钛硅纳米复合氧化物粉体表面化学结构特征

采用3种溶胶凝胶工艺制得钛包硅、硅包钛及钛硅均匀混合3种结构的钛硅纳米复合氧化物粉体, 每个结构的SiO₂摩尔分数分别为10%~30%. 利用X射线光电子能谱(XPS)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品表面的化学结构进行表征. 对所有经773和1173 K热处理的样品表面研究表明: 有相当数量的Si原子在表面富集, 其含量随热处理温度升高而增加; 表面Ti³⁺, Ti²⁺, Si³⁺, Si²⁺低价氧化物与Ti⁴⁺和Si⁴⁺氧化物共存, 随热处理温度升高和SiO₂含量增大, 表面低价钛氧化物和低价硅氧化物含量增大; 钛硅复合氧化物表面的浅表层为富氧层, 多余的氧可能来自化学吸附水. 复合结构不同导致表面各种价态的钛氧化物和硅氧化物含量不同. 这些结果表明溶胶凝胶法制得的钛硅纳米复合氧化物粉体表面为双层结构, 即第一层为富氧层, 第二层为SiO_x/TiO_y (x, y<2)层. 钛和硅的低价氧化物可能是由Ti⁴⁺和Si⁴⁺的热扩散引起的, 而这种热扩散可能与Ti⁴⁺和Si⁴⁺之间的强相互作用有关.     

复合薄膜CoFe2O4/TiO2的制备及磁性

以钛酸丁酯和金属盐酸盐为原料, 采用溶胶-凝胶工艺制备CoFe₂O₄/TiO₂复合薄膜. 探讨热处理温度和前驱液pH值对CoFe₂O₄/TiO₂复合薄膜结构及磁性的影响. 通过X射线衍射(XRD)分析了复合薄膜的相结构; 采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和偏光显微镜(PLM)观测了薄膜表面形貌; 用振动样品磁强计(VSM)测试了样品的磁性. 结果表明, 薄膜生长过程中两相组分的晶体各自析出长大, CoFe₂O₄均匀地嵌埋于TiO₂基体中; 薄膜中晶粒的生长对反应体系的pH值、热处理温度依赖性较大, 前驱液pH在2~3范围内, 经800℃热处理后得到纳米复合薄膜, 晶粒平均粒径为19 nm; 随着热处理温度的升高, 复合薄膜的磁性增强.     

从工业产品出发制备多孔陶瓷膜

<正>陶瓷膜由于具有优良的热稳定性与机械和结构稳定性、抗化学试剂与微生物侵蚀的能力及较大的表面修饰潜力,因而一方面它作为一种膜分离材料具有很吸引入的前景,另一方面由于陶瓷膜的表面修饰能力强,易于引入具有催化活性的物质,从而使在陶瓷膜上实现反应(特别是高温催化反应)与分离双功能合一具有现实可能性。近年来γ-Al₂O₃膜一般是用溶胶-凝胶技术进行制备的,文献报道的方法都是用铝的醇盐(如异丙醇铝)作为原料,先制备γ-AlOOH溶胶,然后用该溶胶通过浇铸过程浸涂底膜,经干燥、焙烧步骤而制得γ-Al₂O₃复合膜。但是由于醇盐的价格较高,吸水性强,很易吸收空气中的水分而进行不受控制的水解,因此醇盐储存困难,并且在制备溶胶时,已水解的醇盐必须仔细除去,否则形成的γ-AlOOH溶胶胶粒大、分布宽,从而影响膜的性能。我们从工业产品SB粉出发成功地得到了γ-Al₂O₃复合膜,这种SB粉价格便宜,易于储存,并且制备过程更简单。     

NiO/TiO2纳米纤维的制备、表征及光催化性能

采用静电纺丝和程序升温焙烧的方法制备了NiO/TiO₂纳米复合光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等测试技术对样品的结构与性能进行了表征, 并研究了该催化剂在可见光下对有机染料罗丹明B催化降解反应的活性. 结果表明, 合成的NiO/TiO₂复合纳米材料尺寸均匀, 该催化剂相对于纯的TiO₂具有更强的紫外光吸收性能, 煅烧温度为600℃时, NiO/TiO₂的光催化活性最高. 而且, 该催化剂也可被循环使用, 这使得该复合光催化剂具有广阔的应用前景.     

三维有序大孔钙钛矿材料的制备

以制备三维有序大孔(3DOM)La_0.8Sr_0.2MnO₃和La_0.7Ca_0.2Sr_0.1MnO₃钙钛矿材料为例, 研究3DOM钙钛矿热致变色材料的制备方法. 采用自组装方法将粒径约为220 nm的聚苯乙烯(PS)微球组装成三维有序排列的胶体晶体模板, 以La(NO₃)₃·6H₂O, Ca(NO₃)₂·4H₂O, Sr(NO₃)₂, Mn(CH₃COO)₂·4H₂O、乙醇等配制的混合金属硝酸盐溶液为前驱填充于PS胶晶模板间隙中, 经干燥和煅烧除去微球模板后得到三维有序大孔(3DOM)La_0.8Sr_0.2MnO₃和La_0.7Ca_0.2Sr_0.1MnO₃材料. 结果表明, 由于填充次数不同, 得到3DOM材料的骨架厚度不同, 其孔径收缩率也相差较大. 同时, 由于制备方法不同, 3DOM和块体La_0.8Sr_0.2MnO₃材料的居里温度也相差较大.     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe₂O₃ (带隙2.2 eV) 和Zn₂SnO₄ (带隙3.6 eV)两者都是廉价的光电材料, 然而前者光生载流子复合效率较高, 后者只有在紫外光区有光电响应. 本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄复合材料, 利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征. 结果表明, 该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善. 该复合材料光电响应的改善, 与水热法制备的α-Fe₂O₃@Zn₂SnO₄核壳结构有关. α-Fe₂O₃与Zn₂SnO₄复合后Fe_2p的结合能变化明显, 这可能有利于光生载流子分离.     

Fe3O4-SiO2-Polypyrrole纳米核壳颗粒的制备及其吸附性能

制备了一种高磁响应的Fe₃O₄-SiO₂-Polypyrrole纳米复合核壳颗粒, 并成功应用于水相体系中重金属离子Cr₂O₇²⁻的吸附研究. 分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FTIR)和振动样品磁强计(VSM)对产物的结构、形貌与磁性能进行了表征, 结果揭示, 核壳复合吸附材料由400 nm大小的Fe₃O₄多晶球簇内核、100 nm厚度的非晶SiO2壳层以及外层聚吡咯材料组成, 其饱和磁化强度为43.5 emu/g. 通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)研究了其对重金属离子的吸附性能, 按照Langmuir等温吸附模型计算的饱和吸附量为35.52 mg/g. 证明对于Cr₂O₇²⁻离子, 该核壳结构纳米材料是一种性能良好、可高效磁分离的吸附材料.     

三维杂金属(3d-4f)配位聚合物: {[Ln2Cu(pydc)4(H2O)6]•2H2O}n的合成与结构

在水热条件下(160℃), 通过稀土氧化物(Ln₂O₃)、氯化铜(CuCl₂)与2,5-吡啶二甲酸(H₂pydc)反应合成了两个新颖的3d-4f配位聚合物{[Ln₂Cu(pydc)₄(H₂O)₆]•2H₂O}_n [Ln = Eu(1)和Gd(2)]. X射线晶体学研究表明, 配位聚合物(1)和(2)是同晶异质体, 都具有开放的三维网状结构. 晶体结构和热重分析结果都表明在配位聚合物内存在较强的氢键相互作用.     

羧酸/EO-叠氮混合桥联铜配合物的结构与磁性

以两个结构相近但具有不同氢键受体的取代苯甲酸盐作为辅助配体, 合成了3个叠氮铜配合物, [Cu(L¹)(N₃)(H₂O)]_n (1), [Cu(L¹)(N₃)(MeOH)]_n (2)和 [CuL²HL²(N₃)₃(H₂O)]n (3) (HL¹ = 4-硝基苯甲酸; HL² = 2-苯基-4-喹啉甲酸), 并研究了它们的结构与磁性. 配合物1是一个羧酸/EO-叠氮桥联的铜链, 并由氢键连成三维结构; 配合物2是同配合物1相似的链状结构, 但是由氢键连成了二维结构; 配合物3是一个具有三重氢键的三维超分子网络. 磁性研究表明在配合物1和3中存在铁磁耦合作用.     

定向凝固Al2O3/Al-4.5Cu复合材料的弯曲性能与断裂特征

采用定向凝固的方法研究了Al₂O₃/A-4.5Cu复合材料的力学性能的变化规律 ,实验结果表明 :随着定向凝固冷却速率的提高,Al₂ O₃/Al-4.5Cu复合材料的抗弯强度和塑性提高 ,与搅拌铸造Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料相比 ,当定向凝固速度达到700μm/s时 ,其抗弯强度提高66% ,断裂应变提高135%.另外,在相同定向凝固条件下Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料与Al-4.5Cu合金相比较,其抗弯强度均得到明显改善 ,而断裂应变则降低 .搅拌铸造Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料表现为沿晶断裂,而定向凝固Al₂O₃/Al4.5Cu复合材料表现为韧性断裂,随着定向凝固速率的提高,其断裂面上韧窝数量明显增加.     

自组装制备Fe3O4@Au复合纳米粒子用于固定化葡萄糖氧化酶

用化学共沉淀法合成了6~12 nm的超顺磁性Fe₃O₄纳米晶体, 在室温下用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对其表面氨基化, 然后加入Frens法合成的金溶胶, 自组装制备了磁性Fe₃O₄@Au复合纳米粒子. 用透射电子显微镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、震动样品磁场计(VSM)等方法对合成的金磁微粒的表面形貌、光学、结构、磁性质等进行表征. 结果表明, 合成的金磁微粒粒径分布均匀, 在15~20 nm, 磁响应性好. 金磁微粒有超顺磁性和易与生物分子结合的特点, 以葡萄糖氧化酶(GOx)为模型, 详细研究了固定化酶条件及固定化酶的酶学性质. 固定化酶的最优条件为: Fe₃O₄:HAuCl₄摩尔比为0.5:1, pH 5.5, 温度为28℃. 固定化后葡萄糖氧化酶耐热性提高, 保存时间延长, 且能在外部磁场下分离反复使用.     

Sn-30Bi-0.5Cu 合金在Cu 基板上的铺展动力学

采用静滴法研究了493~623 K 范围内, Sn-30Bi-0.5Cu 合金熔体在Cu 基板上的铺展动力学. 在Ar-H₂ 流动气氛中, 采用高像素数码摄像机实时在线记录了Sn-30Bi-0.5Cu 合金熔体在Cu 基板上的铺展过程中, 其铺展前沿(即熔滴的基底半径)随时间变化情况. 结果表明, 在温度范围493~523 K 内, 铺展过程中的ln(dR/dt)与lnR 的关系较好地符合De Gennes 铺展模型关系式, 而在温度范围548~623 K 内, 实验结果与De Gennes 铺展模型关系式表现出明显偏差. 从结果来看, 温度对于Sn-30Bi-0.5Cu/Cu 体系的铺展机理有着复杂的影响.Sn-30Bi-0.5Cu/Cu 之间生成的金属间化合物的成分经电子探针微区分析(EPMA)确认为Cu₆Sn₅ 和Cu₃Sn, 该金属间化合物在气液固三相界面处位于铺展的前沿, 其生成有利于铺展速率的提高.     

纳米TiO2颗粒与介孔SiO2复合体系的光吸收边调制

用介孔固体浸泡水解的方法合成了纳米TiO₂ /SiO₂ 介孔复合体 ,并对其结构进行了表征和评估 .研究了介孔复合体的吸收边与TiO2 纳米颗粒复合量和热处理温度的关系 .研究结果表明 ,随TiO₂ 纳米颗粒复合量的减小,介孔复合体的吸收边蓝移量增加 ,随热处理温度的升高 ,蓝移量减小     

高比表面积Y2O3:Er3++TiO2 的制备及上转换发光特性研究

采用共沉淀法和sol-gel 法制备了Y₂O₃:Er³⁺, Y₂O₃:Er³⁺/Yb³⁺和Y₂O₃:Er³⁺+TiO₂ 三种样品.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积仪、紫外可见分光光度计及荧光光谱仪分析和测试了样品的表面形貌、比表面积、孔隙度、紫外可见吸收光谱和室温下的荧光光谱. SEM 和TEM 测试表明共沉淀法制备的样品发光离子分散性很好; sol-gel 法制备的Y₂O₃:Er³⁺+TiO₂ 表面分布着许多的介孔, 颗粒直径在10 nm 左右. 对3 种样品的孔径分布和表面积测试表明, Y₂O₃:Er³⁺和TiO₂ 复合后的性质不是两种物质性质的简单叠加, 其比表面积高达135.991 m²/g, 是纯Y₂O₃:Er³⁺的4.8 倍, 是纯Degussa P25 TiO₂ 的2.5 倍, 如此高的比表面积有利于提高TiO₂ 的光催化性能. 样品的荧光光谱显示其在388, 500 和570 nm 的可见光激发下分别对应在237, 395 和467 nm 处各有一个上转换发光峰.       

Al2O3担载Fe催化CVD法合成纳米洋葱状富勒烯

以Fe/Al₂O₃作催化剂, 采用化学气相沉积法在400℃下催化裂解乙炔合成了纳米碳材料, 为了去除催化剂载体和残留的催化剂颗粒, 进一步将产物在60℃下于36%的浓盐酸中回流48 h, 并通过扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对产物进行了表征. 结果表明: 在400℃下合成了直径在15~50 nm之间、石墨片层呈层状堆积结构的内包Fe₃C的纳米洋葱状富勒烯. 进一步将产物在1100℃下热处理2 h, 得到了具有完整清晰的石墨壳层结构的纳米洋葱状富勒烯. 在此基础上, 探讨了内包金属纳米洋葱状富勒烯的生长机制, 认为此实验条件下内包金属纳米洋葱状富勒烯的生长遵循气-固生长机制.     

Q235钢在潮湿SO2环境中的初期腐蚀锈层的表征

研究了Q235钢在不同SO₂浓度48 h的初期腐蚀行为, 分析了在不同条件下Q235钢的初期腐蚀行为, 发现SO₂浓度0.05%为一临界点, 此时Q235钢的腐蚀深度达到最大, 随后再提高SO₂浓度, 腐蚀深度随之降低. 同时运用扫描电子显微镜(SEM/EDAX)、Fourior变换红外光谱(FTIR)和XRD对Q235钢的表面形貌和腐蚀产物进行了分析, 发现当SO₂浓度为0.5%时, 出现了三种不同形貌的产物层, 并且在产物中发现了SO₃^2-, 讨论了不同条件下锈层中S元素的作用, 并对SO₃^2-的生成机制进行了分析, 阐述了Q235钢在不同SO₂浓度下的腐蚀机理.     

地质作用与碳循环研究的回顾和展望

大气温室气体浓度升高与全球气候变化相互关系的探讨使地球系统的碳循环受到了越来越多的关注. 后者是指碳在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间, 以CO₃^2- (以CaCO₃, MgCO₃ 为主), HCO₃^-1, CO₂, CH₄, (CH₂O)_n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程. 它既可制约一系列资源环境问题, 如农林业和水泥生产、化石燃料的形成分布、大气CO₂ 浓度变化等, 也受制于一系列地质作用, 如风化作用、搬运沉积作用、地震火山作用等.掌握其运行规律和机制, 是可持续发展的重要科学支撑.     

纳米CoFe2O4/SiO2磁性复合体的制备与表征

以正硅酸乙酯和金属硝酸盐分别作为二氧化硅和铁氧体的前驱体, 通过溶胶凝胶工艺成功制备了磁性CoFe₂O₄/SiO₂纳米复合体. 通过综合热分析(DSC)、红外吸收光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)等分析探讨了该复合体的合成机理, 利用振动样品磁场计对样品磁性能进行了测试. 研究发现, 当干凝胶热处理温度较低时, 材料以非晶态存在, 当热处理温度达到400℃时, SiO₂基体中开始有CoFe₂O₄团簇形成, 当热处理温度达到800℃时SiO₂基体中就形成了大小约为17 nm的CoFe₂O₄纳米晶. CoFe₂O₄磁性粒子的生成伴随着二氧化硅网络的重组以及金属离子与氧化硅基体之间相互反应的加强. 但热处理温度升高到800℃时, 基体中纳米磁性粒子与基体间的反应会明显减弱甚至消失. 复合体的饱和磁场强度以及矫顽力随着热处理温度的增加而逐步增长.     

环境友好条件下甲烷等离子体转化生成液态产物、氢和氨的研究

介绍了在环境友好的常温、常压无催化剂条件下, 利用大气压强电场电离气体放电, 将CH₄和N₂转化一步生成液体燃料、H₂和NH₃的研究. 甲烷转化生成液态产物的质量转化率达26.3%, 能量效率达22.9 g/kWh. 液态产物中含有烯烃、炔烃、吡咯、吡嗪等多种化合物, 是重要的香料、医药、染料等有机合成中间体. 甲烷转化生成H2的浓度为9.1%(V/V), 产率、能量产率分别为1879.8 μmol/min和186.5 μmol/kJ, 生成NH3的浓度达8000 ppm (1 ppm=1×10^-6). 整个反应过程符合绿色化学的原则.     

双胺基桥联双酚二价镱化合物催化胺和腈形成单取代脒的加成反应

双胺基桥联双酚二价镱化合物YbL(ONNO)(THF)₂ (L(ONNO)=Me₂NCH₂CH₂N(CH₂-2-O- 3,5-C₆H₂(tBu)₂)₂) (I)可作为催化剂催化胺和腈生成单取代脒的反应, 产物收率为中等到良好. 底物为芳香胺和腈时, 反应活性较高. 二价稀土化合物的结构对反应的选择性有很大影响. 本文推测了反应的机理, 并分离到了中间体苯腈分子和二价镱化合物配位形成的配合物Yb(OAr)₂(C₆H₅CN)(THF)₂ (Ar = 2,6-ditBu-4-MeC₆H₃).