关键词： 遗态材料ZnO   麻纤维   模板法制备   光催化性能  

摘要： 为确定酸处理及浸渍时间的长短对遗态材料光催化性能的影响,使用麻纤维作为生物模板来制备氮掺杂的ZnO遗态材料。通过XRD,SEM,BET对所制备材料的成分及微观构造进行表征,测定其光催化性能。结果表明:用质量分数0.01的盐酸对麻纤维预处理3 h,ZnCl 2溶液浸渍1 h,并在600℃高温下持续煅烧3 h,所制备的遗态ZnO比表面积达到328.9 m 2·g^(-1),光催化性能最好,对亚甲基蓝指示剂的降解率高达94.9%。

关键词： 氧化铝陶瓷   生物模板   遗态材料   分级多孔   吸附-光催化  

摘要： 以海桐这种生活中常见的树叶为生物模板,利用树叶特有的形貌结构,通过预处理、浸渍、干燥和焙烧手段制备出具有分级多孔结构的Al_(2)O_(3),采用XRD、SEM、N_(2)物理吸附等手段对材料进行表征。以亚甲基蓝(MB,C_(16)H_(18)ClN_(3)S·3H_(2)O)作为模拟污染物,探究材料的吸附性能和光催化性能。结果表明,海桐树叶骨架布满Al_(2)O_(3),完美还原树叶内部和表面气孔结构,比表面积高达28.3 m^(2)/g,对亚甲基蓝的吸附率为29.4%,光催化反应速率为0.0202 min^(-1)表现出良好的吸附性能和光催化性能。

关键词： 生物模板   遗态材料   催化性能   一氧化碳   油菜花粉  

摘要： 精准构筑金属氧化物的空间结构是探明其构效关系及催化反应机理的前提。近年来,以自然界的生物材料为模板,通过物理和化学方法构建具有生物模板精细分级结构的新型材料备受关注。本论文以天然的油菜花粉为生物模板,制备具有生物遗态结构的Ce O和CoO,分别用于CO催化氧化,并采用多种表征手段研究催化剂的结构、形貌及组成,揭示催化剂的构效关系。主要研究内容如下:(1)基于油菜花粉模板制备Pt/bio-CeO纳米催化剂用于低温CO氧化研究。以油菜花粉为模板,硝酸铈为前驱体,通过溶液浸渍法将硝酸铈均匀吸附在油菜花粉颗粒表面,所得花粉-硝酸铈复合物经高温焙烧后得到bio-Ce O,该研究过程重点考察制备条件对bio-Ce O形貌结构的影响。在此基础上,负载贵金属M(M代表Pt、Pd、Au或Ag)得到M/bio-Ce O,用于催化CO氧化,并进行相应的表征分析和密度泛函理论(DFT)模拟计算。研究结果表明,当APTMS为表面改性剂、乙醇为溶剂、Ce(NO)·6HO用量为1 g以及焙烧温度为550℃时,bio-CeO可以完全继承花粉的形态。在所考察的M/bio-Ce O催化剂中,Pt/bio-Ce O的催化活性最高,在120℃下能够实现CO的完全氧化,并具备良好的催化稳定性。此外,通过DFT计算发现,四种M/bio-Ce O催化剂在CO氧化中遵循不同的反应机理。(2)基于油菜花粉模板制备CoO基催化剂用于低温CO氧化研究。Pt/bio-CoO-BB的制备方法与Pt/bio-Ce O类似,不同之处在于制备过程中采用Na OH分别对油菜花粉和载体bio-CoO进行刻蚀。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线荧光光谱(XRF)等表征研究了催化剂的形貌、结构及组成。研究结果表明,纳米花状CoO均匀负载在花粉骨架上,且Pt纳米颗粒高度分散在催化剂上。经过两次Na OH刻蚀后,Pt/bio-CoO-BB催化剂显示出优异的CO氧化性能,仅在70℃下CO的转化率就达100%。此外,Pt/bio-CoO-BB还具备良好的稳定性和抗水性能。

关键词： 木材遗态材料   水伏效应   碳化温度   石墨化   纳米乳突修饰  

摘要： 通过材料与流体之间的相互作用直接将水能转化为电能的现象被称为水伏效应,其作为一种可以将水中低品质内能转换为电能的新兴途径具有巨大的发展潜力,在近十年得到了广泛关注。木材遗态碳由于具有丰富的活性碳表面和天然的定向多孔结构,满足水伏效应产生的结构和组分需求,在水伏转换领域表现出极大的应用潜力。因此,本论文旨在开发和研究木材遗态碳水伏材料,首先研究木材热解产物结构与组成对水伏性能的影响,阐明相互关系;并在此基础上,通过石墨化改性,改善热解碳结构,优化水伏诱导电流;同时,在木材多孔碳孔结构中构筑纳米乳突结构,通过形成“棘轮水车”效应,以期进一步优化水伏性能。具体研究内容及结论如下:（1）通过不同温度热解制备具有定向微米孔道结构的木材遗态水伏材料,研究其结构及组成对水伏性能的影响。结果表明,热处理温度为500℃时,木材热解产物中主要形成有机中间相和聚芳香化合物,在600℃有无定型碳形成,800和1000℃时热解产物基本转化为无定型碳;基于双电层效应和电子拖曳机理,无定型碳在流动诱导作用下形成有效载流子迁移,是影响木材遗态材料水伏性能的关键;800℃和1000℃热处理所得样品CW800和CW1000分别展现出最优水伏开路电压（0.27 V）和最优水伏短路电流（1.1μA）。（2）在木材多孔碳的基础上,通过过渡金属催化技术改变木材热解碳结构,制备石墨化改性木材多孔碳水伏材料,利用形成的石墨化结构优化材料水伏短路电流。系统研究材料微观形貌、晶体结构、化学组成以及石墨化程度与水伏性能之间的关系,并分析石墨化过程对水伏效应的影响机制。结果表明,过渡金属Ni的引入可使木材遗态碳中形成石墨纳米带结构,有效提高材料石墨化程度;且随催化剂引入量的增加,木材多孔碳石墨化程度逐渐增高;石墨化改性过程对水伏效应具有双重影响,合适的石墨化改性有助于提高水伏转换过程中载流子迁移密度和迁移速率,提升开路电压并大幅优化诱导电流;过度的石墨化改性则会引起电荷内部耗散,使载流子难以积累,降低水伏性能。经石墨化改性的木材多孔碳最优水伏开路电压和短路电流分别为0.49 V和35μA,水伏短路电流相比于未改性样品提高了32倍。（3）在（2）基础上,调整制备工艺,保留过渡金属催化剂纳米结构,于木材多孔碳微米管道中原位构筑纳米乳突,制备了纳米乳突修饰木材多孔碳,以期通过“棘轮水车”效应优化水伏性能。研究结果表明,过渡金属Ni的存在可使木材多孔碳孔内壁形成大量直径在100 nm左右的纳米乳突,纳米乳突为以Ni纳米颗粒为核层、石墨化碳为壳层的典型纳米核壳结构;流体流场模拟结果则表明,实验制备的纳米乳突结构粒径较小,对流体流速分布影响不大;制备的纳米乳突修饰木材多孔碳水伏性能相比于未修饰样品有所降低,其原因可能是大量存在的Ni纳米颗粒具有“电子陷阱”作用,可一定程度上影响载流子的积累和迁移,导致水伏性能下降。

关键词： LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2   表面包覆   高工作电压   遗态仿生材料  

摘要： 层状三元正极材料LiNiCoMnO和LiNiCoAlO材料由于具有较高的可逆容量、高工作电压以及低成本等优势,被认为能够运用于电动汽车领域里最具有潜力的正极材料之一。然而,下一代远程电动汽车要求正极的能量密度需达到500Wh/kg,目前市面上还没有找到相匹配的可应用于商业的正极材料。而发展高工作电压下的三元正极材料是增加锂离子电池能量密度的有效途径之一。但是,高工作电压环境使得三元材料会产生容量衰减、循环寿命低以及微裂纹等问题,这限制了高电压三元材料的发展。为了解决高工作电压环境所带来的问题,我们在三元材料表面包覆遗态仿生材料。遗态仿生材料是以生物质为模板所合成的材料,在保持原有模板的精细结构的同时,将模板内的有机质替换成所需的功能材质。这类材料借助了生物界生物体进化千百万年所得来的优化结构,可以获得比仿生材料更加优异的功能特性,同时,获得模板所不具备的性能。在本论文中,我们通过XRD、SEM以及一系列的电性能测试,确定了包覆的对象为三元材料(LiNiCoMnO)以及所用的电解液。同时我们在所选的包覆对象材料表面,采用溶胶-凝胶法,以柚子皮中的柚皮苷为模板,将AlO、TiO、SiO、LiAlO包覆在三元材料上。以此来提升三元材料在高工作电压下的循环性能以及倍率性能,同时研究包覆物质对三元材料作用机理。在AlO、TiO、SiO包覆三元材料的实验中,我们研究了不同的氧化物包覆、包覆量、不同的高工作电压环境等条件对三元材料的电化学性能的影响以及包覆物质的作用机理。对其研究发现,发现包覆AlO能够获得在高工作电压下更加优异的电化学性能。在工作电压4.6 V下,包覆量1wt%的三元材料表现出最佳的电化学性能,1 C倍率下,最优包覆量1wt%其初始放电比容量为172.2 mAh/g,循环100圈后其放电比容量为141.2 mAh/g,容量保持率为81.99%,而未包覆的材料其初始放电比容量为167.4 mAh/g,100圈循环后,其放电比容量为113.6 mAh/g,容量保持率为67.86%。而随着工作电压的升高,在4.7 V时,其容量保持率随着包覆量增加而增大,包覆量为2wt%的材料,其初始放电比容量为181.6 mAh/g,100圈循环后其放容量为137.7mAh/g,容量保持率为75.82%,未包覆的材料其初始放电比容量为173.5 mAh/g,100圈充放电循环后,其放电比容量为115.6 mAh/g,容量保持率为66.62%。通过对循环后,包覆AlO的材料与原材料进行对比表征发现,包覆的AlO能够避免活性材料与电解液直接接触,抑制副反应,同时包覆的AlO能够与电解液分解产生的HF反应,避免破坏材料表层结构,抑制相转变,达到稳定材料结构的作用。且拥有特殊结构的AlO还能提高材料表层的Li扩散系数,获得比普通氧化铝包覆更加优异的循环性能。在LiAlO包覆在三元材料的实验中,研究不同包覆量对三元材料在高工作电压下的电化学性能的影响,结果发现,在4.6 V(4.7 V)充电截止电压下,原材料的初始放电比容量为174.5 mAh/g(173.5 mAh/g),经过100个充放电循环后,其比容量为145.6mAh/g(115.6 mAh/g),容量保持率为83.43%(66.63%)。而最佳包覆量1wt%LiAlO的三元材料的初始放电比容量为193.2 mAh/g(189.5 mAh/g),循环100圈后,其比容量还剩162.2 mAh/g(142.3 mAh/g),容量保持率为83.95%(75.09%)。且相较于AlO包覆,LiAlO包覆能够提高三元材料在高工作电压下的倍率性能。通过对循环后的材料进行结构表征发现,包覆在材料表层的LiAlO能够为材料表面提供物理保护,抑制副反应,同时其锂离子导体特性能够提高材料表层的锂离子扩散系数,通过之前研究发现,模板法合成的包覆材料能够获得比普通材料更加高的锂离子扩散系数,这也是LiAlO包覆能够获得更加优异的倍率性能的原因。

关键词： 毛竹   Fe/C复合材料   As(Ⅴ)   钝化   土壤  

摘要： 选择广西红壤为背景土壤,以自制毛竹遗态Fe/C复合材料(PBGC-Fe/C)为钝化剂,对As(Ⅴ)污染土壤进行钝化修复,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)的表征结果对钝化机制展开分析.结果表明:PBGC-Fe/C能有效钝化修复高浓度As(Ⅴ)污染土壤,在投加比例为5%、含水量为25%和材料粒径为100目的条件下,PBGC-Fe/C对500mg·kg^-1和1000 mg·kg^-1As(Ⅴ)污染土壤的稳定率分别可达80.95%和73.49%;毛竹炭遗态结构有吸附点位多的优势,酸性条件有利于土壤中As(Ⅴ)的钝化.PBGC-Fe/C不仅可吸附固定砷,同时可促使砷的形态转向稳定化,化学络合和离子交换在钝化修复过程中起主要作用.

关键词： 白果壳   复合材料   羟基磷灰石   吸附   氨氮  

摘要： 为综合利用农林废弃物,以白果壳为植物模板、羟基磷灰石(HAP)为改性材料,制备了白果壳遗态HAP/C复合材料(PBGC-HAP/C-G),并通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等对其进行了表征,同时研究了溶液pH、初始浓度、吸附剂投加量等对其去除水中氨氮的影响。结果表明,PBGC-HAP/C-G是一种大孔材料,孔径主要介于35~200μm之间。在溶液pH=5时,吸附效果最佳;吸附剂投加量的增加有利于氨氮的去除;粒径大小不是影响吸附效果的主要因素。准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型能很好地描述该吸附过程,吸附过程以化学吸附为主。在氨氮初始浓度为20、50、100 mg·L^-1时,拟合计算得到的理论平衡吸附量分别为0.45、1.10、2.15 mg·g^-1,与实验测定值0.46、1.15、2.18 mg·g^-1相近,可见PBGC-HAP/C-G可用作去除氨氮的吸附剂。

关键词： 桉树   遗态结构   羟基磷灰石   铅污染   土壤   钝化修复  

摘要： 以自制桉树遗态羟基磷灰石复合材料(PBGC-HAP/C)为钝化修复剂,探究PBGC-HAP/C对铅污染土壤的修复影响过程和机制.结果表明,随着钝化剂的投加比例增大和钝化时间延长,钝化效果逐渐上升;钝化剂粒径减小有利于钝化效果提升.pH对钝化有较大的影响,随pH升高,钝化效果呈上升趋势,碱性环境下对铅含量为500 mg·kg^-1土壤的钝化率可以达到99%以上;含水率的增加有利于钝化效果提升,但贡献效果较小;结合作用前后材料的XRD、 FT-IR和XPS等对比分析得知, PBGC-HAP/C对铅的钝化作用主要通过吸附作用、化学配合作用和离子交换沉淀作用, pH值可间接增强其钝化效应.

关键词： 白果壳   改性   遗态结构   氧化铁   三价锑   吸附  

摘要： 以白果壳为植物模板、稀氨水为浸煮剂、硝酸铁为前驱体溶液,制备了一种多孔白果壳遗态结构Fe/C复合材料(Fe/C-G),通过XRD、SEM、FT-IR、XPS和BET对其进行了表征,并考察了溶液pH、温度、时间、初始浓度、粒径等对去除Sb(Ⅲ)效果的影响,探讨了吸附机制。结果表明:Fe/C-G由α-Fe2O3、Fe3O4和C组成,同时很好地保留了白果壳的多孔结构,其比表面积和平均介孔孔径分别为46.42 m2/g和40.2 nm;升高温度和减小吸附剂粒径有利于吸附。Fe/C-G对Sb(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学模型,在初始Sb(Ⅲ)浓度为5、10和50 mg/L时,其吸附量分别达1.23、2.41和9.23 mg/g;用Langmuir方程能很好地描述吸附等温线,属于快速的单分子层吸附,主要发生配位交换和表面络合反应。

关键词： TiO2遗态材料   天然模板法   稻壳   光催化性能  

摘要： 为确定酸碱预处理及浸渍时间的长短对遗态材料光催化性能的影响,以稻壳为模板,采用一种简便的天然模板法合成了具有生物形态的TiO2遗态材料,使用XRD,SEM,TEM,BET对材料的组成及形貌进行了表征,并对其进行了光催化性能测试。结果表明:用质量分数0.01的盐酸进行预处理,浸渍时间为1h,煅烧温度为500℃,所制备的遗态TiO 2比表面积达到345.7m2·g-1,光催化性能最佳,对亚甲基的光催化降解率可高达93%以上。