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碳布负载的钴镍双金属沸石咪唑框架作为独立电极用于高效电催化析氧反应

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物理化学学报 2024年第3期40卷 69-70页

作者：白武鑫周倩倩卢振杰宋晔付永胜南京理工大学软化学与功能材料教育部重点实验室南京210094

开发低成本、高效和稳定的电催化剂对于加快水分解中的析氧反应(OER)速率,实现可再生、清洁和大规模能源转换技术至关重要。在本文中,我们开发了一种简单的方法来制备钴镍双金属沸石咪唑框架(CoNi-ZIF),通过低温热解去除客体分子将CoNi-... 详细信息

开发低成本、高效和稳定的电催化剂对于加快水分解中的析氧反应(OER)速率,实现可再生、清洁和大规模能源转换技术至关重要。在本文中,我们开发了一种简单的方法来制备钴镍双金属沸石咪唑框架(CoNi-ZIF),通过低温热解去除客体分子将CoNi-ZIF纳米片牢固地负载到碳布(CoNi-ZIF-CC-200)上。组装的独立电极避免了对粘合剂的依赖和无效表面积的增加,从而显著提高了催化剂的催化活性和传质效率。电化学测试结果表明CoNi-ZIF-CC-200独立电极在OER过程中表现出良好的电化学活性和稳定性。CoNi-ZIF-CC-200独立电极在10 mA·cm^(-2)下表现出255 mV的低过电位,并且在恒电位测量过程中保持10 h以上的稳定运行。此外,由CoNi-ZIF-CC-200独立电极作为阳极和Pt/C作为阴极组成的水分解系统表现出优异的稳定性。

关键词： CoNi-ZIF 低温热解自支撑电极析氧反应

三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

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无机化学学报 2024年第1期40卷 155-163页

作者：杨小龙王晨淏卢振杰潘书刚付永胜汪信南京理工大学软化学与功能材料教育部重点实验室南京210094 常州工学院常州213032

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉... 详细信息

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容高达294.65 F·g^(-1),循环伏安曲线在50 mV·s^(-1)扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^(-1)时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^(-1),在1 A·g^(-1)下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。

关键词：羟基化碳纳米管氧化石墨烯水热合成三维气凝胶超级电容器

铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展（英文）

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物理化学学报 2024年第4期 115-138页

作者：丁慧伟彭博王志豪韩巧凤南京理工大学软化学与功能材料教育部重点实验室

随着经济的快速增长，环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源，受到了许多研究人员的关注，最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知，光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能，为环境污染提供解... 详细信息

随着经济的快速增长，环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源，受到了许多研究人员的关注，最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知，光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能，为环境污染提供解决方案。因此，半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本，在光催化领域受到欢迎。然而，纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题，导致光催化性能低。为了克服这些限制，人们设计了各种策略，比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中，元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂，我们将其分为三类：碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属掺杂，并详细介绍了每种掺杂的优缺点。非金属掺杂则被分为卤素掺杂和非卤素掺杂，并重点研究非金属掺杂对铋基材料的影响。此外，我们还纵向比较了每个元素的优点。结合最近的研究进展，简要介绍了结合金属和非金属元素优点的共掺杂。对于金属沉积，我们主要从肖特基势垒和局域表面等离子体共振(LSPR)效应两个方面介绍了对Bi基材料的影响。最后，我们也呈现了金属或非金属改性Bi基光催化剂目前面临的挑战和前景。

关键词：铋基光催化剂金属掺杂非金属掺杂共掺金属沉积电子结构

环糊精金属有机框架材料对发射药静态燃烧火焰特性的影响

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含能材料 2024年第8期32卷 839-847页

作者：李雯佳柴亚朦方嵩杭王彬彬丁亚军肖忠良周杰南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝... 详细信息

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝化纤维素(NC)中显示出良好的物理分散性和化学相容性。此外,添加CD-MOF的NC在热分解时产生的易燃和有害气体(CO、NO、NO_(2)和N_(2)O)更少。添加γ-CD-MOF的单基药在燃烧时表现出最小的火焰面积(119.6 mm^(2)),而添加β-CD-MOF的单基药显示出更低的火焰面积标准偏差(8.4 mm^(2)),表明其消焰效能更稳定。相比之下,添加KNO_(3)的单基药火焰面积最大(392.7 mm^(2))。

关键词：环糊精金属有机框架发射药硝化纤维素静态燃烧火焰热分解

超临界二氧化碳在螺杆挤出过程中塑化混合酯发射药的研究:在线流变仪设计与实验测量

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火炸药学报 2024年第2期47卷 188-196,I0004页

作者：顾晗应三九胡启鹏汪超南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 教育部特种能源材料重点实验室江苏南京210094

为了改善混合酯发射药的加工流动性,在其挤出过程中注入超临界二氧化碳(SC-CO_(2))作为增塑剂;为了更好地研究塑化过程,设计制造了一个在线狭缝流变仪用来测量混合酯发射药的剪切黏度和流变参数。流动曲线表明,混合酯发射药和SC-CO_(2)... 详细信息

为了改善混合酯发射药的加工流动性,在其挤出过程中注入超临界二氧化碳(SC-CO_(2))作为增塑剂;为了更好地研究塑化过程,设计制造了一个在线狭缝流变仪用来测量混合酯发射药的剪切黏度和流变参数。流动曲线表明,混合酯发射药和SC-CO_(2)/发射药混合物都是非牛顿假塑性流体,幂律模型可以用来描述SC-CO_(2)/发射药混合物的流变行为。实验研究了剪切黏度随加工温度和增塑剂含量的变化规律,结果显示较高的加工温度有利于降低剪切黏度。在注入SC-CO_(2)后,黏流活化能降低了约20 kJ/mol。SC-CO_(2)被证明是一种有效的增塑剂,可以显著改善混合酯发射药的流动性。并且随着SC-CO_(2)含量的增加,挤出过程中的流动性会更好,但增塑剂含量的不断增加并不能无限制地提升塑化效果。

关键词：物理化学混合酯发射药超临界二氧化碳流变仪塑化增塑剂

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

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物理化学学报 2024年第2期40卷 89-95页

作者：胡雪晨夏求应岳钒何欣怡梅正浩王金石夏晖黄晓东东南大学集成电路学院 MEMS教育部重点实验室南京210096 南京理工大学材料科学与工程学院南京210094

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、... 详细信息

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、高安全场合应用。为此,本文系统研究了LiNbO_(3)薄膜的电化学性能,结果表明:LiNbO_(3)薄膜呈现高比容量(410.2 mAh·g^(-1))、高倍率(30C时比容量80.9 mAh·g^(-1))和长循环性能(2000圈循环后的容量保持率为100%),以及高的室温离子电导率(4.5×10^(-8)S·cm-1)。在此基础上,基于LiNbO_(3)薄膜构建出全固态薄膜锂离子电池Pt|NCM523|LiPON|LiNbO_(3)|Pt,其展现出较高的面容量(16.3μAh·cm^(-2))、良好的倍率(30μA·cm^(-2)下比容量1.9μAh·cm^(-2))及长循环稳定性(300圈循环后的容量保持率为86.4%)。此外,该电池表现出优秀的高温性能,连续在100℃下工作近200 h的容量保持率高达95.6%。研究表明:LiPON|LiNbO_(3)界面不论在充放电循环还是高温下均非常稳定,这有助与提升全电池综合性能。

关键词：全固态锂离子电池 LiNbO3薄膜负极界面高温稳定性

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高大毛壳对硝化纤维素的降氮机理

兵工学报 2024年第3期45卷 875-884页

作者：黄娟薛会会张阿磊陈可泉周杰丁亚军肖忠良南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094 南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京211816

针对废旧火药存在严重的安全隐患问题,通过对硝化纤维素(Nitrocellulose,NC)生产的废液处理池及其周边进行采样、富集、驯化和分离纯化,获得5株能够降低NC含氮量的微生物,并对其中降氮效果最佳的高大毛壳进行时间优化实验,发现随着时间... 详细信息

针对废旧火药存在严重的安全隐患问题,通过对硝化纤维素(Nitrocellulose,NC)生产的废液处理池及其周边进行采样、富集、驯化和分离纯化,获得5株能够降低NC含氮量的微生物,并对其中降氮效果最佳的高大毛壳进行时间优化实验,发现随着时间的延长,NC含氮量可从13.06%降至10.83%,X射线光电子能谱结果显示NC表面氮元素含量逐渐降低;利用傅里叶变换红外光谱、显微共聚焦拉曼仪和凝胶渗透色谱仪对NC分子结构和分子量进行表征,红外光谱表明高大毛壳与O—NO 2发生水解反应,导致NC在3400 cm^(-1)左右的—OH峰强逐渐增大,拉曼光谱图显示NC含能基团(O—NO 2)的强度发生了显著降低,同时通过凝胶色谱发现,高大毛壳可使NC的数均分子质量和重均分子质量分别降低2.34%和6.40%。为进一步确定作用于NC的生物酶,利用胞外酶、胞内酶的分离以及硫酸铵梯度沉淀实验,证明0~30%硫酸铵沉淀的胞外酶能够有效降低NC的含氮量;高大毛壳对降低NC含氮量的显著作用,使其在废旧火药的再利用、高渐增发射药的生物脱硝等方面具有广阔的应用前景。

关键词：硝化纤维素高大毛壳含氮量分子结构生物脱硝

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紫外分光光度计法测定硝化纤维素含氮量

含能材料 2024年第5期32卷 537-544页

作者：薛会会黄娟张阿磊陈可泉周杰丁亚军肖忠良南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094 南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京211816

为发展绿色无毒、操作简单且结果准确的NC含氮量测量方法,基于硝化纤维素(NC)在碱液中水解后产生的亚硝酸根(NO_(2)^(-))与硝酸根(NO_(3)^(-))的摩尔比与NC含氮量之间的线性关系,采用紫外分光光度计法分析了NC含氮量。在相同的反应条件... 详细信息

为发展绿色无毒、操作简单且结果准确的NC含氮量测量方法,基于硝化纤维素(NC)在碱液中水解后产生的亚硝酸根(NO_(2)^(-))与硝酸根(NO_(3)^(-))的摩尔比与NC含氮量之间的线性关系,采用紫外分光光度计法分析了NC含氮量。在相同的反应条件下水解5种已知含氮量的NC标品,通过紫外分光光度计测定了水解液中的NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-)含量,对测量体系的反应条件进行了优化;通过最小二乘法确定NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-)的摩尔比(y)与NC标品含氮量(x)之间的线性关系;最后用3种验证用NC样品对此法进行验证。结果表明,通过紫外分光光度计可同时测定碱解液中NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-)的含量,其最佳反应条件为:氨基磺酸浓度为20 g·L^(-1),反应时间为30 min;在最佳反应条件下得到了R2为0.9893的y与x间的线性关系式;验证结果表明,采用紫外分光光度计法得到的含氮量与实际含氮量非常吻合,相对标准偏差RSD(n=4)均小于0.150%。

关键词：硝化纤维素(NC) 含氮量紫外分光光度计 NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-)测定

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包覆微孔球扁药的结构与性能

含能材料 2024年第8期32卷 795-803,I0002页

作者：周港澳陶忠安范文豪丁亚军南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094 黑龙江北方工具有限公司黑龙江牡丹江157000

球扁药是中小口径和轻武器的主要装药,其能量释放渐增性的控制方法一直是研究的热点。通过超临界二氧化碳微发泡的内部微孔增燃与流化床包覆的表面包覆阻燃相耦合,构筑了能量释放精准可控的乙基纤维素(EC)包覆微孔球扁药,利用扫描电镜... 详细信息

球扁药是中小口径和轻武器的主要装药,其能量释放渐增性的控制方法一直是研究的热点。通过超临界二氧化碳微发泡的内部微孔增燃与流化床包覆的表面包覆阻燃相耦合,构筑了能量释放精准可控的乙基纤维素(EC)包覆微孔球扁药,利用扫描电镜和红外光谱研究其微观结构与组成,采用密闭爆发器等分析其燃烧和贮存性能。结果表明:包覆微孔球扁药表面结构完整、致密,当包覆时间从5 min增加到30 min时,包覆层的质量分数从2.32%增加到9.79%,对应的膜厚从7μm增加到33μm;相比于原药,包覆时间10 min的包覆微孔球扁药,其初始活度L_(0)和最大活度L_(m)分别降低了62.34%和55.61%,燃烧渐增性特征值A_(L-B)为1.30 MPa^(-1)·s^(-1);加速老化试验表明,包覆微孔球扁药的燃烧性能变化较小,在75℃老化14 d后,老化样品与未处理的原始样品的p‑t和L‑B曲线基本保持一致,表明EC包覆微孔球扁药具有优异的贮存稳定性。

关键词：球扁药表面包覆核-壳结构燃烧渐增性贮存稳定性