关键词： 锂离子电池   硅碳负极   复合结构   比容量  

摘要： 硅基材料作为最具发展前景的锂离子负极电池材料之一,其具有较高的理论比容量和优异的快充性能,符合目前新能源汽车的发展需求。但由于其在充放电的嵌脱锂过程中体积发生严重膨胀,使得电极材料结构被破坏,继而出现粉化脱落现象,制约了该材料的商业化应用。有学者提出若将碳和硅2种材料复合,即可得到容量高、导电性能和循环性能佳的负极材料。笔者先分析了硅基负极的储锂机制,对硅碳负极复合材料的核壳结构、蛋黄壳结构、多孔结构、嵌入结构4种结构设计进行了简单总结,并针对不同结构的特点进行分析。最后对硅碳负极复合材料未来的研究及低成本的产业化发展进行展望。

关键词： 中空有序介孔有机硅   硬模板法   液界面组装法   界面重组与转化法   肿瘤治疗   综述  

摘要： 随着介孔材料和生物医学的不断发展,中空有序介孔有机硅(HPMOs)作为一种新型介孔硅材料,具有高比表面积、高载药量、良好的生物相容性、多功能的有机–无机杂化框架、较低的细胞毒性以及可生物降解等特点,受到广泛关注,以HPMOs为载体的药物递送系统得到多方持续开发,为肿瘤治疗提供了新的策略。本文综述了近年来HPMOs的合成进展,介绍了HPMOs的种类,对硬模板法、液界面组装法和界面重组与转化法进行了详细的阐述,并总结了其在肿瘤治疗中的应用进展。最后对其作为药物载体所面临的挑战及未来的发展趋势作了展望,以期为HPMOs的制备及在肿瘤治疗中的应用研究提供参考。

关键词： 过一硫酸盐活化   有序介孔硅   生物炭   活化机理   废水处理  

摘要： 随着水体污染问题的不断加剧,人类环保意识的逐步提高,水中有机污染物的处理技术也在不断的发展。近年来,高级氧化技术由于其高的氧化能力引起了研究者们的广泛关注。其中,相比于其它处理技术而言,基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术具有较大的应用潜力。由于PMS的不对称结构,它更容易被催化剂活化产生强氧化性的自由基,从而使水中难降解的有机污染物去除。钴基催化材料被认为是活化PMS最有效的手段之一。因此,寻求简单的方法制备催化效果好、稳定性强、使用周期长的钴基催化材料具有重大意义。本论文分别使用片状的Zr-SBA-15和来源广泛的废弃物羊粪衍生的生物炭作为载体材料,通过引入钴活性物种,制备了用于PMS活化降解有机污染物的催化材料,并探讨了它们的催化性能、降解机理以及应用潜力。(1)利用钴物种、组氨酸(His)和Zr-SBA-15(ZS)作为前驱体,采用简单的无溶剂法成功地制备了带有钴-氮/碳层(Co-N/C)的有序介孔硅催化材料来考察活化PMS降解有机污染物的催化活性。考虑到介孔二氧化硅的孔道限制效应和Zr-SBA-15,钴物种以及组氨酸之间的强烈的相互作用,催化剂(Co@NC-ZS-700)表现出优异的界面性能、循环稳定性和磁性分离能力,且能够对染料、酚类、抗生素等有机污染物高效降解,具有一定的普遍适用能力。此外,还系统地研究了碳化温度、钴物种含量、PMS/催化剂用量、p H值、共存离子和真实水环境等因素对降解性能的影响。(2)以“以废治废”的理念为出发点,实现废弃物羊粪的资源化利用。通过将浸渍钴的羊粪废弃物进行碳化处理,成功制备了表面负载的钴/生物炭复合材料。催化剂(Co-GMC-900)在活化PMS降解环丙沙星(CIP)方面表现出良好的催化性能,在30分钟内可去除96.5%的CIP。此外,由于良好的磁性、固有的椭球体以及钴纳米粒子与石墨化生物炭网络之间相互作用的协同作用,Co-GMC-900具有较强的稳定性。通过表征分析,碳化温度对催化材料的理化性质的调节起着至关重要的作用。根据被检测到的活性物种,系统地提出了自由基过程(SO,OH和O)与非自由基过程(O和电荷转移)结合的降解机制。这一工作或许为羊粪废弃物的资源化利用和有效去除有机污染物提供了广阔的应用前景。

关键词： 应用化学专业   特色综合实验   粉煤灰   有序介孔硅   应用探索  

摘要： 基于应用化学专业教师的科研方向与学校的矿业能源办学特色,设计综合性的"粉煤灰合成有序介孔硅及其应用"应用化学专业实验,包括粉煤灰的预处理、有序介孔硅的合成、样品的表征分析及应用探索。通过该特色鲜明的专业实验的开设,不但可以加强学生对学校特色和专业方向的认知,而且能够提高学生的动手操作和创新实践能力,为学生后续开展科学研究奠定坚实的基础。

关键词： Si/C复合结构   介孔材料   锂离子电池   负极材料   电化学  

摘要： 以P123嵌段模板法合成SiO2-有序介孔(SiO2-OMPs)短棒状结构,以此为前驱体通过镁热还原和酚醛树脂碳包覆处理,成功制备出有序介孔硅/碳复合结构(Si/C-OMPs),用于锂离子电池负极材料测试。从扫描电镜图(SEM)和透射电图(TEM)观察发现,SiO2-OMPs形态可以通过HCl溶液浓度有效调控,在高浓度下获得高堆积密度的粒状有序介孔结构,并在镁热还原和碳包覆处理后这种有序介孔结构均得到完美保持。X射线衍射(XRD)数据的分析表明,镁热还原反应包括两步串连反应:Mg和SiO2先反应形成Mg2Si中间相,而后该相再还原剩余SiO2并获得终产物Si。第二步反应属于缓慢的固/固扩散过程,抑制了整个还原反应的完成,导致Si产率低且存在杂质相。电化学测试表明,由于其坚固的结构和畅通的介孔系统,有序介孔Si/C复合结构具有优异的循环稳定性和倍率性能。

关键词： 气相色谱   手性介孔材料   固定相   手性分离  

摘要： 手性介孔材料在手性分离、不对称催化、手性传感等领域具有广泛的应用价值。手性有序无机介孔硅是一类介孔结构高度有序、不含有机成分的手性材料。该文采用D-苯丙氨酸为手性源合成手性有序无机介孔硅(COIMS),将其用聚硅氧烷(OV-1701)稀释后用作固定相制备毛细管气相色谱手性柱,并对该手性柱的分离性能进行了考察,8种手性化合物在该手性柱上得到了拆分。COIMS柱对直链烷烃、醇的分离也表现出良好的选择性。该柱还具有分析时间短、在较高温度下测定稳定等优点,其具有开发成高温手性固定相的潜力。

关键词： 植物生长调节剂   样品前处理技术   一体化分散固相萃取   离子液体   有序介孔硅   丝瓜络纤维  

摘要： 近年来,随着社会的进步和科学技术的不断发展,人们对生活质量的要求逐步提高,对食品检测的要求也越来越严格。由于食品基质较为复杂,目标组分含量低,所以在使用仪器对其进行分析检测前,往往都需要对样品进行适当的预处理。液-固萃取在众多样品前处理技术中占据着重要地位,由此衍生出几种常用样品前处理技术,例如:固相萃取技术（SPE）、固相微萃取技术（SPME）、QuEChERS法等。本研究首先开发一种一体化分散固相萃取新技术,其次制备两种具有多种吸附机制的有机功能化复合吸附剂,将其用作吸附剂,最终实现复杂基质样品中痕量植物生长调节剂（PGRs）的萃取分离与检测。第一章,介绍PGRs的研究现状并探讨对其进行分析检测的必要性;综述几种传统样品前处理技术,及其在检测样品中的目的、要求和重要地位;回顾有机功能化介孔硅、离子液体和天然纤维材料用于吸附剂领域的研究进展。第二章,发明一种新型一体化分散固相萃取装置并开发出一体化分散固相萃取方法。该方法在萃取分离的整个过程中处于密闭状态,有效降低有机试剂挥发对分析工作者健康造成的伤害。接下来,通过采用三种性质不同的材料作为吸附剂,验证了该方法在吸附剂选择方面具有普遍适用性。并将本实验开发的新型前处理技术与目前常用的4种前处理技术进行了比较。结果表明,该技术具有耗时短、稳定性好等优点。最后,该方法成功应用于人尿中阿西美辛的检测。第三章,首先将1-烯丙基-3-丙基三乙氧基硅烷咪唑氯离子液体和正硅酸四乙酯（TEOS）混合均匀,利用共缩聚反应制备出表面功能性基团丰富、介孔孔道均一和比表面积大的离子液体功能化介孔硅吸附剂（IL-WFOMS）。将其应用于新型一体化分散固相萃取,并结合高效液相色谱法（HPLC）建立了一种安全、可靠、方便的分析方法,实现了对新鲜人参中4种痕量PGRs的同时测定。第四章,利用表面修饰法,将（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷共缩聚接枝到丝瓜络纤维表面,以裸露的巯基为媒介,将五氟苄基溴离子液体与丝瓜络纤维结合,制备出表面功能性基团丰富的离子液体-丝瓜络纤维吸附剂材料（IL-丝瓜络）,并将其应用于分散固相萃取技术,结合高效液相色谱法,实现对黄瓜样品中多种PGRs的分离与检测。

关键词： 一步共缩合   磷钨酸   三氯化钛   有机硅   酯化反应  

摘要： 环境友好型催化剂的开发是绿色化学研究的一个重要方向。多金属氧酸盐(杂多酸)因具优异的催化性能而广泛应用于酸催化的各个方面,但其比表面积小、在极性溶剂中易溶解等缺点,限制了其在许多催化特别是有机催化过程中的应用。本论文致力于设计制备系列结构骨架可控的基于多酸的桥联有机钛硅复合材料,并以酯化和酯交换反应作为生物柴油合成的模型反应来研究其非均相酸催化性能。具体内容如下:(1)采用三嵌段共聚物P123(PEO-PPO-PEO)作为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为无机硅源,以磷钨酸为酸活性组分,引入1,2-双三乙氧基硅基乙烷(BTSE)作为有机功能化硅源,三氯化钛为钛源同时也是载体活性点,通过一步共缩合水热处理法,制备同时包含磷钨酸和氧化钛双活性位点的桥联乙基功能化的多酸/有机钛硅复合材料。通过小角X射线粉末衍射、透射电子显微镜和N吸附-脱附分析对复合材料的形貌、结构有序性和孔结构进行表征,并通过红外光谱、紫外可见漫反射光谱、拉曼散射光谱、NH程序升温脱附和广角X射线粉末衍射对复合材料的组成与结构进行了进一步表征,以证明双活性组分成功引入。最后,通过油酸与甲醇的的酯化反应系统考察了复合催化剂HPW/Ti-SBA-OS的酸催化性能。(2)以Keggin型磷钨酸作为酸活性中心,三氯化钛作为无机钛源和双活性位点,1,2-双三乙氧基硅基乙烷作为有机硅源,为了保证复合材料的水热稳定性和机械强度,引入少量正硅酸乙酯作为无机硅源,在模板剂P123的作用下,通过一步共缩合水热处理技术,制备HPW/Ti-PMO-Si复合材料。通过紫外可见漫反射光谱、拉曼散射光谱、透射电镜、X射线粉末衍射、N吸附-脱附分析、热重和固体碳核磁等表征手段,研究了所制备复合材料的化学组成、孔形貌特征和表面物理化学性质。并选择三油酸甘油酯与甲醇的酯交换反应作为探针反应,研究复合催化剂的酸催化活性及循环使用情况。

关键词： 锂离子电池   硅基负极   多孔结构   石墨烯   碳材料  

摘要： 科技的进步便利了人类的生活。然而,对能源需求的日益增长也催生出化石能源枯竭、自然环境恶化等一系列问题。凭借高能量密度和安全可靠性等优势,锂离子电池已成为新能源产业的重要储能技术。在众多锂离子电池负极材料中,硅拥有超高的理论比容量,因此吸引了大量的关注。然而,剧烈的嵌锂膨胀和导电性不足成为了硅基负极的实际应用面临的最主要障碍。本论文以抑制体积膨胀和改善导电性为出发点,设计合成了多种多孔硅负极,并在此基础上制得多孔硅和石墨烯、热解碳的复合负极材料。(1)以正硅酸乙酯为硅源,通过调整表面活性剂的种类和原料的用量,合成出棒状、球形和立方状的有序介孔二氧化硅(r-OMSi02,s-OMSi02和c-OMSi02),经镁热还原得到多孔硅负极材料(r-PSi,s-PSi和c-PSi)。产物具备丰富的多孔结构,可为体积膨胀预留缓冲空间,因此表现出远优于纳米硅的电化学性能。r-PSi,s-PSi和c-PSi在电流密度为100 mA·g-1下循环100次,剩余比容量分别为346.8 mAh·g-1,526.8 mAh·g-1和461.5 mAh·g-1。(2)对三种多孔硅r-PSi,s-PSi和c-PSi进行氨基化改性,后与氧化石墨烯复合,经高温还原即得到r-PSi/rGO,s-PSi/rGO和c-PSi/rGO复合负极材料。三者均可见多孔硅粒子分布在褶皱石墨烯片上,显示出良好的复合结构。相比于纯的多孔硅负极,多孔硅/石墨烯复合负极材料的电化学性能得到明显提升,这主要得益于石墨烯提供的导电网络以及它对体积变化的缓冲。在电流密度为100 mA·g-1下循环100次后,r-PSi/rGO,s-PSi/rGO和c-PSi/rGO复合负极材料的比容量分别保持在996.1 mAh·g-1,1088.8 mAh·g-1 和 738.2 mAh·g-1。(3)利用多巴胺在Tris-HCl缓冲体系中的自聚合反应,分别在多孔硅r-PSi,s-PSi和c-PSi的表面包裹上聚多巴胺,后经高温热解,得到r-PSi/C,s-PSi/C和c-PSi/C复合负极材料。三者均清晰呈现出核壳结构,储锂性能相较包碳前得到了大幅提升。在电流密度为100 mA·g-1下循环100次后,r-PSi/C,s-PSi/C和c-PSi/C复合负极材料的比容量分别保持在1418.4 mAh·g-1,1751.7 mAh·g-1和 1070.5 mAh·g-1,这说明掺氮碳层可使电化学稳定性得到显著改善。

关键词： 有序介孔硅   容积控制分步浇注法   甲醛   催化氧化  

摘要： 随着社会的发展以及工业化进程的加快，挥发性有机污染物(VOCs)已经成为主要的大气污染物，其中甲醛作为一种常见的挥发性有机污染物，对人体危害巨大，引起了人们的广泛关注。催化氧化法作为去除甲醛的一种有效方法而被广泛应用，其中，催化剂的选择和优化一直是研究的热点。催化氧化法中，贵金属基催化剂去除甲醛效果最好，由于贵金属基催化剂造价昂贵，难以实现工业化应用，所以人们把研究重点逐渐转向过渡金属基催化剂。同时，提高催化剂的比表面积可明显提高催化剂的催化性能。因此，近年来，设计和制备高比表面积、高活性、造价低的用于催化氧化甲醛的催化剂成为了研究热点。　　本研究将高比表面积的有序介孔硅材料(OrderedMesoporousSilica，简称OMS)作为催化剂活性组分的载体，稀土金属元素铈的氧化物作为催化剂活性组分，铁的氧化物作为催化助剂。研究采用容积控制分步浇注法制备了高分散的CeFe/OMS系列催化剂、作为对照的Ce/OMS催化剂和Fe/OMS催化剂;实验利用SAXS、N2-吸附-脱附、SEM、TEM等材料表征手段对所制备的催化剂进行形貌、结构的表征，采用XRD、XPS、ICP、HRTEM、mapping、EDX等材料表征手段对催化剂活性组分的存在形式进行表征，采用H2-TPR和O2-TPD手段对催化剂活性进行测试分析;为考察制备催化剂时不同焙烧温度、不同铁负载量、双金属氧化物的引入以及催化反应温度对甲醛去除效率的影响，研究对催化剂催化氧化甲醛的性能进行了测试;采用原位红外漫反射(in-situ DRIFTS)测试技术，对催化剂催化去除甲醛过程中的中间产物进行测试;最终结合上述表征和测试结果对催化剂催化氧化去除甲醛的反应机理进行了探讨。　　表征结果显示，实验采用的容积控制分步浇注法成功地制备了高分散的介孔硅基铈铁催化剂，同时催化剂有效地保持了有序介孔硅材料OMS载体的形貌结构和高的比表面积(~500m2/g)。由于有序介孔硅材料载体的介孔孔道限域作用及良好的热稳定性，负载的活性组分铈和铁的金属氧化物能够在载体介孔孔道内均匀分散，且表征结果显示所负载的金属氧化物为CeO2和Fe2O3的固溶体;随着铁负载量的增大，催化剂孔道内的活性颗粒逐渐迁移团聚;双金属氧化物的引入会提高催化剂储氧能力、降低催化剂表面氧的解吸温度，有利于氧空位的生成，有利于氧在催化剂表面的传递，并且两种金属氧化物具有协同催化的效果。　　研究进行了催化剂催化氧化甲醛的应用测试。双金属、高分散的CeFe/OMS催化剂在室温下对10μg/L甲醛去除效率为65%;当反应温度提高到60℃时，催化效率达95%，并且实验表明，催化剂具有良好的稳定性。原位红外漫反射测试表明催化剂在催化去除甲醛过程中会产生甲酸盐、碳酸盐等中间产物。　　综上所述，本研究制备了一种高分散的CeFe/OMS催化剂，该催化剂保持了二维六方结构，具有高比表面积、高催化活性。研究考察了制备催化剂时不同焙烧温度、不同铁负载量、双金属氧化物的引入以及催化反应温度对催化剂甲醛去除效率的影响。实验表明所制备的催化剂在甲醛去除方面有良好效果，其中350℃焙烧制备的铁相对负载量为20%的CeFe/OMS-350-2催化剂去除甲醛效率最高。最终，对催化氧化去除甲醛反应机理进行了探讨。