化肥与农药控失技术研发及产业化

针对我国肥料农药高施低效的关键问题,以天然黏土为基础材料,建立了基于纳米网捕的化肥农药迁移阻控方法,研制出控失化肥和控失农药***并实现产业化。迄今,技术累计推广约2亿亩,创造显著的经济、社会和生态效益,为我国肥料农药双减提供有效科技支撑,对于推进农业高质量发展和乡村振兴两大战略具有重要意义。     

页岩气水平井强化井壁水基钻井液研究

利用物理或化学方法强化封堵页岩微纳米尺度裂缝是解决页岩气地层井壁失稳与井漏问题的技术关键。在研究页岩气地层井壁失稳机理基础上,探讨了通过钻井液物理-化学协同封堵强化页岩井壁稳定的机理。采用乳液聚合方法,研制了一种微纳米聚合物微球封堵剂,并利用压力传递实验、核磁共振等评价了微纳米聚合物微球封堵剂与化学封堵剂的协同封堵作用效果。研究表明,微纳米聚合物微球"吸附-架桥-可变形填充"、化学封堵剂"封堵-固结"两种封堵机理协同作用,能够在井壁周围形成连续、致密的承压封堵层,阻止压力传递与滤液侵入,实现物化协同封堵强化井壁的目的。进一步优化了页岩气地层强化井壁水基钻井液体系,密度达2. 0 g/cm~3时仍具有良好的流变、滤失及润滑性能,可有效地封堵页岩微纳米尺度缝隙、抑制页岩水化效应,为页岩气钻探开发提供了钻井液技术支撑。     

纳米金-铂/碳纤维复合材料的制备及其修饰电极性能研究

通过静电纺丝法制备聚丙烯腈纤维(PANF)并高温碳化以获得碳纳米纤维(CNF),利用水热法将纳米铂(PtNPs)负载于CNF表面得到Pt/CNF复合材料,将其固定于电极表面之后进一步利用电沉积法将纳米金(AuNPs)形成于Pt/CNF表面得到修饰电极(Au/Pt/CNF/CILE)。通过扫描电镜考察复合材料的形貌结构,利用电化学方法研究修饰电极的电化学性能,求解其有效面积。结果表明CNF呈网状结构,PtNPs稳定附着在纤维表面,电沉积的AuNPs均匀分布在Pt/CNF/CILE表面,所制备的修饰电极的导电性能增强、有效面积增大且表面丰富的电活性位点促进了电子的有效转移。     

钛掺杂BiFeO3光催化剂的制备及其催化性能

用溶胶-凝胶法制备钛(Ti)掺杂BiFeO₃纳米颗粒(Ti-BiFeO₃), 研究不同煅烧温度对Ti掺杂BiFeO₃结构调控及光催化性能的影响, 用X射线衍射（XRD）、 扫描电子显微镜（SEM）、 能谱分析（EDS）、 紫外-可见（UV-Vis)光谱技术对颗粒的相结构、 形貌、 原子比例、 光催化性能等进行测试及分析, 并以罗丹明-B为目标降解物, 对Ti掺杂BiFeO3光催化性能进行研究. 结果表明: Ti掺杂BiFeO₃样品在不同煅烧温度均出现Bi₂Fe₄O₉相; 煅烧温度可对Bi₂Fe₄O₉的含量进行调控, 在650 ℃煅烧样品中含有适量的Bi₂Fe₄O₉相, 能有效提高Ti掺杂BiFeO₃的光催化活性, 且具有较高的降解活性, 60 min内降解效率达85%.     

硫化纳米零价铁去除水溶液中铀的机理

研究了铀溶液初始pH、HCO－₃质量浓度和硫化纳米零价铁(sulfidized nano-scale zerovalent iron,SnZVI)投加量对SnZVI去除铀的动力学过程的影响,并通过SEM、XRD和XPS阐明SnZVI去除铀的机理。球形SnZVI颗粒直径为100~200 nm,比表面积为43.5 m²/g。SnZVI颗粒中含有Fe和FeS,且Fe(0)和Fe(Ⅱ)含量超过80%。SnZVI去除铀的动力学过程符合准一级动力学模型。增加SnZVI投加量,反应后溶液中铀质量浓度低于0.05 mg/L,但是pH升高及HCO－₃质量浓度增加导致SnZVI去除铀的速率降低。SnZVI去除铀的负荷达到2 452.92 mg/g,且反应后颗粒中约85%的铀为U(IV)和U(V)。研究结果表明,SnZVI可通过表面官能团的吸附作用及Fe(0)的还原作用快速分离水溶液中的铀。     

Al2O3-Cr2O3固溶体烧结动力学研究

以纳米η-Al2O3与工业铬绿为原料,采用固相烧结的方法制备Al2O3-Cr2O3固溶体.以聚乙烯醇为结合剂,经过冷等静压成型后,分别以埋碳和空气两种气氛在1400～1600℃常压烧结.研究不同气氛、不同温度下试样的性能、显微结构和烧结动力学.在烧结过程中,随温度升高,两种不同气氛的Al2O3-Cr2O3固溶体晶粒生长指数减小,晶粒生长活化能下降.埋碳气氛下Al2O3-Cr2O3固溶体平均晶粒生长指数为1.763,晶粒生长主要受晶界的曲率和一小部分体积扩散控制;空气气氛下Al2O3-Cr2O3固溶体平均晶粒生长指数为3.454,晶粒生长主要受离子随机越过晶界和体积扩散控制.对比晶粒生长活化能发现,空气气氛更有利于Al2O3-Cr2O3固溶体晶粒的生长发育,但当温度过高时应考虑CrO3的挥发对晶粒生长的影响.     

基于SnO2/TiO2/Au NPs纳米复合材料发展光电化学方法特异性检测唾液酸

制备了氧化铟锡（ITO）/二氧化锡（SnO₂）/二氧化钛（TiO₂）/金纳米粒子（Au NPs）纳米复合电极（ITO/SnO₂/TiO₂/Au NPs）,并利用它发展了可以选择性检测唾液酸（SA）的光电化学（PEC）法.采用旋涂法制备了ITO/SnO₂电极,并通过静电纺丝和磁控溅射技术在ITO/SnO₂表面原位合成了TiO₂纳米纤维和Au NPs.与单纯SnO₂比,ITO/SnO₂/TiO₂/Au NPs纳米复合电极的光电性能显著提高.这可能与Au NPs的局域表面等离子体共振效应（LSPR）和TiO₂/SnO₂异质结之间的协同作用密切相关.之后,通过金硫键（Au-S）将四巯基苯硼酸（4-MPBA）修饰在ITO/SnO₂/TiO₂/Au NPs电极表面,利用4-MPBA和SA之间的非特异性酯化反应,发展了可以特异性检测SA的PEC传感平台.     

手性等离激元纳米结构制备及其应用

手性是自然界物质普遍存在的特征.手性等离激元纳米结构因其优异的光学活性近年受到业界广泛关注.介绍了手性的基本概念和表征方法,综述了3种常用的产生等离激元圆二色响应的纳米结构及其制备方法,总结了其在多方面的应用.纳米制造技术的发展促进了复杂的手性等离激元纳米结构"自上而下"的合成,与此相对应,手性模板和手性分子诱导的手性转移,则为手性纳米结构"自下而上"的湿化学合成提供了多种可行性.具有手性光学响应的等离激元纳米结构主要有3种类型.利用手性分子和非手性等离激元纳米颗粒之间的偶极—偶极相互作用可诱导PCD,但手性响应通常较弱.具有手性形状的单个纳米结构及非手性等离激元纳米颗粒构成的手性组装结构则可产生强烈的手性光学响应.手性等离激元纳米结构在手性光学器件、手性物质检测、手性催化和生物医学等方面展现了广阔的应用前景.     

基于微电子喷墨打印法制备Li4Ti5O12电极及其电化学性能

为解决传统电极制备过程中操作复杂、成本较高等问题,通过微电子喷墨打印结合高温退火的方法,成功制备了不含黏结剂的纯相钛酸锂(LTO)/铜箔(Cu)薄膜电极.扫描电镜分析结果表明:在Cu箔表面可均匀沉积呈纳米颗粒状的纯相LTO;喷墨打印10层活性物质的LTO/Cu薄膜电极与Li片负极组装的扣式电池,在3C(1.0～1.7 V)电流密度下,电池的比容量达91.27 mA·h/g,经过1000次循环后,放电比容量保持率为85.4％,表现出良好的稳定性.上述结果表明,喷墨打印法结合高温退火的方法在制备不舍黏结剂的电极材料方面具有广阔的应用前景.     

碳纳米材料对水泥基材料耐久性的影响研究

随着工程环境日趋复杂,水泥基材料的耐久性问题成为其发展的制约因素.碳纳米材料可促进水泥水化、从微观角度优化水泥基材料内部结构,进而有效强化其耐久性.综述了碳纳米材料对水泥基材料耐久性强化的最新进展,重点讨论碳纳米材料的分散性、强化机理,并对碳纳米材料应用于水泥基材料中存在的问题及发展方向进行了探讨.