关键词： 钠离子电池   层状负极   硒化钼   软碳   复合材料  

摘要： 煤炭、石油和天然气等传统化石能源因有限的储量以及对环境的污染,已难以满足人类快速发展的需要。锂离子电池作为一种重要的储能器件,具有能量密度高、循环稳定、无记忆效应等优势而被广泛应用于人们生产生活的各个领域。然而,锂资源短缺问题使生产成本逐年攀升,严重阻碍了其在大规模存储领域的应用。基于此,钠离子电池（SIBs）具有成本低、与锂离子电池的充放电机理相似等优点而备受关注,在可再生能源储能的大规模应用中显示出巨大的潜力。 本论文以具有结构可调的层状储钠电极作为主要研究对象,采用晶相调控、引入杂原子、构筑缺陷和含氧官能团等策略,扩大材料层间距,提升钠离子的电化学反应动力学,设计合成高性能钠离子电池层状负极材料,对材料形成机制、微观结构及电化学性能进行细致研究。具体如下: （1）采用冷冻干燥辅助法制备了富含P-Se键和1T相的Mo Se2/P-C纳米片。所制备材料在长循环、高倍率方面展现出优异的性能。P-Se键的存在不仅显著提高了Mo Se2材料的结构稳定性,扩大了材料的层间距,而且增强了Mo Se2与碳骨架的耦合作用,提升了Na+的传输动力学。富1T相的构成促进了电子和离子的传输,增强了材料的电导率。因此,所设计的Mo Se2/P-C展现出392.2 m Ah g-1的高储钠可逆容量和良好的循环稳定性(在0.5 A g-1下循环1000次后容量几乎没有衰减)。动力学分析证实了复合材料的高赝容量贡献,进一步表明晶相调控和键合效应对材料电化学性能提升的显著贡献,从而在SIBs中表现出较好的长循环稳定性。 （2）通过缺陷和官能团构筑策略制备具有丰富闭孔结构和稳定界面膜的软碳层状材料,并研究其储钠电化学性能。通过引入树脂衍生的硬碳可调控微孔结构形成,降低软碳的石墨化程度采用成本低廉的铁基物质增加软碳材料中C=O官能团含量,显著增强了斜坡区域中的可逆Na+吸附。Fe-O-C键的形成可提高电极的结构稳定性。高温热处理过程中,碳结构的重组促进了较多闭孔的形成,进一步增强了软碳的储钠能力。所构筑的软碳材料展现出311.0 m Ah g-1的高Na+储存容量以及在0.1 A g-1下93.89%的高首效。即使在1 A g-1下循环,容量仍可达269.3 m Ah g-1,并可稳定循环800次。

关键词： 二硒化钼   钠离子电池   负极   异质结构   石墨烯   碳纳米管  

摘要： 钠离子电池（SIBs）因其资源丰富、成本低廉以及与锂离子电池相似的储能机制,被视为下一代大规模储能系统的理想选择。然而,钠离子较大的半径导致传统负极材料在循环过程中面临显著的体积膨胀、动力学滞后等问题,从而限制了电池的循环寿命和倍率性能。在此背景下,二维层状材料二硒化钼（MoSe2）因其较大的层间距、高理论容量和特殊的能带结构,成为备受关注的钠离子电池负极候选材料。然而,MoSe2的本征低导电性和循环过程中的体积效应限制了其实际应用。 本论文针对钠离子电池负极材料储能性能的瓶颈问题,以MoSe2为核心活性组分,通过“核壳限域-异质协同-多维复合”的递进设计策略,系统研究了复合结构对储钠动力学的调控机制。研究采用配位自组装、异质界面构筑及多维碳网络集成等创新方法,开发出兼具高容量、长循环寿命及优异倍率特性的系列复合负极材料,为高性能储能器件的设计提供了理论依据与技术路径。 （1）核壳限域结构优化:通过钼源与多巴胺的分子自组装技术,优化前驱体配比（Mo/PDA=2∶1）,成功制备了超细MoSe2晶粒均匀嵌入三维氮掺杂碳骨架的核壳复合材料。该材料在0.5 A g-1下展现335.41 m Ah g-1的可逆容量,600次循环后容量保持率67.25%,其性能提升源于Mo-C/N键合界面与分级介孔结构协同增强电荷传输及抑制体积膨胀。 （2）异质界面协同效应:引入SnSe2构建异质结构,利用其宽层间距与MoSe2的多级反应机制形成互补储钠路径。优化后的10-SnSe2/MoSe2-NC异质结在0.5 A g-1下循环1000次后容量逆增至381.1 m Ah g-1（保持率106.9%）,归因于异质界面内建电场加速电荷分离及SnSe2转化-合金化反应的高容量贡献。 （3）多维碳基复合体系:通过集成碳纳米管（CNT）与还原氧化石墨烯（rGO）,分别构建一维传质通道与二维导电平面协同增强的复合体系。CNT复合体系（15 mg负载量）在0.5 A g-1下循环500次容量保持率94.1%(328.3 m Ah g-1);rGO复合体系(0.6 mg m L-1)则展现出更优异的循环耐久性（1000次循环容量保持率94.29%）与高倍率特性(3 A g-1下283.52 m Ah g-1)。相比碳纳米管（CNT）,rGO容量、循环寿命、倍率性能及电荷传输效率方面均具有综合优势。源于界面键合强化（π-π共轭）、缺陷工程调控（ID/IG=1.10–1.19）及分级孔隙缩短离子迁移路径的协同效应。 本论文通过“核壳限域-异质协同-多维复合”的递进设计策略,揭示碳基功能化与界面工程对储钠性能的增强机理,研究成果为高能量密度钠离子电池的实用化提供了创新解决方案,并拓展至其他过渡金属硫族化合物的性能优化,对推动清洁能源存储技术发展具有重要科学价值与工程意义。

关键词： 全氟聚醚   太赫兹   超表面   复合材料  

摘要： 太赫兹技术在未来信息技术领域有着广泛的应用前景。太赫兹技术的快速发展对相关太赫兹器件的性能也提出了相应要求。然而太赫兹频段的电磁波与材料之间的相互作用较弱。超表面可以通过谐振单元实现太赫兹波与材料的强相互作用,从而解决太赫兹波与材料相互作用较弱的局限,大大增强了太赫兹器件的调制能力。因此,太赫兹超表面被广泛应用到各种太赫兹器件当中。然而现有的太赫兹频段的超表面一般通过传统光刻技术实现,因此在大面积制备、低成本和快速制备、以及对不同衬底的兼容性方面具有一定的局限性。特别是面对有些需要特殊结构、特殊材料、和大面积制备的超表面时,传统光刻工艺可能不再适用,因此,需要探索新的超表面制备方法。本文开发了图形化全氟聚醚软模版,并展示了以此软模板制备常见的金属超表面和全介质超表面,并对制备的超表面的电磁响应进行了仿真和测试,通过对比测试结果与仿真结果验证利用全氟聚醚软模板制备超表面的可行性。该制备方法可以应用在多种衬底上,且在大面积制备上具有较大优势。主要研究内容如下: 1.图形化全氟聚醚软模板的制备。根据全氟聚醚的紫外光固化特性,将掩模板的图案转移到全氟聚醚上,制备厚度可调的软模板。相关的模板厚度从30微米左右到百微米可调,且图案大小均匀,适用于太赫兹超表面的制备。 2.利用全氟聚醚超薄软模板制备太赫兹金属超表面。将超薄软模板转移至多种基片上,并通过沉积金属薄膜,在衬底上形成尺寸均匀的金属超表面。这里我们演示了通过该方法制备了各向异性的“十”字型金属超表面,并进行仿真计算及实验测试,测试数据与仿真数据符合良好,说明全氟聚醚超薄软模板在制备金属超表面的应用能力。 3.利用全氟聚醚厚模板制备了基于STO/AuNP/PDMS复合材料的全介质超表面。首先制备了100μm厚的全氟聚醚软模板,并通过该软模板在不同衬底材料上印刷复合材料,制备了尺寸和形状均匀的全介质超表面。这里我们展示了可以将尺寸相同的全介质超表面分别制备在聚酰亚胺和PDMS基底上,复合材料对两种基底的附着性良好,可以剥离模板获得完整超表面图形。在此基础上,利用STO/AuNP/PDMS复合材料中STO的介电常数的温度敏感特性以及金纳米颗粒的光热效应,可以实现激光对复合材料介电性质的调制。当激光功率由0W上升至2500 W的的过程中,复合材料的介电常数由11.5下降至9.5。利用复合材料介电常数受激光调制的特点,制备了光控的全介质超表面。在0W～2500 W之间的激光激励下,全介质超表面的谐振峰产生0.07 THz的平移。

关键词： 湿法磷酸   二氧化硅   循环经济   脱氟  

摘要： 以湿法磷酸副产氟硅酸为原料，通过硫酸分解工艺生产无水氟化氢；以无水氟化氢生产副产SiO2作为脱氟剂进行湿法磷酸脱氟，构建了氟硅资源产业链的循环经济模式。通过实验室实验对比研究无水氟化氢生产副产SiO2与优质白炭黑作为脱氟剂的脱氟效果，并进行工业化参数优化及全流程产业化验证，无水氟化氢生产副产SiO2作为脱氟剂，吨P2O5氟硅酸收率提高15 kg以上，成品磷酸中氟含量大幅度降低，产生直接经济效益632.63万元/a。

关键词： 聚合物基复合材料   电磁屏蔽   异质结构   隔离结构   多孔结构   分层结构   制备技术  

摘要： 随着5G网络的兴起，电磁辐射和干扰问题日益凸显，因此开发有效的电磁屏蔽材料尤为迫切。相较于传统金属基电磁屏蔽材料的高成本、高密度、难加工、易腐蚀等诸多限制，聚合物基电磁屏蔽复合材料具有低密度、耐腐蚀、易加工等优异的特性而备受关注。构建隔离结构、多孔结构、分层结构等异质结构，能够诱导导电填料的取向分布，使聚合物基电磁屏蔽复合材料在低填料含量下，获得高效的导电网络和优异的导电性能，从而提高其屏蔽性能。据此，本文综述了目前具有异质结构的聚合物基电磁屏蔽复合材料的研究进展，重点介绍了异质结构构建策略、制备技术及其对电磁屏蔽性能的影响，最后对具有异质结构的聚合物基电磁屏蔽复合材料的未来发展提出了展望。本研究对提升聚合物基电磁屏蔽复合材料性能及其在通信、智能穿戴、航空航天等领域应用的开拓都具备指导意义。

摘要： 竹缠绕复合材料技术作为中国原创技术，正引领全球绿色材料革命，撬动万亿级大产业，成为推动经济社会绿色转型的关键力量。2016年国家林业局批准依托浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司和国际竹藤中心设立“国家林业和草原局竹缠绕复合材料工程技术研究中心”（以下简称“工程中心”）。

关键词： 新型材料   绿色建筑   复合材料   医院建设  

摘要： 随着现代化医院的建设要求不断提高，传统的建筑材料不仅不能提高医院的施工质量，还会对医院的发展和经营形成制约。因此，新型绿色建筑复合材料的合理应用，在现代医院建设中的重要性优势日益凸显。新型材料基本上不存在污染问题，不会释放出大量有毒物质，对医院的长期经营提供了安全保障；新型材料的功能丰富、价格低廉，有利于降低医院建设成本。但是，新型绿色建筑复合材料的应用，依然要把握好各类材料的融合操作方法，严格遵守国家相关规范，加强材料的检测和筛选，避免在材料应用中出现问题。

关键词： 钴基光催化剂   形貌调控   缺陷工程   S型异质结   有机污染物降解  

摘要： 工业源有机污染物随工业化进程加速在环境介质中广泛存在,其持久性、迁移性及生物累积性导致水生生态系统稳定性与人群健康遭受多维度威胁,因此开发具有高催化效率与稳定重复使用性的废水处理材料成为环境工程领域的迫切需求。 钴基金属氧化物由于其具有丰富的来源、无毒、成本低及化学稳定性好受到广泛关注,且钴基金属氧化物的带隙较窄（通常在1.5-2.5 eV之间）,能够有效吸收可见光,因此在光催化领域表现出优异的性能。本文以钴基金属氧化物为主要研究对象,通过溶剂热法、水热法、共沉淀法等合成了一系列Co3O4基复合光催化剂。探究了形貌调控、缺陷工程和S型异质结的构建对复合光催化剂的物相组成、形貌、光电化学性质及光催化活性的影响。基于半导体材料的能带结构理论及主要的活性物种,研究了异质结界面载流子的迁移行为,探究了Co3O4复合材料光催化活性增强的原因并提出了可能的光催化机理,为设计和构建高效Co3O4基复合光催化剂提供了实验依据。主要研究内容如下: （1）形貌调控对ZnCo2O4/Co3O4（ZCO/Co3O4）复合材料的制备优化及其光催化降解有机污染物性能研究。采用溶剂热法制备出了不同形貌的ZCO/Co3O4复合材料。通过改变前驱体锌盐的种类控制晶体成核速率,制备出了不同形貌的ZCO/Co3O4复合材料。测试发现形貌的改变增强了材料对光的吸收能力,提高了材料的光催化活性,因此小尺寸粒径且均匀分散的类珊瑚状C-ZCO/Co3O4复合光催化剂具有最好的催化效率。C-ZCO/Co3O4在UV（15 W）紫外灯照射40 min内对甲基橙（MO）光催化降解效率达到94%,其表观速率常数k为0.069 min-1,约是其它形貌复合材料的4倍,A-ZCO/Co3O4(0.0164 min-1)、N-ZCO/Co3O4(0.018 min-1)和S-ZCO/Co3O4(0.0182 min-1)。通过自由基捕获剂对照实验证实,·O2-主导MO的光催化降解过程,h+和·OH起辅助作用。并由此提出了一种Ⅱ型异质结和降解机理。并通过液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）对MO降解机理就行探究。 （2）具有缺陷工程的核壳CoFe2O4/Co3O4（CFO/Co3O4）复合材料的制备优化及其光催化降解四环素（TC）性能研究。采用水热煅烧法制备出了含有空位氧（OV）的CFO/Co3O4纳米复合材料。通过调节煅烧温度控制缺陷工程中空位氧的含量,以优化CFO/Co3O4的光催化活性。最优样品500-CFO/Co3O4（10 mg）在Xe灯（300 W）照射下40 min内对TC（50 mg/L）光催化降解效率高达65%,其表观速率常数k为0.0256min-1。通过自由基捕获剂对照实验证实,超氧自由基（·O2-）主导TC的光催化降解过程,空穴（h+）起辅助作用。并由此提出了一种可能的n-n异质结和光催化降解机理。 （3）3D空心棒状CuO/Co3O4 S型异质结的制备优化及其光催化降解TC性能研究。通过共沉淀法制备了具有3D空心棒状CuO/Co3O4 S型异质结复合材料。3D空心棒状CuO/Co3O4 S形异质结构具有面-面紧密接触,为光生载流子提供更多的迁移通道,有利于光生载流子的分离。最优比例0.7-CuO/Co3O4复合材料在Xe灯（300 W,λ>420 nm）照射60 min后,对TC的去除率达到96.6%,其表观速率常数k(0.0393 min-1)分别为CuO和Co3O4的5.38和10.34倍。CuO/Co3O4界面形成具有强内建电场的S型能带排列,驱动光生电子定向迁移,同时h+向表面富集,使·OH与·O2-的协同氧化能力得以保留,最终构建的S型异质结机制提升四环素降解效果。通过自由基捕获实验证实了·O2-、h+和·OH自由基均是TC降解过程中的主要活性物种,并结合紫外可见漫反射光谱（DRS）、X射线光电子能谱价带（VB-XPS）测试的结果证实了光生载流子在CuO/Co3O4异质结界面处呈现S型载流子迁移行为。

关键词： 摩擦纳米发电机   水系锌离子电池   锌负极   复合材料  

摘要： 自工业革命以来,人类对能源的需求持续攀升,化石能源的大量消耗不仅导致能源枯竭危机迫在眉睫,其燃烧产生的温室气体和有害物质更是引发了气候变暖、环境污染等一系列严峻挑战。尽管潮汐能、太阳能、风能等可再生能源被视为替代化石能源的希望,但它们受时间和空间不稳定性限制,难以为继,这促使人们对高效、清洁、可持续的能源转换与存储技术的需求愈发迫切。摩擦纳米发电机（TENG）和水系锌离子电池（AZIBs）作为新兴能源技术的代表,因其独特的优势而备受关注。TENG能够将环境中的机械能高效地转化为电能,为自供电电子设备和可穿戴技术提供了新的能源解决方案;AZIBs则因其高安全性、低成本和环境友好性,在大规模储能系统中展现出巨大的应用潜力。然而,当前TENG和AZIBs的发展仍面临一些亟待解决的挑战。对于TENG而言,传统的电极材料和结构设计在能量转换效率、机械稳定性和耐久性方面存在局限;而在水系锌离子电池中,锌负极的枝晶生长、腐蚀以及析氢等副反应严重影响了电池的循环寿命和库仑效率。 本研究通过界面工程策略构建了多壁碳纳米管/羟丙基纤维素（MWCNTs/HPC）多功能复合材料,并探索其在TENG与AZIBs中的协同优化机制: （1）针对TENG中聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体电荷密度低、碳纳米管易团聚的难题,提出“海绵泵吸收”策略,利用HPC的长链结构物理缠绕MWCNTs形成稳定分散液,并通过多孔PDMS骨架的毛细效应实现均匀负载。所制备的PDMS-MWCNTs/HPC复合材料孔隙率达87%,峰值电压与电流分别提升至149.09 V和262.72 n A,且具备99%的压缩回弹率,其分级孔结构通过增加有效接触面积显著提升了电荷密度与机械稳定性。 （2）在AZIBs领域,我们用简单的刮涂法将MWCNTs/HPC复合材料涂覆在锌箔上,MWCNTs/HPC涂层通过优化锌负极表面润湿性（接触角从92.3°降至84.4°）,诱导锌沿（002）晶面择优沉积,抑制枝晶生长并降低析氢反应,减少了锌负极的副反应,并且有效抑制锌枝晶的不均匀生长,使对称电池循环寿命从100小时延长至1000小时。全电池在5A g-1的高电流密度下保持超5000h的超长寿命。 研究表明,HPC的氢键作用与MWCNTs的导电网络协同调控了界面电荷传输与离子扩散动力学,验证了“一材多用”设计在能量收集与储能领域的普适性。该工作为多功能纳米复合材料的开发提供了新思路,推动了柔性自供能系统与高安全储能器件的集成化发展。