基于磺酸化类石墨烯聚合物的纳米组装与复合研究

磺酸化类石墨烯聚合物(SGP)是富含磺酸化官能团并具有二维纳米结构特性的一类新型聚合物材料,其极高的亲水性为发展纳米组装和复合结构提供了新途径。介绍了利用SGP发展的具有优异力、电及电化学性能的三类复合材料:(1)通过聚乙烯醇(PVA)与SGP复合构筑具有高孔隙率的全固态电容器隔膜材料;(2)利用SGP富含官能团的特性,在其表面生长Co_3O_4的过程中抑制颗粒尺寸和维度,获得容量更高的复合电极材料;(3)利用SGP分散碳纳米管(CNT),通过与PVA复合得到的SGP/CNT/PVA柔性薄膜具有优异的力学特性。基于此,SGP有望在多功能复合组装中得到更为广泛的应用。     

纳米Fe3O4固载聚苯乙烯球对甲烷水合物生成与分解的影响

为了提高甲烷水合物合成反应中的传热效率,选取纳米Fe3O4作为导热材料,将不同量的纳米Fe3O4固载在聚苯乙烯球(PSNS)上,通过乳液聚合法制备了20%Fe3O4/PSNS和40%Fe3O4/PSNS两种新型聚苯乙烯球,并研究了PSNS,20%Fe3O4/PSNS,40%Fe3O4/PSNS三种聚苯乙烯溶液和十二烷基硫酸钠(SDS)对甲烷水合物生成与分解的影响。实验结果表明:三种聚苯乙烯溶液生成的水合物储气倍数和分解后甲烷回收率均高于SDS的100V/V,72.50%;对比三种聚苯乙烯溶液的促进效果发现,Fe3O4的存在明显缩短了水合物反应平衡时间,随着Fe3O4含量的增加,反应平衡时间由18 h缩短到9 h;Fe3O4提高了甲烷回收率,以20%Fe3O4/PSNS和40%Fe3O4/PSNS为促进剂时,水合物分解后甲烷回收率分别为92.15%,89.80%,都高于PSNS的85.00%。     

燃煤可吸入颗粒物磁力聚并脱除特性的实验研究

采用Fw3O4和Fe2O3 2种磁性物质在均匀磁场中对东胜烟煤燃烧产生的粒径0.023～9.318 μm范围内的飞灰粒子进行了聚并实验,研究了飞灰粒子聚并的动力学特征以及不同磁性物质对飞灰粒子聚并的差异.实验结果表明:Fe3O4对飞灰粒子的聚并脱除效率高于Fe2O3,且聚并脱除后粒子中间直径高于Fe2O3;中间粒径粒子的脱除效率高于小粒子和大粒子;随磁感应强度、磁性物质添加比例、气流平均速度、粒子在磁场中停留时间等的增加,飞灰粒子的脱除效率提高,中间粒子直径减小,且小粒子脱除效率的增幅高于大粒子;当粒子达到饱和磁化时,磁感应强度的增强对聚并无影响.数值模拟结果表明,在飞灰粒子质量浓度为40 g/m3时,Fe3O4和Fe2O3对飞灰粒子的脱除效率分别为84%和62%,粒子中间直径从初始的0.151μm分别降低到0.098 μm和0.085 μm.     

磁性纳米流体Fe3O4-H2O对流换热特性研究

建立磁性纳米流体Fe3O4-H2O对流换热特性实验系统,研究有无外磁场、磁场强度、磁场方向,纳米粒子质量分数、轴向比等因素对磁性纳米流体对流换热系数的影响。实验结果表明:对流换热系数随磁场强度的增加而增大;当磁场方向与流体运动方向一致时,外磁场强化了对流换热过程;外磁场对低流速流体的对流换热过程影响比对高流速更为显著;外磁场作用于流体入口段时对流换热系数得到明显提高;质量分数范围α=0.6%~0.8%的Fe3O4-H2O纳米流体可有效强化其对流换热性能。     

纳米金属氧化物对水泥基材料耐久性的影响

为明确纳米金属氧化物对水泥基材料耐久性的改性作用,采用纳米Al2O3、MgO、Fe3O4、CuO和Fe2O3等质量替代水泥,研究了5种纳米金属氧化物对水泥基材料孔隙率、干燥收缩、渗透系数和吸水率的影响。结果表明,纳米金属氧化物能降低水泥基材料的孔隙率、干燥收缩和渗透系数,掺量越大,孔隙率、干燥收缩和渗透系数的降低率越大,且干燥收缩与孔隙率呈线性关系。纳米Fe2O3和Al2O3能降低水泥基材料的吸水率,但纳米Fe3O4、CuO和MgO呈现相反的规律。综合发现,纳米Fe2O3、Al2O3和MgO能发挥表面活性效应,纳米Fe3O4和CuO主要以填充作用为主。     

纳米流体强化传热研究分析

文中综述了目前国内外对于纳米流体强化传热技术的研究情况,分析了纳米流体的强化传热机理及添加纳米粒子后对液体的物性参数--粘度、比热、密度、流体流动的影响;说明了石墨/水纳米流体及Fe3O4/水纳米流体导热系数和对流换热系数测量实验的原理及结果,并对结果进行了分析,实验结果表明纳米流体强化了传热.     

纳米添加剂对麻疯树甲酯和乙醇混合物蒸发特性的影响

采用悬浮液滴技术研究在873 K和973 K的环境温度下,麻疯树甲酯-乙醇混合物(J70E30)添加不同质量浓度的Fe3O4纳米粒子(0.25%、1%、2%)燃料液滴的蒸发特性。结果表明,在873 K和973 K两个温度下,含有不同浓度的纳米流体燃料液滴蒸发过程均可以分为瞬态加热阶段、波动蒸发阶段和平衡蒸发阶段,三种Fe₃O₄纳米粒子浓度液滴的归一化平方直径在平衡蒸发阶段符合d2定律。在873K温度下,由于纳米粒子较强的布朗运动导致传热效率提高,促进了燃料液滴蒸发速率,其蒸发速率随着纳米粒子浓度增加不断提高;在973 K温度下,纳米流体燃料液滴的蒸发速率则是先减小后增大,但在973 K温度下纳米流体燃料液滴蒸发速率要大于其在873 K时的蒸发速率。     

CuO与负载间相互作用的密度泛函理论

通过密度泛函理论(DFT)模拟了不同负载对Cu基氧载体反应性能和抗烧结性能的影响.首先通过DFT模拟计算得出了CuO纳米团簇在4种不同负载(TiO_2、ZrO_2、CuAl_2O_4和MgAl_2O_4)上的吸附能分别为-2.96eV、-5.14eV、-4.25eV和-5.42eV,其中TiO_2的吸附能最低,不利于氧载体颗粒的抗烧结性,但CuO在ZrO_2、CuAl_2O_4和Mg Al2O4上的高吸附能有助于抑制氧载体的烧结.通过计算不同负载下团簇释氧过程的能量势垒来比较负载对氧载体释氧性能的影响.结果表明,氧气分子从表面的脱附过程是整个释氧过程的速控步骤.不同负载(TiO_2、ZrO_2、CuAl_2O_4和MgAl_2O_4)下CuO纳米团簇总的释氧能量势垒分别为3.45eV、3.33eV、3.28eV和3.41eV,其中负载于CuAl_2O_4的CuO释氧能量势垒最低,反应活性最高.     

Fe3+交联的预包覆Fe3O4纳米粒子改性rGO自支撑膜的储锂性能

本工作采用Fe³⁺对含有氧化石墨烯(graphene oxide,GO)预包覆Fe₃O₄的GO自支撑膜进行改性处理制备Fe³⁺诱导交联的预包覆Fe₃O₄纳米粒子复合热还原型氧化石墨烯自支撑膜(Fe³⁺@Fe₃O₄/r GO)。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段表征材料组成、结构与形貌,并研究Fe³⁺@Fe₃O₄/r GO自支撑膜作为锂离子电池负极的储锂性能。结果表明球状Fe₃O₄纳米颗粒被GO片层紧密包裹,且经过Fe³⁺诱导交联的Fe³⁺@Fe₃O₄/r GO自支撑膜稳定性显著提高;电化学结果表明,在电流密度为100 m A/g恒...     

多模态显影栓塞微球制备及体外显影实验

【摘要】 目的 开发一种具备X线/CT/MR下多模态显影能力的明胶栓塞微球。方法 采用乳化交联法制备单一携载固态纳米Fe3O4颗粒的明胶栓塞微球,光学显微镜观察微球形态、粒径、分散度;热重分析法检测微球内Fe3O4纳米颗粒载药量;X线、CT、MR检测评估多模态显影能力;利用兔心血及人血管内皮细胞行微球溶血试验及体外细胞毒性试验;观察微球弹性、溶胀特点及消毒方法。结果 最优化微球合成条件为Fe3O4与明胶质量比为2 ∶ 1。该微球外观圆整、分散性好、成球率高（最高77.0%）、载药率高（最高73.27%）、粒径适中为（199.78±142.90） μm,具备X线/CT/MR下多模态显影能力,最优化微球CT值最高可达（1 028.0±69.5） Hu（浓度25 mg/ml）,MR T2值下降约50%（浓度4 mg/ml）。溶血试验及细胞毒性试验溶血率及吸光值与对照组相比,差异无统计学意义（P＞0.05）。微球在酸性溶液中表现出溶胀特性,在无水乙醇中无溶胀现象。结论 以固态Fe3O4纳米颗粒为显影材料,明胶为聚合物材料,采用乳化交联法可成功制备载药量高、形态规则、表面光滑、不易聚集、X线/CT/MR下多模态显影能力更强、生物安全性高、消毒方便的栓塞微球。
     

二维碳载Au4Pd2催化剂的构建及其电催化性能

贵金属纳米团簇由于精确的结构和明确的化学组成而受到广泛的关注.该工作采用具有精准的颗粒大小和精确的结构双金属金属纳米团簇,研究其电子结构、几何结构对催化反应的影响,同时利用杂原子与主原子间的强电子耦合作用调控催化性能.首先制备4个金原子与2个钯原子组成的金钯纳米团簇,并分散至二维材料上得到单团簇分散的金钯基纳米复合材料催化剂;通过XPS测试可知,AuPd与载体之间存在较强的协同作用,有助于促进其氧还原(ORR)与析氢反应(HER)的稳定性;调节贵金属比例得到最佳比例的金钯催化剂,在0.1 mol/L KOH氧饱和电解液中,起始电位为0.95 V,半波电位为0.81 V,其ORR性能优于商业Pd/C.该催化剂也具有良好的HER性能,在0.5 mol/L H2SO4电解液中,电流密度为10 mA/cm2下的过电位为129 mV;利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)对催化剂结构进行表征分析,解释其结构与性能间的联系.优化贵金属团簇掺杂比例得到具有优异氧还原与析氢性能的双功能催化剂,为高效稳定的电催化剂的开发提供了新方向.     

建立余热回收中纳米工质的导热系数预测模型

采用两步法制备质量分数为1%的Cu/Al2O3-H2O/EG混合纳米流体。首先,研究其导热系数随温度和基液混合比的变化情况。然后,根据多项式回归理论建立Cu/Al2O3-H2O/EG混合纳米流体的导热系数预测模型。实验结果表明,纳米流体的稳定性随乙二醇含量的增大而增强,由于不同种类粒子间的分子吸附力不同,导致相同种类粒子容易结合形成团聚体,而Cu粒子与Al2O3粒子的团聚体则较少。导热系数随着温度的升高非线性升高,随基液中水含量的增大而下降。根据实验数据,拟合了导热系数与温度及基液混合比的多项式预测模型,回归系数R2达0. 998,精度较高可以很好地预测Cu/Al2O3-H2O/EG混合纳米流体的导热系数。该模型可以指导工程应用。     

Fe_2O_3/SiO_2/TiO_2复合薄膜的制备与表征

采用溶胶.凝胶法制备了Fe2O3/SiO2/TiO2三元复合薄膜.通过XRD表征、紫外.可见透射光谱分析,考察了Fe2 O3/SiO2对TiO2晶型、亲水性、光催化性能的影响.结果表明:加入Fe2O3、SiO2后TiO2仍然保持完整的锐钛型,抑制了TiO2晶粒的增长,且加入Fe2O3后TiO2的吸收波长发生了"红移".Fe2O3/SiO2/TiO2光催化性能、亲水性能优于SiO2/TiO2、Fe2O3/TiO2及单-TiO2膜.     

四种金属纳米杆粒子辐射特性的对比分析

使用时域有限差分法(FDTD)对水介质中不同尺寸的Au、Ag、Cu和Al纳米杆粒子进行模拟,对其在可见光近红外波段的辐射特性随粒子几何参数的变化规律进行了对比分析。计算结果发现,Au和Cu纳米杆粒子消光光谱的波形比较相似,在同一直径下其衰减因子峰值随着长径比的增加而增加。细长状、较大直径的Au和Cu纳米杆粒子有利于提高粒子增强型太阳能电池的光电转换效率。Ag纳米杆粒子的长径比对其衰减因子的峰值和峰位都有较显著的影响,而Al纳米杆粒子的长径比对其衰减因子的峰值影响较小,但对其峰位的影响却十分显著。选用细长状的Al纳米粒子能够有效提高粒子在太阳能电池应用中对太阳能光谱的利用。     

飞灰未燃尽碳吸附(HgS)n及(HgO)n的量化分析

为研究飞灰中未燃尽碳对(HgS)_n及(HgO)_n(n=1~4)的吸附机理,构建了三碳环石墨烯结构作为未燃尽碳分子表面模型,应用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平上进行结构优化,在PWPB95/def 2-Tzvp水平上计算了体系的单点能。研究表明:HgS及HgO团簇在未燃尽碳表面的吸附形式为化学吸附,吸附能为-646.546~-105.116 k J/mol;HgS及HgO团簇以解离和非解离形式吸附于未燃尽碳表面,更倾向于稳定的解离吸附;相同情况下HgO团簇的吸附稳定性高于Hg S团簇;团簇数量的增加对吸附能几乎无影响,当吸附位点增多时,吸附能绝对值显著增加,吸附稳定性提高。     

富硅氧化硅薄膜低温沉积和微观结构调整

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)技术通过改变N_2O流量低温制备不同微观结构的镶嵌纳米晶硅的富硅氧化硅(nc-Si/SiO_x)薄膜,利用傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱和Raman光谱技术研究薄膜中氢含量和氧含量变化及其对薄膜晶化度、纳米晶硅粒子大小、薄膜混合相比例的影响。实验表明,随着N_2O比例增加,由于逐渐增强的氧化反应阻碍了纳米晶硅的生长,导致晶硅比例减少和非晶成分增加,同时薄膜晶化度下降。混合相中晶界的比例随N_2O先增后减,当N_2O达到一定值时形成稳定界面。     

溶胶-凝胶法制备CuFeMnO4复合金属氧化物的工艺研究

研究了乙二胺四乙酸(EDTA)络合溶胶一凝胶法制备CuFeMnO4尖晶石复合金属氧化物的最佳工艺条件,并用紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计测试粉末的光吸收率.试验结果表明,在室温(约25℃)下,当金属离子配比为Mn2+:Cu2+:Fe3+=3:2:1,溶液反应pH值为6.5时,干凝胶在800℃煅烧制备的CuFeMnO4复合金属氧化物试样中基本不含有CuO、Fe2O3和MnO杂质相,并且粉末对200～2500nm波长范围的光线具有良好的吸收性能,吸收率达到95%,是一种有潜力的太阳能选择性吸收涂层材料.     

废弃酒糟制备钴氮共掺杂生物炭及其析氧和析氢反应催化性能研究

开发用于析氧反应(OER)和氢析出反应(HER)的低成本高效催化剂在水分解领域至关重要。以废弃酒糟为碳氮源,通过碳酸钠活化实现氮掺杂和钴纳米粒子负载,同时获得复合催化剂(Co(15)-DS-4)。对比实验分析表明,凭借多孔材料的介微孔结构,表面原子的高暴露特性和活性位点Co-N的协同效应,Co(15)-DS-4表现出优异的HER和OER双功能催化活性。在Co(15)-DS-4催化作用下,碱性电解液中的电极达到10 m A/cm2电流密度需要0.42 V过电压,这远低于商业上贵重的Ru O2催化剂(≈0.5 V)。此外,Co(15)-DS-4具有优异的水分解稳定性,经3 000次循环伏安,Co(15)-DS-4的OER极限扩散电流密度仍能保持97.5%(HER极限扩散电流密度仍能保持98.3%)。这一废弃酒糟衍生碳所构筑的N掺杂多孔碳负载Co纳米粒子复合材料在水电解领域具有巨大的应用潜力。     

纳米粒子与石蜡乳状液复合多相功能热流体的制备与性能

以石蜡乳状液为分散介质,纳米Cu粒子为导热介质,采用相转化乳化法制备了纳米Cu/石蜡复合相变乳状液,研究了纳米Cu粒子对复合相变乳状液的稳定性、流变性、导热性和热循环稳定性的影响。研究结果表明：纳米Cu/石蜡乳状液的密度、粘度和导热系数均随纳米Cu含量的增大而增大,密度变化不太明显,而导热系数则明显提高,当纳米Cu粒子含量为0.05 wt%时,复合相变乳状液的导热系数比纯石蜡乳状液提高了161.96%。由于纳米Cu粒子的添加显著增加了Cu/石蜡乳状液的导热性能,Cu/石蜡乳状液在固−液相变热循环过程中的温度平台表现不明显,但其热循环稳定性很好。     

Fe-Ag/La_2O_3-ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

用草酸盐沉淀法制备La2O3-ZrO2复合氧化物载体,用浸渍法制备Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂;用X射线衍射技术表征催化剂;考察了催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化活性。结果表明,La含量较低的La2O3-ZrO2复合载体具有明显的四方晶相结构;Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的催化性能,气相产物中H2物质的量分数很高,CO和CH4物质的量分数很低;La,Ag,Fe含量影响催化剂的活性及选择性。在以(1Ag20Fe)20(2La8Zr)为催化剂,反应温度为823 K、乙醇与水物质的量比为1∶6,乙醇水溶液流速为0.1 mL/min的反应条件下,乙醇转化率达到95.7%,气相产物中H2物质的量分数为78.7%、CO的物质的量分数小于1.2%。