高储氢容量单壁纳米碳管的孔隙结构

通过对低温氮吸附等温线的解析, 揭示了高储氢容量单壁纳米碳管(SWNT)结构和能量分布的不均匀性——具有多种孔隙结构和一定的表面能分布. 通过对储氢前后SWNT孔径和表面能分布曲线的比较研究, 初步证明了微孔和小尺度中孔是储氢的基本结构单元, 而不同的孔结构(如微孔和小尺度中孔)决定不同的储氢过程, 经历不同的结构和表面结构变化.     

碳基储氢材料的研究进展

氢能是二十一世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源.实现氢能的利用,氢的储运是目前要解决的关键问题.储氢材料研究较多,碳基储氢材料是储氢材料中的一个重要分支.本文综述了碳纳米管、碳纤维、石墨、活性炭以及C<,60>等碳基材料的储氢性能及研究进展,讨论了各种碳基储氢材料目前存在的问题,并对其进一步研究进行了展望.     

基于碳纳米管薄膜的吸附式气体传感器的研究

研究了低温低压化学气相沉积(LPCVD)法生长的多壁碳纳米管薄膜对气体的敏感性. 结果表明纯的多壁碳纳米管薄膜对气体没有明显的气敏特性, 而碳纳米管-二氧化硅复合薄膜表现出对甲烷、氢气和乙炔的敏感性. LPCVD法生长的多壁碳纳米管-二氧化硅复合薄膜由于Schottky结的形成而具有电容性, 被测气体在多壁碳纳米管表面发生化学吸附, 从而调节Schottky结处存在的空间放电区域而导致介电常数改变是其对气体敏感的主要原因.     

硅酸钙/海藻酸钙复合膜载体蛋白质分子印迹聚硅氧烷

首先将海藻酸钠与硅酸钙共混,经过钙离子交联制备了硅酸钙/海藻酸钙(CaSiO_3/CaAlg)复合水凝胶膜.然后,以CaSiO_3/CaAlg复合膜为载体,吸附牛血红蛋白(Hb)后,加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570),硅烷缩聚洗脱模板得到Hb分子印迹聚硅氧烷(MIP).采用扫描电子显微镜(SEM)、热重(TG)对MIP膜的形貌和热性能进行表征.研究不同硅烷种类制备的MIP的表面接触角和溶胀.研究了Hb印迹膜和非印迹膜(NIP)对Hb的吸附性能.结果表明,MIP膜对Hb的吸附量明显优于非印迹膜,且具有一定的识别性能.MIP和NIP膜对Hb的吸附均符合Langmuir吸附模型.本文制备的蛋白质印迹膜吸附速率快,吸附量大,使用方便,在蛋白质分离分析、蛋白质控制释放及生物医学工程等领域有广泛的应用前景.     

简评储氢与制氢研究中的问题与进展

储氢与再生氢的制备是到达氢经济时代必须解决的2个关键技术问题。通过阐述超临界温度下气体的吸附机理,指出基于吸附原理的储氢材料不可能具有工业应用前景,其它已知的储氢方法亦然,因此储氢研究必须从原理方面探索具有工业应用前景的储氢方法。虽然大多数制氢研究仍以化石燃料为制氢原料,但只有从水制得的氢才是再生氢,才具有可持续性、洁净性和能源安全性。简评了再生氢制备方法,并报告一种通过不同价态的铁氧化物之间的转换实现水不完全分解制取纯氢的实验室研究结果。     

单晶硅基底上制备定向生长碳纳米管阵列的研究

采用热化学气相沉积技术在单晶硅基底上制备出了定向性好、与基底结合牢固的碳纳米管阵列, 研究了制备工艺对定向生长碳纳米管阵列薄膜的影响. 研究发现: 生长温度在750℃, 催化剂厚度在10 nm左右易于形成定向生长的碳纳米管薄膜. 在混合气中乙炔的浓度为27%(体积百分比)时, 可以获得管型准直、管壁较厚、与基体结合牢固的碳纳米管阵列. 另外, 对于碳纳米管的定向生长机制及提高其与基体之间的结合力的方法进行了初步探讨.     

绿色能源-氢气及无机材料储氢的研究进展

氢能是二十一世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用，氢的储运是目前要解决的关键问题。本文简单介绍了高压储氢、液态储氢和固态储氢三种储氢方式，重点介绍了无机储氢材料的研究进展，如：金属，金属氧化物，碳基材料，化学氢化物，M—N—H体系，M—C—H体系等储氢材料，并对其进一步研究进行了展望。     

考虑水蒸气压力的平衡水页岩等温吸附

基于改进的容积法等温吸附实验装置,分别测量了甲烷在干燥、平衡水条件下的页岩等温吸附曲线,实验温度为303.15,323.15和353.15 K,实验最高压力达20 MPa,实验数据采用修正的Langmuir方程进行拟合.在开展平衡水页岩吸附实验时,考虑了水蒸气压力,认为实验气体为甲烷与水蒸气混合气体,重新计算了混合气体中甲烷吸附量,并从吸附热力学角度阐述考虑水蒸气压力的意义,最后在地层条件下讨论了水蒸气压力对页岩吸附的影响.结果表明,考虑/未考虑水蒸气压力的平衡水页岩Langmuir最大吸附量分别为0.053和0.039 mmol/g,未考虑水蒸气压力的甲烷吸附量被低估26.4%.干燥页岩的等量吸附热为11.6 k J/mol,考虑与不考虑水蒸气压力的平衡水页岩等量吸附热分别为10.7和12.3 k J/mol,由于水分优先吸附于能量较高的吸附位,在水分存在情况下,平衡水页岩对甲烷的等量吸附热应该小于干燥页岩,因此,经水蒸气压力校正后的等量吸附热更加符合热力学一致性.在地层条件下,水蒸气压力对页岩吸附的影响分为两个阶段:(1)浅埋藏阶段(地层深度小于700 m),此阶段由压力梯度主导,压力梯度越大,水蒸气压力对吸附的影响越大;(2)深埋藏阶段(地层深度大于700 m),此阶段由压力梯度和温度梯度同时控制,压力梯度越大,温度梯度越小,水蒸气压力对吸附的影响越大.     

单壁碳纳米管拉伸试验的分子动力学模拟

采用Brenner势函数描述碳纳米管中碳原子间的相互作用，通过分子动力学方法对几种单壁碳纳米管进行轴向拉伸试验研究，得出其Young模量为4．2TPa，强度极限为1．40～1．77TPa．在对碳管拉伸过程中，发现只要应变不达到断裂极限，卸载时的应力．应变沿加载曲线返回，表明在碳纳米管的拉伸过程中没有塑性应变；对碳纳米管的拉伸断裂过程进行了仿真，从能量和结构变化方面对碳纳米管断裂机理进行了分析．     

轻金属硼氢化物可逆储氢材料研究进展

发展高效、安全的储氢材料/技术被公认为是推进氢能规模化商业应用的关键环节.相比于高压气态和低温液态储存方式,材料基固态储氢因能量密度高且安全性好,被认为最有发展前景.在诸多储氢材料中,轻金属配位硼氢化物氢含量多〉10 wt%,在储氢密度方面具有用作车载氢源的潜力,业已成为近年来储氢材料领域的研究热点.在简述轻金属配位硼氢化物储/放氢反应机理研究的基础上,着重从阴/阳离子替代、构建反应复合体系、纳米相结构调制等方面概述了改善硼氢化物综合储/放氢性能的最新研究进展,旨在明确轻金属硼氢化物储氢材料研究中的关键问题及未来研究方向.     

MD 模拟研究带静电ACF 对甲醇的吸附

为了探索静电荷在极性分子的物理吸附过程中的控制作用, 对甲醇在带静电荷的活性炭纤维(ACF)纳米孔中的吸/脱附情况进行了分子动力学(MD)模拟研究. 在引入静电荷的中孔ACF/甲醇吸附系统中, 从模拟结果可以观测到孔内的甲醇分子扩散到吸附位的时间缩短、吸附冷凝的准液态甲醇密度增大、甲醇分子的空间排列有取向性、达到吸附平衡时系统能量显著降低等特殊现象, 表明了静电荷增强了中孔ACF 对甲醇分子的吸附作用, 使吸附强度、稳定性和有序性有所提高, 能够提高吸附容量和加快吸附速率. 系统达到吸附平衡后再消除静电荷, 升温至60℃左右进行模拟, 可以观察到比较明显的脱附趋势.     

量子测距辅助的网络RTK定位算法研究

针对在GPS网络载波相位实时动态差分(RTK)中短观测历元内,由位置精度因子(PDOP)变化缓慢引起的整周模糊度准确求解困难的问题,提出了采用量子高精度测距辅助整周模糊度的求解方法.采用Householder变换代替双差法,确保了用于求解整周模糊度的各个观测量之间的相互独立,提高了整周模糊浮动解的求解稳定性.数学分析和仿真结果验证了上述方法的准确性和有效性.     

铈钛氧化物介孔毫米球的制备及其催化臭氧氧化特性与机理

开发兼具高催化活性和优良流体力学与传质性能的催化剂对发展高效水处理臭氧氧化技术具有重要意义.本研究开发了以廉价无机金属盐为原料的前驱体溶胶预混-海藻酸水凝胶球模板法,实现了Ce-Ti双金属氧化物介孔毫米球催化剂的经济制备.通过N_2吸附-脱附、XRD、XPS、SEM-EDS、TEM-SAED、拉曼光谱、NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行系统表征,考察Ce/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂结构和催化活性的影响,探究其催化臭氧氧化的特性与机理.结果表明无定形材料催化活性高于晶型材料,催化活性与表面酸性位点密度呈正相关,阐明了羟基自由基为该材料催化臭氧氧化的主要活性物种.优选的Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球具有高比表面积(199 m~2g~(–1))、适宜的介孔结构(平均孔径3.59 nm),富含Ce–O–Ti键活性位点,催化臭氧氧化活性高,可在90 min内将100 mg L~(–1)草酸几乎完全矿化(99%),连续5轮重复实验后催化活性无明显降低,呈现出优异的催化稳定性.另外, Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球催化臭氧氧化降解双氯芬酸等四种污染物的矿化率相比无催化剂臭氧氧化提高18.7%～54.0%,展现出优良的应用前景.     

仿生软体吸附机器人:从生物到仿生

生物吸附是自然界中一种典型的运动模式,许多生物在进化中由于生存背景和物种的不同演变出各种各样的吸附系统,吸附系统是功能系统,其目的是让生物暂时或永久地附着在基体或另一个生物体上,防止脱落.生物系统的吸附机制可分为互锁、摩擦和黏结.黏结可进一步分为干吸附(范德华力)、湿吸附(毛细作用)、负压吸附、胶合(黏液),它们可独立或同时作用.基于自然界丰富的吸附方式,本文详细介绍了陆上/水下典型生物(壁虎、树蛙、章鱼、鮣鱼)的吸附机理,并对清道夫、海胆、蚍蜉幼虫、跳蛛、叶甲虫幼虫等生物的吸附机理进行简述.概述依据上述特定吸附机理而设计的仿生吸附装置,从仿生软体吸附机器人、仿生软体吸附设备、仿生吸附软材料结构等方面,对仿生吸附的研究成果进行列举,并提及部分性能研究和应用前景.以仿生鮣鱼吸盘为例,阐述了如何模拟生物系统制作仿生样机,并验证其性能,挖掘其潜在应用.对生物吸附方式分类归纳,总结被其带动的仿生吸附研究意义、发展现状和面临的问题,并指出仿生软体吸附机器人吸附机理细微化、结构刚柔耦合、仿生复合软材料应用、柔性驱动-传感-控制一体化、多学科交叉融合的发展方向.     

原位扫描电压法除去多壁碳纳米管的管壁

碳纳米管可以具有金属性或半导体性, 这依赖于它们的手性. IBM公司有选择性地除去了多壁碳纳米管的管壁, 将多壁碳纳米管转变为具有金属性或半导体性的导体. 他们是将碳纳米管置于空气中, 并将其两端施加恒定的偏压实现的. 这里报道一种方法, 即在真空中碳纳米管两端通过反复施加扫描偏压, 原位除去单根多壁碳纳米管的管壁. 碳纳米管最外层与电极的直接接触及其热导率的高度各向异性促进了管壁的一一除去.     

改性秸秆膨胀床与固定床吸附去除SO_4~(2-)

含硫酸根离子(SO42-)废水可对环境造成危害,在排放之前需降低SO42-浓度.本文利用改性秸秆阴离子吸附剂制备吸附柱,分别在膨胀床和固定床操作下进行动态吸附实验,研究改性秸秆阴离子吸附柱去除SO42-的性能.结果表明,在改性秸秆膨胀床操作中,膨胀率随流速提高而线性增大;随膨胀率的增加,膨胀床去除SO42-的穿透时间缩短,柱吸附量降低,膨胀率不宜大于25%;在改性秸秆固定床操作中,随高径比的增加,吸附柱去除SO42-的穿透时间延长;而随进水SO42-浓度和流量的增加,床层工作时间显著缩短;在实验流量下,膨胀床的处理效果略优于固定床.SO42-解吸实验表明,0.1 mol/L NaOH溶液解吸效果最佳,是合适的吸附柱再生液.     

多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的制备及其力学、电学性能研究

研究了热压制备的多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的力学、电学性能及与显微结构的关系. 通过添加4%(质量分数)的MWNTs(多壁碳纳米管), 所得材料的断裂韧性KIC达到5.55 MPa·m^1/2, 是相同条件下所得纯氧化铝断裂韧性的1.8倍. 通过SEM观察发现, 其增韧机制主要是碳纳米管对氧化铝晶界的钉扎机制, 碳纳米管的拔出机制也有一定的作用. 添加2%(质量分数)MWNTs, 并采用不同的分散混合方式, 在相同烧结成型条件下所得复合材料的KIC为3.97 MPa·m^1/2, 和纯氧化铝相比有所提高; 而其电阻率达到8.4×10^-3 W·m, 和纯氧化铝相比, 降低了14个数量级. 研究发现, 碳纳米管在复合材料中的增韧和提高导电性能方面的差异和复合材料的显微结构有很大的关系, 而显微结构的差异又和制备工艺之间有直接的联系.     

碳纳米管构筑多沟道场效应晶体管

利用功能分子对碳纳米管表面进行了修饰改性, 结合交变电场操纵排布的方法在金属电极之间定向排布单壁碳纳米管(SWNTs), 实现了多条SWNTs并联于场效应晶体管的源漏电极之间, 构成场效应晶体管的多条导电沟道. 该方法避免了SWNTs间的缠绕, 基本上可使SWNTs在源漏电极之间相互分开和平行排列. 实验结果表明, 在高挥发性的有机溶剂中排布可减少源漏电极周围的残留物, 起到提纯SWNTs原料的作用.     

水中Cr(Ⅵ)在改性生物质吸附剂表面还原转化的电子供体

为揭示生物吸附过程中Cr(Ⅵ)的还原转化机理,以改性玉米秸秆(corn stalk based anion exchanger, CS-AE)为模型吸附剂,通过XPS、13C-NMR和FT-IR等手段表征吸附Cr(Ⅵ)前后的材料表面组成和结构,并结合对吸附溶液中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)等产物分析,探讨Cr(Ⅵ)还原的电子供体及可能反应路径.通过批吸附实验证实了CS-AE吸附去除Cr(Ⅵ)过程中存在Cr(Ⅵ)还原转化现象,在实验条件下10%～35%被吸附Cr(Ⅵ)还原转化为Cr(Ⅲ),且大部分( 65%)Cr(Ⅲ)产物被固定在CS-AE表面.XPS表征中Cr 2p3/2谱图分析证明了Cr(Ⅲ)的大量存在,且N 1s、C 1s和O 1s谱图分析发现CS-AE与Cr(Ⅵ)反应后表面含氮物质特别是季铵基相对含量降低.13C-NMR和FT-IR表征也进一步地说明了吸附Cr(Ⅵ)后CS-AE表面季铵基减少,羧基结构有所增加,表明了季铵基是Cr(Ⅵ)还原转化的主要电子供体基团.吸附反应后溶液中TOC、TN和NO3--N含量随Cr(Ⅵ)初始浓度增加而增加,与Cr(Ⅲ)生成量呈正相关关系,可以确认CS-AE表面季铵基被Cr(Ⅵ)氧化,主要反应路径为季铵基经过碳-氮键氧化断裂,形成有机胺进入溶液,且部分有机胺被Cr(Ⅵ)进一步氧化为硝酸盐.     

常温常压下煤对N_2、CO_2气体的吸附实验研究

为更准确地模拟煤储层条件,设计了常温常压下煤吸附气体的实验方案,采用自制吸附反应釜和SP-3400型气相色谱仪,研究大样量(5kg)塔山矿、同忻矿和高海矿煤样吸附N_2和CO_2气体的能力,并计算各煤样不同吸附平衡时间下对此两种气体的吸附量,发现煤样对CO_2气体的吸附量均远远大于对N_2的吸附量,而对同种气体的吸附量虽然有所不同,但差值并不大。最后,根据实验结果分别计算了塔山矿、同忻矿和高海矿1g遗煤可吸附N_2和CO_2气体的量,探讨了将N_2和CO_2注入采空区后实现对CO_2气体封存的可行性。