中空多壳层结构TiO2及其复合材料的合成及应用

中空多壳层微、纳米分级结构材料因具有比表面积大、密度小及结构稳定等优点,在多个领域受到广泛关注.二氧化钛(TiO_2)作为一种安全性高、稳定性好的环境友好型半导体材料,被广泛应用于锂离子电池、染料敏化太阳能电池、光催化等领域.在这些领域,中空多壳层结构TiO_2及其复合材料能够利用中空多壳层结构的诸多优点,如优异的结构稳定性能够提升锂离子电池的循环性能,中空多壳层结构对光的多级散射作用能够提高对光的利用率,从而提升太阳能电池及光催化性能.然而,对其实现更精确的控制合成仍然面临挑战.为了实现对优异性能的进一步追求,精细调控中空多壳层结构TiO_2及其复合材料十分重要,但仍少有报道重点对中空多壳层结构TiO_2进行总结.本文首先介绍了TiO_2的基本信息,随后总结了近年来对中空多壳层结构TiO_2及其复合材料在合成方法及应用方面的研究进展,最后对该研究领域进行了总结与展望.通过本文,可以综合了解基于TiO_2的中空多壳层结构材料的合成方法,为实现精细控制合成及性能调控提供参考与方向.     

高效有机非线性光学新材料——二氯三丙烯基硫脲合汞晶体的生长和性能研究

二氯三丙烯基硫脲合汞(Hg[C_4H_8N_2S]_3Cl_2,ATMC)是一种全新的有机金属络合物,是我们依据双重基元结构模型的理论思想,利用粉末筛选实验,设计、合成、探索出的一种新型非线性光学晶体材料,半定量粉末倍频效应为尿素的3倍。本文简要地报道了这种新材料的单晶生长、结构及性能的研究。     

一种全新的有机金属络合物非线性倍频材料——ATCC晶体的生长及性能研究

二氯三丙烯基硫脲合镉[分子式Cd(C_4H_8N_2S)_3Cl_2,简称ATCC]是我们依据将无机畸变多面体与有机共轭分子体系相结合的物理思想,利用粉末筛选实验,设计、合成、探索出的一种新型非线性倍频材料。半定量粉末倍频实验表明其倍频效应强于脲素。本文简要报道了这种新材料的合成、生长、结构测定及其物化性能的研究结果。     

锂离子电池硅酸盐正极材料的研究进展

聚阴离子型正硅酸盐材料由于其具有较高的理论容量、高安全性、环境友好和价格低廉等特点, 被认为是下一代锂离子电池理想的正极材料之一. 本文介绍了这种材料的结构及性能特点, 并针对材料存在的电导率低、稳定性差、阳离子易混排等缺陷, 从优化合成方法入手, 综述了不同合成方法以及烧结温度对材料性能的影响, 探讨了碳的包覆及复合、金属元素的掺杂以及特殊的介孔结构对材料物化性能的影响, 提出了锂离子电池硅酸盐正极材料未来的研究重点.     

纳米结构超硬块材研究进展

超硬材料作为基础性的工具材料,在工业与科学研究领域发挥着重要的作用,发展高性能超硬材料一直是科学界和产业界共同奋斗的目标.我们从共价晶体硬度的微观模型出发,系统研究了多晶共价材料的硬化机制,揭示了两种主要的硬化效应,分别为霍尔-佩奇效应和量子限域效应.随着显微组织特征尺寸的减小,多晶共价材料可持续硬化,为大幅度提高材料的硬度指明了全新的发展方向.在此基础上,提出了在金刚石和立方氮化硼两种超硬材料中形成超细纳米孪晶组织来获得超高性能的新思路.通过洋葱结构碳和氮化硼前驱体在高温高压下的马氏体相变,合成出具有超细纳米孪晶结构的金刚石和立方氮化硼块材.纳米孪晶结构同时提高了两种材料的硬度、断裂韧性和热稳定性.纳米孪晶金刚石的硬度达到200 GPa,为天然金刚石的2倍,将合成出比天然金刚石更硬材料的梦想变成了现实.纳米孪晶极硬材料的成功合成极大推动了高性能超硬材料研究,有望带来机械加工业和高压科学等领域的技术变革.     

新型含锆纯相钙钛矿型混合导体透氧膜

采用柠檬酸与EDTA酸联合络合法合成了BaZr0.2Co0.8-xFexO3-d系列导体透氧膜材料, 对其晶体结构、透氧性能、烧结性能和密封性能进行了研究. 结果表明, 在所研究的组成范围内, 材料均呈现纯相立方钙钛矿结构. 由于Zr的引入, 合成材料的透氧量、透氧稳定性、烧结和密封性能均得到明显的提高或改善, 如x = 0.2, 0.3时, 材料的透氧量高达0.8 mL/min·cm2 (950℃), x = 0.5时材料在800℃下具有较长时间的透氧稳定性.     

超临界CO_2在多孔材料合成中的应用

超临界流体技术作为一种绿色技术在多孔材料合成领域受到了研究者的广泛关注.与传统方法相比较,利用超临界CO2制备多孔材料的方法具有方法简单、环保、产品性能好等优点,且CO2无毒、价廉、原料易得,具有很好的工业应用前景.本文概述了近年来超临界CO2在分子筛、碳纳米管、金属/复合氧化物纳米粒子、金属有机骨架材料、聚合物等多孔材料的合成方面的应用和研究进展.     

纳米尺寸的氮化镁的合成

催化合成的氢化镁(MgH_2)作为储氢材料,在吸放氢动力学性能以及在有机和无机合成反应中的应用等方面,明显优于高温高压下合成的MgH_2.在研究掺杂对催化合成MgH_2及其性能的影响的实验中,我们发现催化合成的MgH_2在氮气氛下的差热分析(DTA)曲线于MgH_2的脱氢吸热峰后出     

不同结构类型贵金属-二氧化铈纳米材料的制备及催化性能

纳米CeO2是一种性质独特的稀土氧化物,具有优异的催化活性、良好的热稳定性和化学稳定性以及电子、氧空位传递能力,常被用作贵金属催化剂的载体来提升材料的催化性能.贵金属-二氧化铈(M-CeO2)复合催化剂被广泛应用于CO催化氧化、水煤气转换、NOx还原以及固态氧化物燃料电池等领域,对治理环境污染和解决能源危机做出了重要贡献.CeO2与贵金属之间存在复杂的相互作用,这种相互作用对M-CeO2复合催化剂的催化性能有重要影响,而M-CeO2的结构类型与这种相互作用之间有着密切的关系,不同的结构类型会影响催化剂的稳定性、活性和选择性等.本文从M-CeO2复合催化剂的结构类型出发,以传统CeO2表面直接负载贵金属(M/CeO2)以及M@CeO2的核-壳结构、卵黄-壳结构、核-鞘结构和层状结构等类型作为对象,总结了贵金属与载体之间相互作用以及这种相互作用对催化剂性能的影响,分析了M/CeO2结构类型中CeO2形貌与催化活性之间的关系,归纳了不同类型M-CeO2催化剂的结构特点、合成方式以及在催化领域的应用表现,阐述了材料结构对催化活性的影响.这项工作将有利于合理地设计高效的M-CeO2复合型催化剂,实现经济高效的催化反应.     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

未来的战斗机和侦察机

可能具有导电性能的一代新合成材料正在研制当中。美国空军正在考察这种合成材料的潜力,看看是否能为未来的战斗机和侦察机提供一种奇妙蒙皮。这种奇妙蒙皮应有电子功能和诸如机翼防冻等其他功能、使用正确的电传导方式便可能用装在机翼中的夫线代替普通的天线,从而改进空气动力学性质和减轻飞机重量。新式蒙皮可能还有敏感元件,用于检测和监视,以避免可能发生的事故。另一个好处也许是合成材料导电性能较好,能防止静电荷积累,使飞机免遭雷击。     

超大孔沸石矿物的合成

70年代后期,被誉为新一代沸石分子筛材料——多孔铝磷酸盐矿物的出现,沸石格架组成从铝-硅体系发展到铝-磷体系.沸石结构最大次级结构单元——12元环保持180多年之久,1988年才为美国Davis等人所突破,成功地合成出具有18元环次级结构单元的分子筛矿物,并以Davis所在的Virginia Polytechnic Institute命名为VPI-5.但是,Duncan等对此持不同意见,认为VPI-5不是一种新的微孔相,只不过是在有模板存在条件下合成的H1.由于名称上有争议,故本文统称之为超大孔沸石.沸石分子筛材料已广为工业所利用,而超大孔分子筛材料应用潜力巨大,前景更为广阔,从而成为沸石分子筛科学的热点.     

第四主族金属硫族化合物二维材料研究进展

第四主族金属硫族化合物具有丰富的晶体结构与组成.理论计算预测这类材料的二维晶体具有优异的热电、铁电、压电等性能.但是,目前这类材料的二维结构与性质研究的实验工作尚未系统展开.本文以这类材料二维结构与性质的关联性为切入点,系统展示了这类材料二维结构的合成进展,总结了其二维尺度上的独特性质,并对这类材料的发展前景及挑战进行了展望.     

生物材料

<正>经过数百万年的进化,生物世界已经成为一个超级有效的材料研发实验室。本期选自《自然》杂志的一组文章研究了自然界中的物质如何为仿生材料带来启发,从而最终赋予人类超人的能力。我们的探索从观察一种熟悉的生物开始——蜘蛛。这些节肢动物用来结网的丝非常坚韧。确实,电影《蜘蛛侠2》中的场景——纽约市的一列地铁被一个蜘蛛网迫停,并非远离现实、荒诞不经。科学家正在研究如何用合成材料制造出这样的纤维。     

{Mo[S_2CN(C_2H_5)_2]_4}~(+1)·{FeCl_4}~(-1)·{C_6H_5CH_2SSCH_2C_6H_5}包合物晶体的合成、结构、性质研究

模拟固氮酶的活性点——钼铁硫原子簇化合物的合成,是近年来人们注意研究的课题。 我们在模拟物合成过程中,得到一种三元包合物晶体,本文报道的即是该晶体的合成,结构与性质研究。     

科学家发明复原力惊人的“钢筋铁骨橡胶”

日本科学家用碳纳米管合成了一种特殊的“钢筋铁骨橡胶”材料,这种材料有一种独特的性能,即它不仅能在极端高低温的条件下仍然保持弹性,而且无论将它折成什么形状,它都会自动恢复原状。     

含卤素取代基的不对称变色酸双偶氮胂酸型试剂与稀土元素显色反应的研究

为了研究变色酸双偶氮类试剂的结构对其与稀土元素反应性能的影响,我们以含卤素取代基的不对称变色酸双偶氮胂酸型试剂为例,设计并合成了十一种试剂。其中除P-苯基-2As已有文献报道外,其余皆为武汉大学化学系首次合成。其通式为     

螺二芴和均三嗪构筑的主体材料的合成及应用

设计并合成了4种基于螺二芴和均三嗪类的新型主体材料2-(2′,7′-二叔丁基-9,9′-螺二芴-2-基)-4,6-二苯基-1,3,5-三嗪(DTSF-2-DP-TRZ)、2-(9,9′-螺二芴-2-基)-4,6-双(3,5-二-叔丁基苯基)-1,3,5-三嗪(SF-2-DTDP-TRZ)、2-(9,9′-螺二芴]-4-基)-4,6-双(3,5-二-叔丁基苯基)-1,3,5-三嗪(SF-4-DTDP-TRZ)、2-(9,9′-螺二芴-4-基)-4,6-双(4-(叔丁基)苯基)-1,3,5-三嗪(SF-4-TDP-TRZ),并对其结构和性能进行了表征.利用热重分析、差热分析、紫外可见吸收、荧光、低温磷光、循环伏安法对其物理和化学性质进行了研究,结果表明4种主体材料的热稳定性能优异,紫外-可见光吸收峰位于280～355nm之间;光学带隙(Eg)分布在3.28～3.36eV之间.为了研究其在有机电致发光中的应用,4个主体材料分别与绿光热激活延迟荧光材料共掺作为发光层,通过旋涂法制备,并研究其结构与性能之间的关联.所制备的器件光电性能表现优异,其中DTSF-2-DP-TRZ作为主体材料的器件最大亮度达到6600cd/m~2,最大电流效率为51.3cd/A,相应的最大外量子效率为16.6%.     

立构嵌段聚合物的合成方法

高分子合成是高分子科学的基础,高分子合成中探索和开发新的催化体系、新的聚合方法来控制聚合物的微观结构进而赋予材料优异的物理化学性能是推动高分子科学向前发展的极其重要的研究课题.立构嵌段聚合物是一种特殊的聚合物,其各嵌段链是由相同的结构单元组成但各嵌段链构型不同,此类聚合物在性能上常常表现出类似于热塑性弹性体的性质.因此,立构嵌段聚合物的合成引起了人们的极大关注.本文综述了几大类立构嵌段聚合物(包括聚丙烯,聚双烯烃,聚丙烯酸酯以及聚乳酸等)的合成方法,并详细介绍了制备中所用的催化体系以及聚合机理.     

封面说明

<正>中空多壳层结构(hollow multishelled structure,HoMS)材料以纳米颗粒为基本构筑单元,由外至内次序排列的多孔壳层赋予了材料独特的时空有序性,是一种极具竞争力的新型功能材料.然而,由于结构的复杂性,很长一段时间以来,仅有少数几种组分的HoMS被合成出来,极大限制了该新型功能材料的发展和应用.中国科学院过程工程研究所王丹课题组提出并发展的次序模板法(sequential templating approach, STA),为HoMS的普适可控合成提供了具有重要贡