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TiO_(2)@V_(2)O_(5)空心纳米球催化剂增强MgH_(2)体系储氢性能

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科学通报 2024年第14期69卷 1923-1933页

作者：史柯柯刘木子刘芳田甜王佳丽陈伟刘光宋宇飞李晋平太原理工大学化学工程与技术学院气体能源高效清洁利用山西省重点实验室太原030024 北京化工大学化学学院化工资源有效利用国家重点实验室北京100029

氢化镁(MgH_(2))是一种具有高储氢容量(7.6 wt%)的固态储氢材料,但其热力学稳定性高,动力学缓慢,限制了广泛应用.双金属氧化物催化剂对MgH_(2)储氢性能的积极影响已被许多研究者认可.本文采用简便的方法合成了具有纳米空心球结构的TiO_(... 详细信息

氢化镁(MgH_(2))是一种具有高储氢容量(7.6 wt%)的固态储氢材料,但其热力学稳定性高,动力学缓慢,限制了广泛应用.双金属氧化物催化剂对MgH_(2)储氢性能的积极影响已被许多研究者认可.本文采用简便的方法合成了具有纳米空心球结构的TiO_(2)@V_(2)O_(5)双金属氧化物催化剂.添加12 wt%TiO_(2)@V_(2)O_(5)后,MgH_(2)的起始解吸温度显著降低至204℃.在100℃条件下,MgH_(2)在15 min内吸附4.21 wt%的H_(2),在300℃条件下释放6.18 wt%的H_(2),MgH_(2)的活化能从142.78 kJ/mol降低到86.47 kJ/mol.差示扫描量热分析(differential scanning calorimeter,DSC)结果表明,MgH_(2)的氢解吸活化能从197 kJ/mol降低到76.32 kJ/mol.在300℃下循环30次后,储氢量可保持98.49%.研究表明,钛价态的可逆变化和还原金属V的催化作用改善了MgH_(2)动力学及稳定性.

关键词：氢化镁二氧化钛五氧化二钒动力学性能循环稳定性

硫酸环境下电流强度对碳纤维表面电化学活化的影响

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1788-1797页

作者：马崇攀张洋张恒高爱君王宇北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

碳纤维的碳含量在90%以上,表面惰性强,表面活化处理是其制备过程中的重要工艺。研究采用XPS、Raman、动态接触角、单丝拉伸和界面剪切强度等测试方法,借助非接触式阳极氧化装置,明确了稀H2SO4作为电解液时电流强度对电化学活化碳纤维表... 详细信息

碳纤维的碳含量在90%以上,表面惰性强,表面活化处理是其制备过程中的重要工艺。研究采用XPS、Raman、动态接触角、单丝拉伸和界面剪切强度等测试方法,借助非接触式阳极氧化装置,明确了稀H2SO4作为电解液时电流强度对电化学活化碳纤维表面结构和性能的影响。结果表明:活性氧[O]进攻碳纤维表面使其含氧活性官能团含量增加,在本研究范围内电流越大活化效果越显著;处于阳极附近的碳纤维,受静电与扩散作用影响,SO_(4)^(2−)和S_(2)O_(8)^(2−)进入碳结构内部间隙,碳纤维表面S/C升高,直径增大。在SO_(4)^(2−)刻蚀作用下,碳纤维表面无序碳结构脱落而缺陷减少,石墨化程度降低;SO_(4)^(2−)和S_(2)O_(8)^(2−)插层进入碳结构内部,通过静电作用形成缔合结构,在刻蚀和插层的共同作用下,碳纤维的单丝拉伸强度提升,最高提高了16.77%。0.5 A电流处理后,碳纤维表面粗糙度提升,表面可与环氧树脂基体反应的羟基、羧基官能团含量最高,碳纤维表面极性最强,与去离子水的动态接触角由未处理时的89.9°降低到50.6°,相应的复合材料界面剪切强度提高了47.70%。

关键词：碳纤维电化学活化表面结构稀硫酸活性氧[O]

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DNA纳米技术应用于水环境污染示踪

科学通报 2024年第1期69卷 112-126页

作者：王常茜仰大勇罗丹廖人宽中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193 复旦大学化学与材料学院上海200438 Department of Biological and Environmental Engineering Cornell UniversityIthaca 14853USA

水环境污染是当前人类社会所面临的严峻挑战之一,阻碍了全球生态环境和社会经济的可持续发展.潜在污染源众多和水文地质条件的复杂性导致对污染源追溯、污染范围界定和污染程度量化等问题的研判十分棘手.针对这些难题,已发展了多种水环... 详细信息

水环境污染是当前人类社会所面临的严峻挑战之一,阻碍了全球生态环境和社会经济的可持续发展.潜在污染源众多和水文地质条件的复杂性导致对污染源追溯、污染范围界定和污染程度量化等问题的研判十分棘手.针对这些难题,已发展了多种水环境污染物迁移示踪系统,例如离子化合物、有色染料和同位素等,这些示踪系统的应用对水环境污染治理起到了重要的推动作用.近年来,快速发展的基于脱氧核糖核酸(deoxyribo nucleic acid,DNA)纳米技术的示踪方法(DNA示踪技术)逐渐崭露头角,其是应用DNA片段作为特异性标记物进行水环境污染示踪.与已有的示踪技术相比,DNA示踪技术具有示踪剂数量巨大、特异性强、检测灵敏、运移及降解特性可控和环境友好等诸多优势,是极具潜力的新一代示踪技术.DNA示踪技术的研发与应用集成了生物化学、材料科学、环境工程和水文地质等多学科知识,是典型的交叉研究领域.为促进DNA示踪技术体系的长足发展以及水环境污染防治能力的不断增强,本文重点阐述了DNA片段作为水环境污染示踪剂的原理与方法,全面梳理了DNA示踪技术体系的发展脉络,总结探讨了DNA示踪技术在水环境污染示踪研究中的典型应用,最后展望了未来重要的研究方向.

关键词：生物纳米技术基因序列示踪剂污染物运移水环境保护

基于主客体掺杂室温磷光材料的氧气传感材料（英文）

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有机化学 2024年

作者：张惟李庚辰苏昊戴文博孙鹏石建兵佟斌蔡政旭董宇平北京理工大学材料学院结构可控先进功能材料与绿色应用实验室中国科学技术大学合肥国家实验室温州大学化学与材料工程学院温州大学温州市生物保健材料与化学重点实验室北京理工大学前沿交叉科学研究院

定量氧气检测，特别是在低浓度下的检测，在生物、复杂环境和化学过程工程中具有重要意义。由于磷光的三线态激子对氧气的高灵敏度和快速响应，纯有机室温磷光用于氧气检测近年来引起了人们的广泛关注。然而，在室温下纯有机主客体掺杂... 详细信息

定量氧气检测，特别是在低浓度下的检测，在生物、复杂环境和化学过程工程中具有重要意义。由于磷光的三线态激子对氧气的高灵敏度和快速响应，纯有机室温磷光用于氧气检测近年来引起了人们的广泛关注。然而，在室温下纯有机主客体掺杂材料同时实现超长磷光和定量氧气检测仍然面临挑战。为实现磷光需要限制发光基元的非辐射弛豫需要的主体分子间紧密堆积，致使氧气不容易进材料体系中，进而难以实现对氧气的响应。本研究探讨了由4',4'-二叔丁基-4-溴三苯胺（TPABuBr）和4-溴代正丁基萘酰亚胺（NIBr）组成的主客体掺杂室温磷光材料在低氧环境下的氧敏感性。该掺杂材料在室温下展现出荧光和磷光双发射特性。主体TPABuBr中的叔丁基基团使晶体结构中存在适当的分子间距，赋予了掺杂材料氧透过性。掺杂材料的磷光发射强度与氧体积分数之间的线性关系符合Stern-Volmer方程，可用于定量分析氧浓度，且具有快速响应和优异的光稳定性，展示了其作为氧传感器的潜力。总的来说，本研究阐述了NIBr/TPABuBr掺杂材料的设计和特性，展示了其在氧浓度检测方面的潜力，为设计氧传感系统提供了新思路。

关键词：有机室温磷光主客体掺杂策略氧敏感材料氧气浓度检测

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3D打印聚酰亚胺材料研究与进展

中国科学：化学 2024年第6期54卷 856-870页

作者：杜新玉刘仪莫松何民辉翟磊范琳极端环境高分子材料重点实验室中国科学院化学研究所北京100190 中国科学院大学化学科学学院北京101408

3D打印可根据三维数字化模型在不使用模具的前提下将制件逐层成型,具有传统成型工艺难以企及的效率与经济优势,已在轨道交通和航空航天等领域得到应用.但可打印聚合物材料种类与性能不足,制约了3D打印从原型制备技术向工程制造技术的发... 详细信息

3D打印可根据三维数字化模型在不使用模具的前提下将制件逐层成型,具有传统成型工艺难以企及的效率与经济优势,已在轨道交通和航空航天等领域得到应用.但可打印聚合物材料种类与性能不足,制约了3D打印从原型制备技术向工程制造技术的发展.聚酰亚胺本征兼具高耐热性与优异力学性能,将3D打印技术与聚酰亚胺材料相结合有助于缩小3D打印与传统成型技术的差距,释放3D打印工业应用潜力.本文总结了近年来国内外3D打印聚酰亚胺的发展现状,重点从聚酰亚胺物理与化学特性调控、材料制备与改性、3D打印工艺与后处理工艺优化、打印件性能与功能以及尺寸稳定性等方面对熔融沉积、立体光刻、数字光处理、直接墨水书写、紫外辅助直接墨水书写以及选择性激光烧结成型聚酰亚胺的研究工作进行了介绍,并对3D打印聚酰亚胺未来发展面临的挑战进行了讨论分析.

关键词： 3D打印聚酰亚胺力学性能耐热性尺寸稳定性

叶蛇纹石和硅灰石对聚四氟乙烯摩擦磨损行为的影响

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2081-2093页

作者：王晨白志民于鹤龙尹艳丽宋占永王申杨喆中国地质大学(北京)材料科学与工程学院北京100083 陆军装甲兵学院再制造技术国家级重点实验室北京100072 西安理工大学印刷包装与数字媒体学院西安710048

将层状硅酸盐矿物引入聚合物以改善其摩擦学性能的研究,为发展智能自修复型复合材料提供了新思路。将叶蛇纹石和硅灰石粉体作为填料引入聚四氟乙烯(PTFE),通过球磨混合-冷压成型-无压烧结的方式制备得到不同成分的矿物增强PTFE基复合材... 详细信息

将层状硅酸盐矿物引入聚合物以改善其摩擦学性能的研究,为发展智能自修复型复合材料提供了新思路。将叶蛇纹石和硅灰石粉体作为填料引入聚四氟乙烯(PTFE),通过球磨混合-冷压成型-无压烧结的方式制备得到不同成分的矿物增强PTFE基复合材料。研究了复合材料物相结构、微观形貌与成分、邵氏硬度和干摩擦条件下的摩擦磨损行为,讨论了叶蛇纹石和硅灰石粉体对PTFE/高碳铬轴承钢摩擦副的减摩抗磨协同机制。结果表明:得益于矿物对PTFE的强化作用和对偶表面兼具高硬度和自润滑特性的摩擦反应膜的形成,复合材料表现出优异的摩擦学性能;与添加单一叶蛇纹石相比,硅灰石矿物的添加降低了叶蛇纹石的相变温度,促进了摩擦反应膜的形成,对改善复合材料的摩擦学性能具有良好的协同作用;同时添加10%(质量分数)叶蛇纹石和20%(质量分数)硅灰石的PTFE基复合材料平均摩擦系数和磨损体积较纯PTFE分别降低44.2%和71.4%。

关键词：叶蛇纹石硅灰石聚四氟乙烯摩擦反应膜摩擦磨损

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咪唑鎓盐基材料电催化二氧化碳还原研究进展

物理化学学报 2024年第4期40卷 131-145页

作者：张强黄远标曹荣中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室福州350002 中国福建光电信息科学与技术创新实验室福州350108 中国科学技术大学化学与材料科学学院化学系合肥230000 中国科学院大学北京100049

随着化石能源的使用日益增加,大气中CO_(2)的浓度不断上升,给环境带来了挑战。通过催化将CO_(2)转化为高附加值化学品为解决这些问题提供了一个机会,并为燃料合成开辟了一条新的途径,最终有助于减少CO_(2)排放并实现碳中和。在众多的方... 详细信息

随着化石能源的使用日益增加,大气中CO_(2)的浓度不断上升,给环境带来了挑战。通过催化将CO_(2)转化为高附加值化学品为解决这些问题提供了一个机会,并为燃料合成开辟了一条新的途径,最终有助于减少CO_(2)排放并实现碳中和。在众多的方法中,利用可再生清洁能源进行CO_(2)电还原反应(CO_(2)RR)以其反应条件温和、反应进度可控、环境友好以及可以产生大量的附加值产品而受到重视。在此背景下,咪唑鎓基材料及其衍生物已成为CO_(2)RR的有潜力的候选材料。这些材料对CO_(2)有很强的亲和力,并且在CO_(2)RR系统中作为电解质和电催化剂都有应用。所以它们的主要优点之一是能够在催化体系中富集CO_(2),有效地抑制析氢副反应(HER),并提高CO_(2)RR产物的选择性。了解电催化条件下咪唑鎓基离子液体(Im-ILs)与CO_(2)分子之间的相互作用机制对于从分子角度深入了解为什么添加Im-ILs可以改善CO_(2)RR性能至关重要。此外在非均相电催化剂中,Im-ILs作为表面修饰基团和捕集剂,可以显著改变催化剂的表面环境和疏水性,从而促进CO_(2)RR。值得注意的是,Lehn型和金属卟啉分子催化剂中的咪唑鎓基团已被发现对这些催化剂在CO_(2)RR中的性能有影响。N-杂环卡宾(NHC)基电催化剂作为咪唑鎓与CO_(2)相互作用的活性形式之一,表现出优异的CO_(2)RR性能。将NHC基电催化剂引入多孔多相催化剂和分子催化剂中,可以稳定金属纳米颗粒,提高捕获CO_(2)的能力,从而提高CO_(2)RR活性。总之,在CO_(2)RR中使用咪唑鎓基材料对于推进CO_(2)转化,实现可持续、有效合成高附加值化学品具有巨大的前景。

关键词： CO_(2)电还原离子液体咪唑鎓盐氮杂环卡宾金属纳米颗粒

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空腔材料的化学创制、功能调控及应用

科学通报 2024年第16期69卷 2107-2109页

作者：王丹宋宇飞李建荣中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室生物药制备与递送重点实验室(中国科学院)北京100190 北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室北京100029 北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

空腔材料包括中空、多孔、管状等材料.由于具有空腔结构、高孔隙率、结构化表面等多尺度纳米结构和组成,空腔材料可实现物质的高效负载和传递,被广泛用于能量转换与存储、催化、吸附、分离、生物医药等领域.随着合成方法的进步,具有多... 详细信息

空腔材料包括中空、多孔、管状等材料.由于具有空腔结构、高孔隙率、结构化表面等多尺度纳米结构和组成,空腔材料可实现物质的高效负载和传递,被广泛用于能量转换与存储、催化、吸附、分离、生物医药等领域.随着合成方法的进步,具有多壳层、多腔体等独特复杂结构的空腔材料展示出更为丰富的功能和更加广阔的应用前景.实现功能导向空腔材料的设计、合成与过程的精准控制是突破现有材料的性能极限和功能制约的关键.

关键词：功能导向空腔结构生物医药高孔隙率结构化表面功能调控性能极限精准控制

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胆甾相液晶图案的动态调控与应用

液晶与显示 2024年第3期39卷 349-368页

作者：尚园园王京霞江雷黄冈师范学院化学化工学院湖北黄冈438000 中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室北京100190

自然界光子晶体图案为生物的生存提供了独特的功能,例如变色龙使其皮肤图案颜色适应环境以进行伪装保护,头足类动物(鱿鱼、墨鱼、章鱼等)能够产生宽波长范围的结构颜色和光学图案以利于物种间的信息交流。受自然界光学图案的特殊功能启... 详细信息

自然界光子晶体图案为生物的生存提供了独特的功能,例如变色龙使其皮肤图案颜色适应环境以进行伪装保护,头足类动物(鱿鱼、墨鱼、章鱼等)能够产生宽波长范围的结构颜色和光学图案以利于物种间的信息交流。受自然界光学图案的特殊功能启发,胆甾相液晶的图案得以开发,并在数据存贮、传感器、柔性智能器件等方面展示了潜在应用。本文综述了胆甾相液晶图案的外场刺激响应性、功能演变及其应用。首先,总结了胆甾相液晶图案的外场刺激响应性,包括光、电、热、机械力和溶剂。其次,介绍了胆甾相液晶图案的各种应用,如具有加密和解密功能的存贮器件、信息安全防伪设备、柔性可穿戴传感器和圆偏振发光系统等。最后,介绍了胆甾相液晶图案的前景和挑战。本文为构建基于胆甾相液晶图案的新型功能材料提供了基础。

关键词：胆甾相液晶光学图案外场调控