其性能的影响,同时对碳基材料正极的储能机理进行了讨论。最后,梳理了目前碳基正极材料的研究热点和未来发展方向。     

亲水型功能化石墨烯的分散性及其对水泥基复合材料力学性能的影响

为了解决石墨烯纳米片在水泥基体中的分散问题,采用芳基重氮盐(F)对氧化石墨烯(GO)进行改性,制备了一种新型亲水型功能化石墨烯(FG)。结果表明,FG在水溶剂中最大的分散浓度能够达到2.1 mg/mL。FTIR、拉曼光谱和XPS结果表明F成功对石墨烯进行了表面改性。对比纯水泥基体材料,本文所制备的亲水型FG/水泥复合材料的28天抗折强度和抗压强度相对提高了95.3%和78.3%。F对GO进行改性,实现了石墨烯在水泥基材料中的均匀分散及对其力学性能的提升。      

纳米碳/水泥基复合材料研究进展

纳米碳材料以其独特的结构及微观形貌,优异的力学、电学特性等,在信息、材料、能源、生物制药等领域引发了革命性创新。近年来,纳米碳材料以极低的掺量,表现出对水泥基复合材料微观结构、宏观力学性能的改善,同时赋予传统水泥基材料导电性、压阻性等功能特性。本文结合纳米碳材料自身形貌及表面化学特性等,综述了近年来纳米碳材料对水泥水化及微观结构的影响,纳米碳/水泥基复合材料的力学性能及压阻性等,并指出当前存在的问题及未来可能的研究方向。     

碳基吸波材料的研究进展

传统吸波材料由于密度大、吸收频带窄使其应用受到限制,新型吸波材料的探索和研究将会成为吸波材料领域的主要发展方向。碳材料以其独特的物理化学性能一直备受关注。先进碳材料已成为新材料领域的发展重点。碳材料是最早用来吸收电磁波的材料之一,近年来碳基吸波材料的性能不断提高并应用于更多领域。介绍了碳基(石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管)吸波材料的性能,分析了各种吸波材料的主要特点,总结了近年来国内外碳基吸波材料的研究进展及发展趋势,展望了碳基吸波材料的发展前景。     

碳基/羰基铁复合吸波材料的研究进展

碳基/羰基铁复合吸波材料结合了各自优势,具有独特的物理化学特性和良好的吸波性能,成为近年来研究热点之一。本文结合国内外最新研究成果,介绍了羰基铁吸波剂自身改性的研究现状,将碳基/羰基铁复合吸波材料的研究成果系统归纳为6大类,即石墨烯/羰基铁复合吸波材料、碳纳米管/羰基铁复合吸波材料、碳纤维/羰基铁复合吸波材料、炭黑/羰基铁复合吸波材料、石墨/羰基铁复合吸波材料以及其他碳材料与羰基铁的复合吸波材料,并进行了详细介绍。最后,指出了碳基/羰基铁复合吸波材料未来研究亟待解决的性能调控和轻量化等问题,展望了其在宽频隐身等方面的发展前景。     

聚丙烯腈基介孔碳材料的制备与应用研究进展

介孔碳材料不仅具有高比表面积和大孔径,还具有表面疏水性、良好的水热稳定性及优异的导电性等特点,在催化、电化学等诸多领域具有广阔的应用前景,成为国内外研究的热点之一。文中主要综述了近年来利用聚丙烯腈制备介孔碳材料的研究进展,并简要阐述了不同形貌的聚丙烯腈基介孔碳材料的制备方法及在催化剂载体、超级电容器、燃料电池等领域的具...     

碳基导电材料在传感检测分析中的应用研究进展

碳基导电材料是指以碳原子为骨架的材料体系,具有结构多样、可调控性强和化学稳定性高等优异性能。将碳基导电材料引入传感检测分析可以改善传感器的信号强度,提高传感检测分析的稳定性。与传统材料制成的传感器相比,使用碳基导电材料制备的传感器检测分析物质具有更高的灵敏度、更低的检测限及更宽的线性范围。因此,基于碳基导电材料的检测分析技术已显现出巨大的潜力,在医学诊疗、环境监测和食品检测等领域均具有广阔的应用前景。本文介绍了以维度划分的碳基导电材料的类别及其所制备的传感器在传感检测分析中的应用,提出了碳基导电材料及其所制备的传感器在检测分析物质中存在的问题及挑战,并对未来研究的趋势进行了展望。     

碳材料促进硝基/卤素取代类有机污染物还原降解的研究进展

碳材料,包括纳米碳(石墨烯、碳纳米管等)和无定形碳(活性炭、生物炭和黑炭等),因其比表面积大、表面性质各异、导电储电性能优异,已被广泛应用于化工、能源、环保等领域。在环境应用中碳材料主要被用作吸附剂,但近十年来,碳材料作为电子传递介质与环境中多种电子供体(硫化物、产电微生物等)和电子受体(有机污染物、≡Fe~(III)等)的相互作用逐渐成为环境领域的研究热点。研究碳材料的电子传递过程和控制机理,对于理解和开发其在环境过程和环境修复中的作用意义重大。现有的相关研究主要集中在碳材料促进硫还原和微生物还原系统中硝基芳香类(NACs)和卤代烃类(R-X)污染物的还原降解,然而,碳材料的作用机理受电子供体种类、污染物性质和碳材料表面特征等因素影响,其发生机理各不相同,目前已被广泛认知的机制主要有以下三种:(1)碳材料表面官能团(如醌类)作为氧化还原媒介,提高电子传递效率;(2)碳材料的石墨化结构和表面缺陷位的导电作用,能够高效传导电子;(3)在硫化物还原体系中,吸附态S2-在碳表面形成的中间体作为还原活性位点,加速污染物的还原。此外,碳材料比表面积、孔隙度和表面电性的差异,有机污染物自身结构性质的差异,含碳体系(生物、非生物)的差异等因素也会直接或间接地影响碳材料对有机污染物催化还原降解的主控机理。由于碳材料自身结构和表面性质的复杂性,现有研究对该类过程的机理认知还不完整。本文系统地梳理了国内外有关碳材料介导NACs和R-X类有机污染物还原降解过程的作用机理,列举了依据现有的机理认知来提高碳材料性能的改性技术及其应用。对纳米碳材料而言,表面修饰和表面掺杂等通常能提高其传质效率和能量利用效率;对于多孔碳材料而言,化学活化(H3PO4或ZnCl2)和热处理等手段能增大碳材料比表面积,提高其导电性和电子储存能力,从而加强碳材料对NACs和R-X的催化降解效果,为应用碳材料修复地下水环境污染提供理论依据。碳材料促进有机污染物转化的现实意义在于:一方面,自然界中存在多种碳的形态,将直接或间接影响环境中有机物的迁移转化和元素循环;另一方面,碳材料具有环境友好性,其对有机污染物的催化降解作用在环境修复中具有巨大的应用潜力。碳材料也有望在今后的环境功能材料方面发挥更大的作用,为地下水中NACs和R-X的去除提供新的理论指导。     

石墨烯掺杂碳基复合材料的研究进展

石墨烯是目前国内外研究的热点,其本身作为碳基材料与其他类型的碳基材料进行复合具有重要的研究价值.在简要介绍石墨烯性质的基础上,综述了近年来石墨烯与其他主要碳基材料进行复合的进展,主要包括C60、碳纳米管、炭黑、介孔碳及活性炭等,介绍了这些材料的实验合成方法与原理,并对其性能进行了比较分析,还重点阐述了石墨烯掺杂碳基复合材料现阶段的应用,并展望了该类材料在未来的发展方向.     

木质基光敏变色功能材料的疏水性能研究

光敏变色木质基功能材料拓展了木质材料的应用领域和发展方向,但覆于木材表面的光敏变色聚乙烯醇膜遇水易水解,因此其疏水性能的研究迫在眉睫。探讨了甲苯二异氰酸酯(TDI)含量、多元醇种类及含量、改性温度和改性时间对样品表面疏水性能的影响,得出经两步法疏水改性后样品表面接触角最大值为133°,使木质基光敏变色功能材料的表面具有疏水性能,从而扩大了应用范围。     

碳微/纳米纤维复合微波吸收材料的研究进展

随着电子信息技术的蓬勃发展,电磁干扰及电磁污染已成为亟须解决的问题,因此电磁波吸收材料引起研究人员的关注.铁基复合材料和陶瓷基复合材料作为传统吸波材料存在密度大、吸收性能差、吸收频宽窄等缺点,极大地限制了其在电磁波吸收领域的应用.碳基复合材料因具有密度低、电导率高等优点,在吸波材料中脱颖而出.其中石墨烯、碳纳米管复合材料呈现出优异的吸波性能,但石墨烯、碳纳米管的合成方法繁琐、制备成本高,严重阻碍了其工业化应用.碳纤维具有可规模化生产、热稳定性高、分散性好的优势.碳纤维是一种电阻率相对低(<10-3Ω·m)的介电损耗吸波材料.单一碳纤维因为介电常数高,不能直接用于吸波领域,所以对其进行改性,调控电磁特性,使其具有优异的电磁波吸收性能.近年来,颗粒、涂层改性碳纤维复合吸波材料的相关研究取得了一定的成果,但与石墨烯、碳纳米管复合材料相比,在吸波性能方面仍然有一定的差距.因此,需进一步提升碳纤维复合材料的吸波性能,研究工艺简单、低成本的制备方法,以利于工业化应用.本文介绍了吸波材料的电磁波吸收理论,并综述了近年来碳纳米纤维、碳微米纤维、碳螺旋纤维复合材料的吸波机理和吸波性能的研究进展,对碳纤维复合吸波材料的发展趋势进行了展望.     

纳米碳材料的辐射改性及其应用进展

碳材料是自然界中与人类关系最为密切的重要材料之一,伴随着纳米科技的发展,具有纳米结构的功能碳材料的研究逐渐深入,已经出现了石墨烯、碳纳米管等性能优异的纳米碳材料。纳米碳材料具有机械强度高、导热导电能力强等诸多优点以及环境友好特性,能够满足绿色化学和可持续性发展的要求,因而其在复合材料中的应用成为相关领域的研究热点。纳米碳材料的引入可以显著提高复合材料的性能,并且还可以赋予材料新的性能,其在功能复合材料方面有良好的应用前景。然而,由于纳米碳材料自身的结构特点,其在溶剂和聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性较差,这一直阻碍着其性能在复合材料中的发挥,甚至可能导致材料的整体性能降低。因此,提高纳米碳材料的分散能力和使用性能一直是研究的难点和热点。通过化学的方法提高纳米碳材料的分散能力,操作过程复杂,生产成本增加,且化学品试剂大多具有很强的毒性。近年来,纳米碳材料的辐射改性受到各界广泛的重视,利用辐射技术制备和官能化修饰纳米碳材料,可以显著提高纳米碳材料的分散能力和与基体的相容性。辐射刻蚀和还原技术用于纳米碳材料的制备时,可对其结构进行设计,例如辐射制备短切碳纳米管,降低了碳纳米管的长度,可有效提高分散能力。利用高能射线还可将氧化石墨烯进行还原,提供简单高效制备石墨烯的新方法和新思路。辐射接枝可用于纳米碳材料的表面修饰,例如在碳纳米管或石墨烯表面接枝聚合含碳碳双键的酯和芳香类聚合物,提高了纳米碳材料在溶剂和聚合物基体中的分散性能,有助于制备各种高性能功能材料。本文综述了近年来辐射技术在碳纳米管、氧化石墨烯及碳纳米纤维等材料改性及其应用方面的研究进展,总结了这三种纳米碳材料的优异性能及其复合材料在生物医药、能源、智能材料等领域的最新研究进展,分析了辐射改性纳米碳材料的优势,并对今后辐射技术和纳米碳材料相结合的研究方向进行了展望。随着对纳米碳材料辐射改性的研究和产业化的不断深入,分散性能优异的纳米碳材料有望实现大规模低成本的连续批量生产,未来在功能化和高性能化复合材料等领域的应用也将会更加广阔。