关键词： 锂离子电池   负极材料   电化学性能   特殊结构   碳复合材料  

摘要： 化石能源（煤、石油和天然气）等传统能源的使用,对全球的经济发展起到了不可估量的作用。但在开采和使用化石能源的过程中,会带来许多环境问题,例如地质塌陷和酸雨等。另外,这些化石能源的储量是有限的,且在短时间内不可再生。随着人口的增长,对能源的需求也越来越大,因此急需寻找一种环境友好且可以循环使用的能源,这种能源称之为新能源。找到合适的新能源材料,方能在不影响环境的情况下更好的促进经济的发展,推进社会由工业文明进入生态文明。锂离子电池（Lithium ion batteries,LIBs）是近年来所发明的一种新能源。与传统的蓄电池相比,锂离子电池具有循环寿命长、环境友好、能量密度高和输出电压高等优点。由于这些优点,锂离子电池在电子产品和交通运输上有了广泛的应用。为了使锂离子电池能用于高能量密度的产品上,需进一步提高锂离子电池的电化学性能。负极材料作为锂离子电池的一个重要组成部分,也是需要提高的一个重要对象。现在商业上所用的负极材料为石墨,它虽然具有安全性高,成本低的优点,但是理论比容量很低（372 mAh/g）,从而限制了锂离子电池的电化学性能。所以需要寻找高容量的一些材料来替代石墨,如锡基材料、过渡金属氧化物和硫化物等材料。这些材料虽然比容量较高,但却由于体积膨胀和导电性差等原因使得循环性能比较差,容量衰减迅速。本研究从设计特殊结构的碳复合材料入手,通过缩小材料尺寸、制备特殊形貌、包覆和与碳材料复合等多种策略以提高锡基材料、过渡金属氧化物和硫化物等材料用作锂离子电池负极材料时的电化学性能。具体工作如下:1.石榴状碳包覆的多孔CuxSny/Sn/SnO2亚微球用作锂离子电池负极材料的研究。锡基材料如铜锡合金、二氧化锡和锡在用作锂离子电池负极材料时,因具有较高的理论比容量而备受关注。但由于该材料体积膨胀大和导电性差,使其在充放电时显示出较差的循环性能。碳复合结构能够提高材料导电性,多孔结构能够缓冲体积膨胀和有利于锂离子传输,因此本文设计和制备了拥有纳米颗粒、多孔结构和碳包覆等特点的石榴状多孔CuxSny/Sn/SnO2/C亚微球来提高材料的电化学性能。该CuxSny/Sn/SnO2亚微球的制备是将多巴胺在CuSn（OH）6亚微球上原位聚合,再将所得产物置于H2/Ar气氛中煅烧而得到。CuxSny/Sn/SnO2/C亚微球在作为锂离子电池负极材料时展现出优异的循环性能和倍率性能。测试结果表明,该CuxSny/Sn/SnO2/C亚微球负极材料在200 mA/g的电流密度下循环150圈后其放电比容量仍能保持在604 mAh/g。基于CuxSny/Sn/SnO2/C亚微球所表现的优异性能,有希望成为一种新型的锂离子电池负极材料。2.三明治结构的C@SnO2/Sn/void@C空心球用作锂离子电池负极材料的研究。二氧化锡在用作锂离子电池负极材料时,因体积膨胀而导致循环性能较差。而空心结构、碳包覆和引入锡成分可以缓冲材料在充放电过程中的体积膨胀,缩短锂离子的传输距离以及增加材料的导电性和比容量,从而提升材料的电化学性能。因此,本文设计和制备了三明治结构的C@SnO2/Sn/void@C空心球。其制备方法是以SnO2空心球为自模板,用多巴胺在SnO2空心球的内表面和外表面聚合,随后碳化。C@SnO2/Sn/void@C HSs用作锂离子电池负极材料时展现出了良好的电化学性能。在0.5 A/g的电流密度下,循环60次后,其放电容量还能保持在786.7 mAh/g。同时还研究了在不同煅烧温度和气氛下所得的产物及其相关的电化学性能。结果也表明C@SnO2/Sn/void@C HSs的循环性能和倍率性能更好。这种简单合成特殊结构的C@SnO2/Sn/void@C HSs的方法也可以应用于其它负极材料的制备。3.三维多孔的MnO/void/NC复合物用作锂离子电池负极材料的研究。氧化亚锰（MnO）用作锂离子电池负极材料时,有着相当高的理论比容量,但是由于其导电性差和体积膨胀等缺点,所以容量衰减迅速。孔状结构可以缓解物质在锂离子充放电过程中的体积膨胀。而氮掺杂三维碳框架既能提高材料的导电性,又能提供更多的锂离子传输通道,还能为锂储存提供活性位点。因此,本文设计和制备了一种新型的有空隙的三维孔状碳复合材料以提高MnO的电化学性能。这种复合物是用一维的MnO纳米棒和三维的碳框架构建的,简称为3Dp-MnO/void/NC复合物。当3Dp-MnO/void/NC复合物用作锂离子电池负极材料的时候,即可表现出优异的电化学性能。实验结果表明它在200 mA/g的电流密度下循环150圈后还能释放出1000 mAh/g的比容量。这种3Dp-MnO/void/NC复合物的构建方法可以延伸到改善其它过渡金属氧化物做为锂离子电池负极材料时的电化学性能。***-o

关键词： SBA-15   有序介孔硅   湿敏薄膜   QCM   湿度传感器   三维有限元  

摘要： 孔道表面具有丰富Si-OH的有序介孔氧化硅材料SBA-15薄膜修饰QCM可大幅度提升湿度传感器的灵敏度、响应速度及检测限。本文建立了基于SBA-15的QCM湿度传感器的三维有限元精确仿真模型,分析了纳米湿敏薄膜在电极上的分布状况对传感器的电学性能参数的影响,研究结果对于纳米湿敏薄膜的成膜工艺及新型QCM湿度传感器的优化设计与制造提供了重要的理论参考依据。

关键词： SBA-15   有序介孔硅   湿敏薄膜   QCM湿度传感器   三维有限元  

摘要： 本文对基于SBA-15的QCM湿度传感器进行了三维有限元精确建模与数值仿真,分析了SBA-15湿敏薄膜材料对传感器的振动模态、中心频率、电学阻抗及Q值等性能参数的影响,为纳米湿敏薄膜的成膜工艺及新型QCM湿度传感器的优化设计与制造提供了重要的理论参考依据。

关键词： 介孔材料   二氧化硅   合成   吸附   挥发性有机污染物   VOCs   再生   节能  

摘要： 挥发性有机化合物(VOCs)是天然气开采和利用的过程中排放到大气中的主要污染物,需要对其进行处理。吸附法因具有费用低、能耗低、设备灵活等优点,故在实际生产中得到了广泛的应用。然而常用的吸附剂——活性炭和硅基分子筛都存在着易堵塞、有自燃风险、再生困难等明显的缺点,致使其应用受到限制。为此,采用共组装方法合成了一种含铬有序介孔硅材料作为新型吸附剂,并利用小角X射线散射、氮气吸附/脱附、扫描电镜、透射电镜等表征手段,对该新材料的结构进行表征。进而以甲苯、苯、环己烷、乙酸乙酯作为挥发性有机物污染物目标污染物,系统地考察了其对污染物的吸附性能。研究结果表明:①当硅铬比为30时,合成的Cr SBA-15(30)具有最大的微孔孔容;②Cr SBA-15(30)对甲苯、苯、环己烷、乙酸乙酯等4种污染物的吸附性能均良好;③Cr SBA-15(30)的再生比活性炭的再生更加节约能源且操作简单。结论认为:Cr SBA-15(30)在吸附去除VOCs领域具有较为广阔的应用前景。

关键词： 功能化有序介孔硅   有机-无机杂化介孔硅   低共熔溶剂   三嗪类除草剂  

摘要： 近年来果蔬中农药残留问题日益严重,对人类健康造成了较大威胁,因此对果蔬中农药残留物的检测引起了人们的高度关注。然而由于果蔬样品基质复杂,所含农药残留物的含量低,无法直接进行仪器分析,因此有必要对其进行预处理,实现痕量目标物的分离和富集。目前常用的样品前处理方法包括固相萃取（Solid phase extraction,SPE）、磁性固相萃取、固相微萃取、基质固相分散、搅拌棒吸附萃取等,这些样品前处理技术的核心是吸附剂材料,因此开发高性能的吸附剂材料至关重要。目前常用吸附剂材料如CNT、C18、Si O2和NH2等具有稳定性好、应用范围广等优点,然而这些材料存在吸附机制单一、吸附容量小等问题,对复杂基质中目标物的萃取存在一定的困难。因此开发高选择性、高吸附容量的吸附剂材料是目前分离科学领域的一大难题。介孔硅材料因具有比表面积大、孔道结构有序、孔径均一等特点而被广泛应用于催化、吸附等领域。但是硅基介孔材料表面的功能基团单一,限制了其进一步应用。因此对介孔硅材料进行功能化修饰是材料科学领域的一大热点。目前介孔硅材料的修饰过程一般需要使用毒性较大的有机溶剂或者酸碱催化剂,对环境及人体健康有一定的危害,因此开发绿色环保的合成方法是功能化介孔硅材料制备过程需要解决的重要问题之一。本文以共缩聚和后接枝的方法在介孔硅材料表面引入氨基（-NH2）和正辛基（-C8）两种有机官能团,得到双功能化的有序介孔硅,丰富了介孔硅材料表面的吸附机制,提高了材料的吸附性能。在材料接枝过程中以低共熔溶剂（DES）作为反应溶剂,降低了制备过程对环境及人体健康造成的影响。以制备的功能化有序介孔硅材料作为固相萃取的吸附剂,结合高效液相色谱法建立了西瓜中三嗪类除草剂的分析检测方法。第一章,介绍了介孔硅材料的研究进展,阐明了功能化有序介孔硅作为固相萃取吸附剂的应用价值。总结了功能化有序介孔硅材料的制备方法并提出了其制备过程中存在的问题。介绍了DES的应用现状,探讨了其应用于介孔硅材料接枝过程的可行性。第二章,以DES作为接枝反应的溶剂,制备了C8-NH2-双功能化有序介孔硅材料（C8-AMS）,对接枝过程中的参数进行了考察和优化,确定了以DES为反应介质制备C8-AMS的最佳方案,并对得到的材料进行了表征和性能评价。第三章,将优化后的C8-AMS作为SPE的吸附剂,应用于西瓜中三嗪类除草剂的萃取分离,优化了SPE过程的参数,并将此萃取方法与高效液相色谱法相结合,建立了检测西瓜中三嗪类除草剂残留的新方法。

关键词： 有序介孔硅材料   功能化   挥发性有机污染物   吸附  

摘要： 有序介孔硅材料由于具有较大的比表面积、均一可调变的孔道和孔径、表面基团可功能化、稳定的机械性能和化学性能等优越的性质,被广泛应用于吸附、分离、催化等领域。本文概述了近些年来国内外利用有序介孔硅及其功能化材料去除挥发性有机污染物的研究,讨论了有序介孔硅材料的结构及表面性质等对挥发性有机污染物吸附性能的影响。结果表明,有序介孔硅的表面化学性质、孔道结构以及宏观形貌是影响材料对挥发性有机污染物吸附性能的主要因素,最后对国内外有序介孔硅材料的发展进行了展望。

关键词： 钛   KIT-6   骨架结构   结晶度   制备   表征  

摘要： 以三嵌段共聚物Pluronic P123和正丁醇为结构导向剂，正硅酸乙酯为硅源，钛酸丁酯为钛源，利用水热合成法制备钛掺杂KIT一6介孔分子筛．反应物TEOS，TBOT，P123，HCl，BuOH，H20的物质的量比为1：0．014～0．1：0．017。1．O～3．0；1．31：195．通过XRD，BET，FT—IR和uV—Vis表征制备得到的材料．结果表明，掺钛量对原立方相的骨架结构和结晶度的影响显著．同时研究了制备Ti—KIT-6（20）时盐酸加入量对其结构的影响．

关键词： 钌联吡啶   碳糊电极   电致化学发光   阿替洛尔  

摘要： 合成了一种有机-无机介孔硅微球材料,以此材料吸附钌联吡啶制备了修饰碳糊电极,并以此电极为工作电极,以Ag/Ag Cl电极为参比电极,铂丝电极为辅助电极,考察了以三丙胺作为Ru（bpy）3^2＋共反应剂的电致化学发光性能。基于阿替洛尔对钌联吡啶电致化学发光增强作用,建立了药片及尿样中阿替洛尔含量测定的新方法。该方法对阿替洛尔检出限为0.5μg/m L,线性范围是5~40μg/m L.

关键词： 锂离子电池   负极材料   电化学性能   包覆  

摘要： 研究了银包覆和银-碳复合包覆对硅的结构和电化学性能的影响。采用XRD和TEM等手段分析了样品的结构和形貌,并采用恒电流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗法研究了改性处理前后硅负极的电化学性能。结果表明,硅/Ag/碳复合负极材料中,Ag纳米微粒以晶体的形式分布在硅颗粒的表面,一层无定形沥青炭包覆在硅/Ag复合颗粒的表面,这有利于提高硅颗粒的结构稳定性。电化学测试表明,与硅相比,硅/Ag/炭复合负极材料的电化学阻抗减小,电化学极化减弱,电化学反应的可逆性和循环寿命显著提高,第40次循环的比容量保持在390 m Ah g-1。