2021年 第1期  刊出日期:2021-01-20 上一期   
综述  研究论文  研究快报 
综述
水解制氢材料研究进展
邓霁峰, 陈顺鹏, 武晓娟, 郑捷, 李星国 
2021 Vol. 36 (1): 1–8 摘要( 298 )   HTML( 17)     PDF(3364KB)( 213 )

水解制氢是一种常温常压下的现场制氢方式。由于水解制氢材料氢含量高, 储存容易, 运输方便, 安全可靠, 一直受到研究者们的关注。本文综述了近年来水解制氢材料的总体发展情况, 介绍了三类主要的水解制氢材料, 包括硼氢化物(NaBH4, NH3·BH3)、金属(Mg, Al)以及金属氢化物(MgH2), 对不同材料的制氢原理、主要问题、催化剂与材料设计进行了详细介绍, 比较了不同体系的特点与制氢成本, 并对水解制氢及水解制氢材料的现状和商业化面临的困难做了评价, 最后对未来的发展方向进行了展望。

多孔碳纳米材料构建抗肿瘤药物靶向传递系统的研究进展
程晓昆, 张越, 吕海军, 刘歆颖, 侯森林, 陈爱兵 
2021 Vol. 36 (1): 9–16 摘要( 146 )   HTML( 10)     PDF(8933KB)( 138 )

抗肿瘤药物靶向传递系统是提高传统化疗药物疗效, 并降低其毒副作用的重要手段。以多孔碳纳米材料为药物载体, 根据肿瘤组织微环境特点, 构建抗肿瘤药物靶向传递系统是实现靶向治疗方案的有效方式。本文围绕基于多孔碳纳米材料的抗肿瘤药物靶向传递系统的构建及应用进行综述, 描述了多孔碳纳米材料适宜载药的设计、合成及功能化修饰; 通过理论与实例相结合的方式, 介绍了提高多孔碳纳米材料载药量和实现联合给药的有效策略; 从内源和外源性敏感刺激的角度, 重点分析了多孔碳纳米材料基于肿瘤微环境构建的靶向传递系统的机制和应用; 阐述了多孔碳纳米材料作为抗肿瘤药物载体面临的生物相容性和生物降解性的问题, 并分析了可能的解决途径; 展望了多孔碳纳米材料在构建肿瘤药物靶向传递系统应用中的前景及发展方向, 为研发靶向、可控的抗肿瘤药物传递系统提供了理论依据和例证支持。

回归自然: 人造岩石固化核素的思考与进展
段涛, 丁艺, 罗世淋, 张胜泰, 刘建 
2021 Vol. 36 (1): 25–35 摘要( 71 )   HTML( 4)     PDF(1890KB)( 57 )

核工业生产、核能开发、核武器研制等不可避免会产生放射性废物, 高放废物是现存放射性废物中最难处理的废物之一。随着我国“积极发展核电”战略的实施, 放射性废物的安全有效处理处置成为关系到我国核能可持续发展的关键问题。人造岩石固化体(SYNROC)弥补了玻璃固化体低化学耐久性和亚稳态性能的缺点。本文在综述人造岩石固化的概念、候选矿物固化体分类的基础上, 重点介绍了SYNROC固化体快速合成方法、固核机理和长期稳定性评价等方面的最新研究进展。“道阻且长, 行则将至”。最后, 指出了SYNROC固化存在的不足, 并针对今后应重点关注的研究方向与发展趋势提出了建议。

研究论文
原位聚合法制备SiC@SiO2/BN/PI复合材料及其表征
高纪明, 杨阳, 雷霆, 王进, 刘杰, 张丽敏 
2021 Vol. 36 (1): 36–42 摘要( 126 )   HTML( 3)     PDF(1134KB)( 92 )

聚酰亚胺复合材料以其优异的性能以及在航空航天、轨道交通、微电子等领域广泛的应用前景引起越来越多的关注。在750 ℃条件下对SiC晶须进行表面氧化处理, 形成SiC@SiO2包覆结构晶须, 与BN颗粒构成复合填料, 分别采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂进行表面改性, 用原位聚合法制备了SiC@SiO2/BN/PI(PI:聚酰亚胺)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等进行结构和性能表征。结果表明: 晶须与颗粒质量比为4 : 1时, 复合填料在PI基体内形成了有效的导热网络, 且当填料含量为45wt%时, SiC@SiO2/BN/PI复合材料导热系数达到0.95 W/(m·K)。SiC@SiO2/BN/PI复合材料的力学性能随着复合填料的种类和数量的变化呈现规律性变化。SiO2氧化层阻断复合填料间自由电子的移动, SiC@SiO2/BN/PI复合材料的电气绝缘性能下降幅度减小。

Ti 4+掺杂M型六角铁氧体BaFe12-xTixO19陶瓷的磁学和介电特性
柏嘉玮, 杨静, 吕桢飞, 唐晓东 
2021 Vol. 36 (1): 43–48 摘要( 59 )   HTML( 1)     PDF(687KB)( 72 )

六角铁氧体由于其具备高温下的低场磁电耦合特性, 有望应用于新型多态存储器及磁电传感器等微电子器件。利用Ti 4+离子对M型六角铁氧体BaFe12O19进行B位掺杂, 不仅可以调控材料的磁结构和磁学特性, 同时, Ti离子在六角铁氧体B位的不等价掺杂还可以产生相关缺陷、载流子和变价Fe离子进而改变其电学特性。本研究采用固相烧结法制备了M型六角铁氧体BaFe12-xTixO19 (x=0, 0.5, 1, 1.5)陶瓷, 并对其进行了性能表征和测试, 研究了B位Ti 4+掺杂对材料结构、磁学和介电特性的影响。研究结果表明, BaFe12-xTixO19呈现上、下自旋反平行的亚铁磁序。当Ti 4+离子掺杂量较低时, 更易取代位于上自旋格子的Fe 3+离子, 其磁化强度随Ti掺杂量的增加而减小; 随着Ti 4+离子掺杂量的进一步增加, 位于下自旋格子的Fe 3+离子也会逐渐被取代, 此时, 饱和磁化强度随掺杂量的增加而增加。此外, Ti 4+离子的引入也会使晶粒内部呈现半导性, 在晶粒/晶界处产生Maxwell-Wagner界面极化, 故而M型六角铁氧体BaFe12-xTixO19陶瓷会出现明显的低频介电增强并伴随着Maxwell-Wagner介电弛豫。

熔盐辅助合成Dy3Si2C2包裹SiC粉体及其陶瓷的烧结行为
万朋, 李勉, 黄庆 
2021 Vol. 36 (1): 49–54 摘要( 86 )   HTML( 4)     PDF(3962KB)( 71 )

碳化硅陶瓷因自身优良的物理化学性能而具有广泛的应用前景。碳化硅的化学键结合特性决定了其难以烧结成型, 因此如何制备高质量碳化硅陶瓷是领域内的难点之一。本研究以三元稀土碳化物Dy3Si2C2作为新型SiC陶瓷的烧结助剂, 依据Dy-Si-C体系的高温相转变原位促进碳化硅的烧结致密化。采用放电等离子烧结技术, 利用金属Dy与SiC反应生成Dy3Si2C2, 对Dy3Si2C2包裹的SiC粉体进行烧结。在1800 ℃、45 MPa的烧结条件下, 得到了致密度为99%、热导率为162.8 W·m -1·K -1的高纯度碳化硅陶瓷。进一步的研究表明, 高温下Dy3Si2C2与SiC发生共晶反应, 在晶界处产生的液相促进了SiC陶瓷的致密化, 表明稀土层状碳化物Re3Si2C2 (Re=La, Ce…)有助于SiC的烧结致密。

界面相对3D-SiC/SiC复合材料静态力学性能及内耗特征的影响
马登浩, 侯振华, 李军平, 孙新, 金恩泽, 尹健 
2021 Vol. 36 (1): 55–60 摘要( 82 )   HTML( 4)     PDF(1378KB)( 73 )

采用先驱体浸渍裂解工艺制备无界面、SiC、PyC和PyC/SiC等界面相SiC/SiC复合材料, 研究了SiC/SiC复合材料的微观结构及静态力学性能, 并通过强迫振动法系统分析了界面相对复合材料内耗行为的影响。研究结果表明, 引入界面相有效改善了复合材料的微观结构及力学性能, 并降低了复合材料的内耗。其中, PyC/SiC复相界面中亚层SiC限制了PyC界面相与纤维的结合及塑性形变, 提高了复合材料的力学性能; 同时, 界面相对SiC/SiC复合材料内耗行为有显著影响, 材料内耗水平与界面剪切强度成反比。对比50和350 ℃时的材料内耗变化率发现, 随界面剪切强度增大, 材料内耗呈降低的趋势, 且含有PyC的PyC/SiC界面复合材料具有较低的内耗变化率, 说明PyC/SiC复相界面的SiC/SiC复合材料更适于高温振动环境。

基于机器学习算法的夹层玻璃冲击破坏预测模型研究
孟嫣然, 王星尔, 杨健, 徐涵, 岳峰 
2021 Vol. 36 (1): 61–68 摘要( 101 )   HTML( 1)     PDF(973KB)( 60 )

在诸如风致飞射物撞击等刚体冲击作用下, 建筑夹层玻璃因自身脆性特征极易破坏。针对这个问题提出了在刚体冲击下夹层玻璃破坏状态的预测方法, 综合考虑了玻璃构型、中间胶层、支撑条件及尺寸等多种设计参数。首先针对多类夹层玻璃进行往复刚体冲击试验, 建立567组PVB及210组SGP的两种不同中间胶层的夹层玻璃试验数据库; 随后基于鲸鱼优化下的核极限学习机(WOA-KELM)机器学习算法, 建立夹层玻璃破坏状态的预测模型, 并与支持向量机(Support Vector Machine, SVM)及最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine, LSSVM)建立的相应预测模型进行对比分析。结果表明, WOA-KELM模型破坏状态预测精度达88.45%, 能较好地预测夹层玻璃的破坏, 满足工程应用的需求, 且预测模型精度及实时性均优于其他模型。

用CuCl2为铜源高效制备形貌可控CuGeO3的研究
肖昱旻, 李彬, 覃礼钊, 林华, 李庆, 廖斌 
2021 Vol. 36 (1): 69–74 摘要( 28 )   HTML( 0)     PDF(1632KB)( 28 )

锗酸铜因具有自旋佩尔斯效应以及优异的储锂性能而受到广泛关注, 普遍采用水热法制备锗酸铜。在制备过程中, 利用Cu(CH3COO)2等弱酸盐促进水的电离来获取CuGeO3生长所需的OH -, 这种操作方法虽然简单, 但制备时间长、效率低。本研究采用强酸盐CuCl2取代弱酸盐Cu(CH3COO)2为铜源, 调节前驱体溶液的pH, 控制各晶面吸附能力及溶液过饱和度, 实现高效制备CuGeO3纳米棒和CuGeO3六边形纳米片, 将制备时间缩短至8 h。并在此基础上, 添加一维结构导向剂乙二胺, 在加速反应过程的同时限制CuGeO3的二维平面生长, 高效制备了100 nm、200~300 nm、350~500 nm、400~700 nm、1~2 μm和 1~3 μm六种不同尺寸、形貌均一的CuGeO3纳米线。

(GeTe)nBi2Te3的结构与热电性能研究
杨枭, 苏贤礼, 鄢永高, 唐新峰 
2021 Vol. 36 (1): 75–80 摘要( 89 )   HTML( 2)     PDF(2899KB)( 53 )

在GeTe-Bi2Te3赝二元系统中, (GeTe)n(Bi2Te3)m化合物往往具有较低的晶格热导率, 但其中很多组分的热电性能尚未得到系统研究。本研究通过熔融、淬火、退火结合放电等离子烧结工艺制备了一系列(GeTe)nBi2Te3(n=10, 11, 12, 13, 14)单相多晶样品, 并对其相组成和热电性能进行表征和研究。掺杂Bi2Te3可以显著增强点缺陷声子散射, 大幅度降低材料的晶格热导率, 在723 K时, (GeTe)13Bi2Te3样品的总热导率低至1.63 W?m -1?K -1。此外, 掺杂Bi2Te3和调控GeTe的相对含量, 提高了材料的载流子有效质量, 即使在较高的载流子浓度下, 样品依然保持较高的塞贝克系数和功率因子, 在723 K, (GeTe)13Bi2Te3样品获得最大的功率因子为2.88×10 -3 W?m -1?K -2, 最终(GeTe)13Bi2Te3样品在723 K获得的最大ZT值达到1.27, 较未掺杂的GeTe样品提高了16%。

光热/pH响应B-CuS-DOX纳米药物用于化疗-光热协同治疗肿瘤
谢雪, 吴建荣, 蔡晓军, 郝俊年, 郑元义 
2021 Vol. 36 (1): 81–87 摘要( 74 )   HTML( 2)     PDF(7522KB)( 85 )

基于纳米材料的化疗-光热协同治疗是一种高效的肿瘤治疗方式, 但如何构建具有高载药量与良好光热转换性能的纳米药物依然面临挑战。本研究通过超声剥离法制备二维硼(boron, B)纳米片, 进一步在其表面原位负载超小粒径硫化铜(CuS)纳米颗粒和化疗药阿霉素(DOX), 形成B-CuS-DOX纳米药物。B-CuS具有高的DOX药物装载能力(864 mg/g)和优异的光热转化性能(在808 nm处的光热转换效率为55.8%), 同时可实现pH及近红外激光双重刺激响应而释放药物。细胞实验表明在808 nm近红外光的照射下, B-CuS-DOX展示了良好的化疗-光热协同治疗效果。本研究构建的纳米药物有望为体内肿瘤治疗提供一种有效的化疗-光热协同治疗策略。

研究快报
铋掺杂提高氧化铈中氧空位浓度增强CO2光催化还原性能
刘亚鑫, 王敏, 沈梦, 王强, 张玲霞 
2021 Vol. 36 (1): 88–94 摘要( 163 )   HTML( 7)     PDF(1109KB)( 148 )

氧空位在CO2光催化还原过程中往往发挥重要作用。本工作中, 用水热法合成了不同Bi掺杂量的二氧化铈光催化剂Ce1-xBixO2-δ, 其中Ce0.6Bi0.4O2-δ在Xe灯照射下表现出最高的光催化活性, 其CO产率为纯二氧化铈纳米棒的4.6倍。X射线衍射(XRD)分析表明固溶体保留了二氧化铈的萤石结构;紫外-可见漫反射(UV-Vis)光谱表明固溶体可见光吸收增强;X射线光电子能谱 (XPS)和拉曼光谱(Raman)分析表明, 掺杂后氧空位浓度明显提高。结合原位傅里叶变换红外光谱(in-situ FT-IR), 发现引入Bi提高了固溶体中氧空位的浓度, 并改变了CO2在催化剂表面上的吸附/活化行为, 光照下碳酸氢根、碳酸根、甲酸等中间产物明显增多, 从而增强了CO2光催化还原性能。

AlF3掺杂氧化铝陶瓷的高灵敏辐照诱导相分离行为
申璐, 汪德文, 黄荣, 都时禹, 黄庆 
2021 Vol. 36 (1): 95–100 摘要( 77 )   HTML( 2)     PDF(1274KB)( 47 )

放电等离子体烧结的AlF3掺杂氧化铝陶瓷在透射电镜(TEM)常规观察条件下发现了一种电子辐照诱导快速相分离行为。在透射电镜的电子辐照下, 球形纳米晶Al颗粒在几秒钟内从原始氧化铝晶粒表面析出。高分辨TEM观察结合衍射花样分析发现原始的F掺杂氧化铝晶粒表面为高度缺陷态, 电子辐照后, 随着Al纳米颗粒析出, 氧化铝晶粒表面的缺陷消失。通过对掺杂过程缺陷反应及氧化铝阳离子亚晶格的深入分析, 提出了一种缺陷辅助间隙原子偏析机理来解释这一现象。即掺杂F离子首先占据氧空位的同时Al离子占据间隙位, 当氧空位被全部占据时, F和Al离子同时占据基体八面体间隙位, 并形成了亚稳定的掺杂态。在氧化铝基体1/3 [11ˉ00]不全位错的作用下, 畸变的阳离子亚晶格产生双聚八面体间隙位。当这些双聚八面体空位被外来Al离子占据时, 正如高分辨图像所观察的, 形成了包含有三个原子层左右的堆垛层错。同时, 沿着层错偏聚在双聚八面体位的掺杂Al离子扮演了析出物早期的角色, 在电子辐照下随着F离子的烧蚀, 不稳定的偏聚Al离子析出成为纳米颗粒并伴随着基体氧化铝的晶格重构。

活化晶种调节SAPO-34的性质及其对甲醇制烯烃反应催化寿命的增强
张栋强, 路惠惠, 苏娜, 李贵贤, 季东, 赵新红 
2021 Vol. 36 (1): 101–106 摘要( 56 )   HTML( 1)     PDF(1782KB)( 106 )

无溶剂法合成沸石法在多个方面优于常规水热合成法, 近年来引起广泛关注, 但是采用该方法合成的微孔SAPO-34沸石催化剂的催化寿命较短, 无法满足甲醇制烯烃工业应用的要求。本研究中开发了一种改良的无溶剂法, 使用该法合成了具有优异甲醇制烯烃反应性能的SAPO-34催化剂。该法在合成体系中引入酸活化晶种, 通过调节沸石晶化动力学来调控催化剂的物理化学性质。采用不同技术对无溶剂法合成的系列SAPO-34催化剂的结构性质进行了分析表征。结果表明:与未引入晶种合成的父代样品相比, 添加晶种得到的子代SAPO-34样品具有更高的结晶度、比表面积及低的强酸中心密度, 对甲醇制烯烃反应的催化寿命可延长到480 min, 远远优于对应的父代样品(40 min)。这一结果证实了无溶剂合成中晶种的使用可有效调节沸石的性质, 可见该方法在提高沸石催化性能方面具有巨大潜力。

羟基磷灰石超长纳米线/植物纤维纳米复合“宣纸”及其防霉性能
邵悦婷, 朱英杰, 董丽颖, 蔡安勇 
2021 Vol. 36 (1): 107–112 摘要( 134 )   HTML( 4)     PDF(7461KB)( 162 )

宣纸是中国书画作品必不可少的载体, 具有优良的耐久性和防霉性能, 因此赢得了“纸中之王”的美誉。2009年, 宣纸被联合国教科文组织列入《人类非物质文化遗产代表作名录》。羟基磷灰石具有优良的生物相容性, 环境友好, 白度高, 是一种具有良好应用前景的生物材料。羟基磷灰石超长纳米线具有高柔韧性, 可用于构建具有不同功能的新型耐火纸。本研究发展了一种新型纳米复合“宣纸”, 由羟基磷灰石超长纳米线和植物纤维复合制成。所制备的纳米复合“宣纸”的白度随着羟基磷灰石超长纳米线含量增加而得到提高, 当羟基磷灰石超长纳米线重量比为25%时, 其白度为76.1%, 高于商品生宣纸(71.9%)或商品熟宣纸(70.3%)。采用三种霉菌(球毛壳霉菌、长枝木霉菌、黑曲霉菌)研究了新型纳米复合“宣纸”的抗霉菌性能。实验结果显示, 与传统宣纸相比, 所制备的纳米复合“宣纸”的防霉性能得到显著改善, 与空白样品和商品宣纸相比, 纳米复合“宣纸”对霉菌的生长具有更好的抑制能力, 在其表面三种霉菌的生长速率明显较低, 并且随着羟基磷灰石超长纳米线含量的增加而降低。在恒温恒湿箱内培养过程中, 商品宣纸表面生长出霉菌, 但是纳米复合“宣纸”表面上没有观察到明显的霉菌生长。预期所制备的纳米复合“宣纸”有助于书画艺术品的长久安全保存, 在书法和绘画艺术中具有良好的应用前景。