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钙钛矿太阳能电池中铅泄漏的抑制和回收

科学通报 2024年第22期69卷 3283-3298页

作者：吴伟瑜陈聪河北工业大学材料科学与工程学院天津300401

有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿成为太阳能电池、光电探测器、发光二极管等领域的研究焦点.尤其在太阳能电池领域,铅(Pb)基钙钛矿太阳能电池已经实现超过26%的高效光电转换效率和万小时以上的稳定性,商业化潜力巨大.然而,严苛的Pb元素... 详细信息

有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿成为太阳能电池、光电探测器、发光二极管等领域的研究焦点.尤其在太阳能电池领域,铅(Pb)基钙钛矿太阳能电池已经实现超过26%的高效光电转换效率和万小时以上的稳定性,商业化潜力巨大.然而,严苛的Pb元素毒性及生物环境风险评估使研究人员质疑其商业化应用前景和价值.为了减少Pb的泄漏,研究人员已经尝试采用物理隔离和化学吸附等方法对钙钛矿太阳能电池进行封装,实现Pb泄漏的抑制率达到95%以上.但最终,这些电池及光伏组件仍将面临损坏、老化和退役问题,其组分Pb仍不可避免会泄漏到环境中.要根本解决这一问题,需采用有效的“Pb泄漏抑制+绿色回收”策略,解除钙钛矿光伏规模化应用中因环境评估问题所引发的障碍.本文系统地综述了钙钛矿太阳能电池中Pb泄漏的危害、检测方法、抑制方法以及回收策略.

关键词：钙钛矿太阳能电池 Pb泄漏污染 Pb回收

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基于生物质可降解薄膜的制备与应用

化学学报 2024年第2期82卷 242-256页

作者：郭建荣张书玉贺军辉任世学中国科学院理化技术研究所北京100190 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

石油基塑料制品加工性好、低成本等优点在各行各业中需求量大且应用广泛,为人类生活带来了极大便利,促进了人类社会发展.然而在使用之后常以焚烧与填埋等处理方式直接排放到自然环境中,塑料在环境中难以降解,这将对环境与生命健康造成... 详细信息

石油基塑料制品加工性好、低成本等优点在各行各业中需求量大且应用广泛,为人类生活带来了极大便利,促进了人类社会发展.然而在使用之后常以焚烧与填埋等处理方式直接排放到自然环境中,塑料在环境中难以降解,这将对环境与生命健康造成严重威胁,产生日益严重的“微塑料”问题.在当前“禁塑令”以及“碳达峰、碳中和”的背景下,开发生物质可降解材料取代石油基塑料已成为人们关注的焦点.生物质种类丰富,源于自然植物,产量高,可再生,完全生物可降解,生物相容性好,环境友好,是完美的石油基塑料替代品.然而,经调研发现,从生物质原材料出发制备与石油基塑料具有类似性能的生物可降解材料也面临很多技术挑战,例如复杂的加工过程、成型差、机械强度较低、透明度差等.因此本综述重点聚焦于基于不同类型生物质原料制备可降解薄膜材料研究进展,分别从淀粉、果胶与壳聚糖直接生物质原料,秸秆、果壳与木材间接生物质原料出发,从生物质原料来源、组成、结构与提取,以及薄膜制备方法,包括溶剂铸造法、吹塑法、挤压法、静电纺丝等,并对所获得生物基薄膜的性能与应用进行综述.最后,梳理了当前基于生物质所制备可降解薄膜存在的不足之处和面临的挑战,并对生物质可降解薄膜材料未来的研究进行了展望.

关键词：生物质生物降解薄膜包装材料

高级氧化和可见光照射协同作用下Bi_(2)WO_(6)对有机污染物降解的催化活性增强

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物理化学学报 2024年第4期40卷 199-210页

作者：汪园青潘育松朱红梧向妍蕾韩蓉黄润杜超潘成岭安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

随着工业化社会的不断发展,环境问题日益严重。尤其是工业废水问题一直是催化降解领域的研究热点。光催化与高级氧化工艺(AOPs)耦合技术因为具有高效、无选择性、处理条件温和等特点,被认为是一种高效的有机污染物降解技术。本文以十六... 详细信息

随着工业化社会的不断发展,环境问题日益严重。尤其是工业废水问题一直是催化降解领域的研究热点。光催化与高级氧化工艺(AOPs)耦合技术因为具有高效、无选择性、处理条件温和等特点,被认为是一种高效的有机污染物降解技术。本文以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂作为模板,采用简单的水热法制备了钨酸铋(Bi_(2)WO_(6))纳米花。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)技术对其微观形貌、晶相、表面化学元素状态和光学性质进行了表征。为了研究钨酸铋(Bi_(2)WO_(6))纳米花的催化性能,在不同催化体系下降解有机污染物罗丹明B(Rh B),实验发现,于vis/过硫酸盐(PMS)/Bi_(2)WO_(6)体系下,40 min内对Rh B的去除率高达96.39%,明显优于PMS/Bi_(2)WO_(6)(40 min内去除率为38.77%)和vis/Bi_(2)WO_(6)(40 min内去除率为31.82%)体系,表明可见光照射和PMS的协同作用加速了Bi_(2)WO_(6)对Rh B降解的催化活性。此外,还研究了催化剂剂量、PMS浓度、pH值和离子浓度等环境参数对催化体系催化性能的影响。结果表明,环境参数对vis/PMS/Bi_(2)WO_(6)系统中Rh B的去除率影响不大,Rh B的去除率也高达90%。相反,环境参数对vis/PMS/Bi_(2)WO_(6)体系下催化降解率(K)有明显影响,K值会随着催化剂剂量和PMS浓度的增加而增大。在pH不同环境下,K值会随着催化体系中pH值的升高,先增大后减小。当催化体系中的pH=7时,催化降解率达到最大值(0.1502 min^(-1))。有趣的是,体系中Cl^(-)的存在有利于提高催化降解效率。相反,体系中CO_(3)^(2-)的存在会明显抑制催化降解效率。循环实验的结果也验证了催化剂在降解有机染料方面具有良好的稳定性。此外,淬灭实验和EPR测试结果表明,超氧自由基(·O_(2)^(-))和单线态氧(^(1)O_(2))对有机污染物的降解起着重要作用。Bi_(2)WO_(6)在vis/PMS协同催化体系中的优异催化活性得益于其显著的可见光响应下光催化活性和铋离子对PMS的超强活化能力。

关键词：光催化高级氧化过程 Bi_(2)WO_(6) 过硫酸盐罗丹明B

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铜掺杂氮化碳电催化硝酸盐产氨性能研究

化学学报 2024年第3期82卷 295-302页

作者：韩晶廖润华邓文强梁博宇周雨晴任帅洪燕景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院景德镇333403

NH_(3)是硝酸盐还原产物之一,不仅在工业中需要大量应用,在清洁生产过程中也是一种非常有前途的能源载体,现有的哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺生产NH_(3)会对大气环境造成危害,而电催化法由于便捷、安全且能够在常温和常压下催化合成NH_(3... 详细信息

NH_(3)是硝酸盐还原产物之一,不仅在工业中需要大量应用,在清洁生产过程中也是一种非常有前途的能源载体,现有的哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺生产NH_(3)会对大气环境造成危害,而电催化法由于便捷、安全且能够在常温和常压下催化合成NH_(3)成为最近研究的热点.本实验以3-氨基-1,2,4三唑为前驱体,利用热解法先合成C_(3)N_(5),再通过调控铜元素的比例在煅烧条件下合成Cu-C_(3)N_(5),合成一系列材料形貌、晶体构相、化学价态存在差异的C_3N_5基催化剂,并评价这些催化剂的电化学性能以及电催化硝酸盐还原产氨性能,通过在0.1 mol/L KOH+0.1 mol/L KNO_(3)混合电解液中进行1h电解实验后发现,氨气产量和法拉第效率可以达到0.541 mmol·h^(-1)·mg_(cat)^(-1)87.79%,远远高于C_3N_5,且该催化剂在循环试验和长时间实验中具有良好的活性和稳定性,表明在电催化硝酸盐领域中具有一定的研究价值.

关键词：电催化还原氨产率法拉第效率 C_3N_5基催化剂硝酸盐

(Si_(0.2)Ti_(0.2)Nb_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2))C高熵陶瓷的低温制备及吸波性能

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材料导报 2024年第3期38卷 42-47页

作者：张昊黄宗玥张妍彬魏剑西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

寻求具有良好耐高温及力学性能的新型陶瓷材料是吸波材料领域的研究热点之一。高熵碳化物陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但合成温度高且吸波性能研究较少,限制了其在高温吸波材料领域的应用。本工作采用熔盐法合成了多晶岩盐... 详细信息

寻求具有良好耐高温及力学性能的新型陶瓷材料是吸波材料领域的研究热点之一。高熵碳化物陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但合成温度高且吸波性能研究较少,限制了其在高温吸波材料领域的应用。本工作采用熔盐法合成了多晶岩盐晶型(Si_(0.2)Ti_(0.2)Nb_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2))C高熵碳化物陶瓷,研究了其物相组成、微观形貌及吸波特性。结果表明:随着反应温度的升高,样品的衍射峰逐渐锐化,吸波性能明显提高。当反应温度为1500℃时,3.72 GHz时最低反射损耗达-34.68 dB;与已报道的高熵碳化物陶瓷相比,在相同的有效吸收带宽(2.3 GHz)下,涂层厚度减少了13.3%(1.5 mm降低到1.3 mm),其介电损耗主要来源于极化损耗和导电损耗。本工作制备的高熵碳化物陶瓷可以为研究制备新型环境适应、耐高温、抗冲击的高性能单相吸波材料提供新途径。

关键词：高熵碳化物陶瓷吸波材料吸波性能介电损耗熔盐法

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SiC纤维及其复合材料吸波性能研究进展

硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2131-2147页

作者：俞婷友金丹尹洪峰汤云任小虎袁蝴蝶孙可为西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

研发适用于不同复杂环境的高性能吸波材料对于军事和民用领域均具有重要意义。SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和电导率可调节等优点,且在极端环境下也能保持良好的性能,在吸波领域具有巨大应用潜力。本综述阐述了SiC纤维的... 详细信息

研发适用于不同复杂环境的高性能吸波材料对于军事和民用领域均具有重要意义。SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和电导率可调节等优点,且在极端环境下也能保持良好的性能,在吸波领域具有巨大应用潜力。本综述阐述了SiC纤维的吸波机理,综合评述了改善SiC纤维吸波性能的4种途径,介绍了SiC纤维增强吸波复合材料的研究进展。在此基础上,对SiC纤维及其复合材料在吸波领域的发展进行了展望。

关键词：碳化硅纤维吸波性能阻抗匹配电磁损耗纤维增强复合材料

水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的影响机理

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煤炭学报 2024年第2期49卷 1111-1122页

作者：闵凡飞束庆东陈军刘春福凌云嘉安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

为探索水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的微观影响机理,以煤泥中主要矿物高岭石和石英为研究对象,依据煤泥水溶液环境构建了[Na(H_(2)O)_(5)]+及[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)两种煤泥水中常见的水合阳离子构型,并采用密度泛函理论对这2种水... 详细信息

为探索水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的微观影响机理,以煤泥中主要矿物高岭石和石英为研究对象,依据煤泥水溶液环境构建了[Na(H_(2)O)_(5)]+及[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)两种煤泥水中常见的水合阳离子构型,并采用密度泛函理论对这2种水合阳离子在高岭石(001)面、(001)面和α-石英(001)面的单一吸附及与水分子间的竞争吸附进行了模拟计算。模拟结果表明,单一水合阳离子在3种表面的吸附能均比水分子的吸附能低出50%以上,其在矿物表面的吸附稳定性顺序为:α-石英(001)面>高岭石(001)面>高岭石(001)面;在竞争吸附作用下,竞争稳定构型的吸附能比单一水合阳离子在高岭石、石英表面上的吸附能低出34%~57%,其中2种吸附条件下[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)构型均比[Na(H_(2)O)_(5)]+构型更稳定。水合阳离子在3种表面上单一吸附时,与表面形成强氢键作用,比水分子与高岭石、石英表面间的氢键作用更强,2种水合阳离子在矿物表面的氢键强弱顺序均为:高岭石(001)面>α-石英(001)面>高岭石(001)面;在竞争吸附作用下,[Na(H_(2)O)_(5)]+与矿物表面间的氢键作用增强,[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)与矿物表面间的氢键作用减小;由于氢键作用不能完全对应吸附能的变化,经分析可知,吸附构型中存在静电作用,水合阳离子单一吸附构型中的静电作用比水分子吸附时更强,而在竞争吸附作用下,水合阳离子与矿物表面间静电作用增强,同时[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)比[Na(H_(2)O)_(5)]+与对应矿物表面间的静电作用更强。由于水合阳离子在高岭石、石英表面的强吸附作用,导致煤泥颗粒脱水更加困难,同时可能增加颗粒间的水化斥力,从而导致颗粒在煤泥水中分散更稳定。

关键词：煤泥颗粒表面水化水合阳离子高岭石石英密度泛函理论

碳化物基复合材料在电磁波吸收应用中的研究进展

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工程科学学报 2024年第12期46卷 2191-2206页

作者：陈风梅高孺吴广磊青岛海尔空调器有限总公司青岛266103 青岛大学材料科学与工程学院能源与环境材料研究院青岛266071

电磁波吸收材料在过去几十年中取得了长足的进步,由于其对入射电磁波的重要衰减作用,在防辐射和反雷达探测中发挥着越来越重要的作用.随着纳米技术的蓬勃发展,高性能电磁波吸收材料的设计已不仅仅依赖于单一成分介质的固有特性,而是更... 详细信息

电磁波吸收材料在过去几十年中取得了长足的进步,由于其对入射电磁波的重要衰减作用,在防辐射和反雷达探测中发挥着越来越重要的作用.随着纳米技术的蓬勃发展,高性能电磁波吸收材料的设计已不仅仅依赖于单一成分介质的固有特性,而是更加注重不同成分的协同效应,从而产生丰富的损耗机制.在各种候选材料中,碳化物通常具有化学稳定性、低密度、可调介电性能和多样化的形态/微结构等特点,因此,探索并设计碳化物基复合材料将是获得具有良好实际应用前景的新型电磁波吸收材料的可行途径.本文介绍了与介电复合材料相关的电磁损耗机制,然后重点介绍碳化物基复合材料作为高性能电磁波吸收材料的最新进展,包括共价型碳化物、间充型碳化物、MXene基碳化物以及一些不常见的碳化物基复合材料和多组分复合材料.详细讨论了有关成分优化、结构工程、性能增强和结构-功能关系的关键信息.此外,在比较了一些代表性复合材料的性能后,还提出了碳化物基复合材料发展面临的一些挑战和前景.

关键词：电磁波吸收碳化物 MXene 高熵MAX相复合材料

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第一性原理研究钛合金中的沉淀强化

金属学报 2024年第4期60卷 537-547页

作者：程坤陈树明曹烁刘建荣马英杰范群波程兴旺杨锐胡青苗中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 北京理工大学材料学院冲击环境材料技术重点实验室北京100081

为研究合金化对沉淀强化行为的影响,采用第一性原理方法计算了二元Ti-xM(M=Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ta、W)合金弹性模量随成分的变化,提出了弹性模量Mo当量概念,以高效计算复杂成分钛合金(如Ti-Al-V合金以及Ti55521)的... 详细信息

为研究合金化对沉淀强化行为的影响,采用第一性原理方法计算了二元Ti-xM(M=Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ta、W)合金弹性模量随成分的变化,提出了弹性模量Mo当量概念,以高效计算复杂成分钛合金(如Ti-Al-V合金以及Ti55521)的弹性模量;结合弹性模量及Russell-Brown沉淀强化模型,研究了二元Ti-xM(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ta、W)合金以及Ti55521合金中的沉淀强化。结果显示,在体积分数及沉淀相颗粒尺寸相同的情况下,Co、Fe、W、Mo、Ni、Mn沉淀强化作用较强,Cr、Nb、Ta强化作用居中,V强化作用最弱。随合金元素含量x增加,沉淀强化作用均有所增强。热机械处理Ti55521合金经短时时效后,沉淀强化作用有所减弱,但长时时效后,沉淀强化效果增强。

关键词：第一性原理钛合金弹性模量沉淀强化强度