摘要：废水中的各种有害物质常常具有生物毒性或致癌性,因此如何高效、节能地处理水体污染是一个亟待解决的重要问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一种新型纳米多孔材料,具有种类多样性、结构可设计性与可调控性、高比表面积及良好的热稳定性等优点,已成为当前化学、材料学科的一个研究热点,在多个领域显示出潜在的应用前景,尤其是在分离方面。与气相分离相比,MOFs用于液相分离的研究较少。本文综述了近年来MOFs用于含有染料、药物、醇、芳香族化合物、重金属离子及其他离子的废水处理的研究进展,重点剖析了MOFs的孔结构、骨架电荷及功能性对分离效果的影响,并结合本课题组的研究工作,对这种新型多功能材料在水处理方面的前景和今后的研究重点作了展望。

摘要：过渡金属M-N-C单原子催化剂(SACs),特别是Fe-N-C催化剂.已被认为是替代铂族金属进行氧还原反应(ORR)的最佳候选材料之一.实验研究和理论计算均表明,FeN_(4)配位结构是Fe-N-C材料的活性中心,但实验合成不可避免的构型缺陷明显影响了FeN_(4)中心的物理性质和催化活性.目前有些技术能可控地产生缺陷,这为原子级调控Fe-N-C催化剂局部结构提供可能.目前关于缺陷对Fe-N-C材料ORR活性影响的计算研究仍存在一些不足,如未考虑Fe位点的预吸附行为,没有系统考察各种缺陷结构对FeN_(4)中心的ORR活性的影响.因此,探索不同缺陷类型及其位置对ORR活性的影响,揭示缺陷Fe-N-C催化剂的结构-性能关系,对于进一步指导实验调控局部结构以获得高性能的Fe-N-C氧还原催化剂具有极其重要的意义.本文在FeN_(4)位点周围的二、三、四壳层内构建了13种含555777缺陷的Fe-N-C模型、16种含5775缺陷的Fe-N-C模型和14种含585缺陷的Fe-N-C模型,研究了缺陷对Fe-N-C材料ORR活性的影响,以及缺陷种类和位置对FeN_(4)位点ORR活性的影响.首先通过DFT计算确定了缺陷Fe-N-C材料在ORR过程中真正的活性位点结构,即当Fe-N键长>2.10Å时,Fe位点不会预吸附任何中间体,其活性中心为FeN_(4),速率决定步骤(PDS)为*OH质子化为H_(2)O(*OH+H^(+)+e^(-)→*+H_(2)O);而当Fe-N键长<2.10Å时,Fe位点会预吸附*OH物种形成Fe(OH)N_(4)活性中心,其PDS为O_(2)质子为*OOH(*+O_(2)+H^(+)+e-→*OOH).预吸附的*OH会通过调节Fe(OH)N_(4)位点(特别是Fe-dz^(2)和dyz轨道之间)和再吸附的*OH中间体之间的电子分布,降低Fe中心的吸附能力,从而提高ORR活性.也进一步揭示了Fe(dxz)-O(px)、Fe(dyz)-O(py)和Fe(dz^(2))-O(pz+s)轨道的杂化是缺陷Fe-N-C材料ORR活性的来源.为了在不进行DFT计算的情况下实现结构-性能关系的预测,基于Fe(OH)N_(4)位点的LFe-OH(Fe-OH的键长)和LFe-defect(Fe原子和缺陷的距离),建立了一个通用的仅与材料本征性能相关的结构描述符φ,该描述符可以准确和定量地预测缺陷Fe-N-C催化剂的ORR活性.研究发现,5775和585缺陷的大环毗邻Fe-N-C五边形环时通常会增加LFe-OH和LFe-defect,这显著调节了Fe-dyz轨道在费米能级上方的峰值位置,以接近最佳能级,从而提高了ORR性能.此外,提出了与Fe-N键长相关的指数α,以确认实验中是否形成主动设计的缺陷.综上,本文揭示了缺陷Fe-N-C材料的ORR活性来源,建立了一个内在的结构描述符φ,可以无需DFT计算准确预测ORR活性,为通过缺陷工程提高Fe-N-C的ORR性能提供了新思路.

摘要：沸石咪唑骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs)因其大比表面积、规则孔道结构、骨架可调控、水热稳定性等特点,在吸附、分离和催化领域具有广阔的应用前景.本工作基于模板法设计和制备双"T"型连续液滴式微流控芯片,通过多相持续进料,稳定快速合成单斜晶C2/cZIF-7(方纳石结构),ZIF-8和Co-ZIF-8等材料,从而减少产物的差异性.微流控芯片连续制备得到的ZIFs具有非常高的结晶度和均一性.此外,通过调节起始反应物浓度和停留时间,实现了ZIFs产物粒径和形貌的调控.微流控芯片提供了一种简易可控快速宏量制备ZIFs材料的新方法.

摘要：对近年来关于特种工程塑料基电磁屏蔽材料的研究进展进行了综述。重点总结分析了填料选择和结构设计对特种工程塑料基电磁屏蔽复合材料屏蔽效能和屏蔽机理的影响效应。研究人员通过结构设计使填料取向分布,富集连通形成高效导电网络;通过填料选择与改性,改善填料分布、调控材料电导率和磁导率,有效提升了材料的电磁屏蔽性能。另外,提出了电磁屏蔽特种工程塑料的未来研究方向并对其发展前景进行了展望。

摘要：多孔共价有机材料(Covalent Organic Materials:COMs)是一类通过共价键将不同几何构型和长度的有机配体组装成多维度多功能的多孔材料.在COM材料体系中,共轭结构赋予它优异的光电性质,高的比表面积为静电电荷的分离提供了充裕的界面,固有的可裁剪孔结构允许离子的传输,加上高度有序的结构,为载流子迁移提供了通道,已经在半导体和能源转化与存储领域展示出诱人的潜力.本综述围绕着COM材料,总结其在半导体、能源转化(光解水、太阳能电池、燃料电池中的阴极氧化还原反应)、能源存储(锂电、锂硫、超级电容器)中的应用,并根据当前研究现状,提出了设计光电COM材料原理.尽管光电COM材料的发展还处于萌芽期,但它已经展示出不可低估的影响,在半导体和新能源领域扮演着越来越重要的作用,同时也给光电领域带来了新的机遇.

摘要：宏观超分子组装的研究对象是表面修饰有大量超分子识别基团的10μm以上的宏观构筑基元,以及它们之间基于超分子多重相互作用的碰撞、识别和组装的过程,它是超分子化学的新兴研究方向,为体相超分子材料的制备提供了新的思路.宏观构筑基元的表面柔顺性是决定构筑基元间能否通过多重相互作用,增强相互作用,实现组装的关键要素之一.本文从界面间相互作用出发,通过交替层状自组装方法,在刚性聚二甲基硅氧烷(PDMS)构筑基元表面分别构筑不同层数的聚电解质多层膜,以调控宏观构筑基元的表面柔顺性,并研究聚电解质多层膜层数对于宏观构筑基元组装行为的影响.通过研究在水中叠加组装的时间与聚电解质多层膜层数的关系,我们发现当构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数较少时,经过长时间叠加也不能发生组装;随着构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数的增加,可以在较短的时间内叠加实现组装.同时对构筑基元之间的相互作用力随时间的变化进行了原位测量,其力值与上述组装行为一致.本工作验证了"具有高柔性表面是宏观超分子组装的设计原则",说明通过调控构筑基元表面柔顺性可以调控其宏观组装行为.

摘要：设计合成了一种新的有机磷光基元(菲咔唑),并掺杂进不同的高分子材料制备成薄膜.研究结果表明掺杂聚乙烯醇(PVA)薄膜有着磷光发射强度大、磷光寿命长(τ=2.12 s)、磷光量子产率高(Φ_(p)=7.95%)等优点.离子自由基通过形成电荷分离态参与了超长磷光的发射过程.相较于掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜,掺杂PVA薄膜呈现更明显的长余晖,这是由于PVA薄膜提供了更加刚性的环境,磷光基元与PVA分子间相互作用力极大增强,从而促进了电荷分离态的形成,减少了分子运动引起的非辐射耗散及薄膜中氧气对三线态激子的淬灭.此外,掺杂PVA薄膜具有水刺激响应性质,在水的刺激下可以发生磷光性能的改变,因此可应用于信息加密、湿度检测等场景.

摘要：碳纤维及复合材料是关乎国家安全必须自主保障的关键战略材料,而树脂基(含量在35%以上)是碳纤维树脂基复合材料的两大材料基元之一,直接决定着复合材料的服役性能与成型工艺性.北京化工大学先进复合材料研究中心(AdvancedCompositesCenter,ACC)团队针对碳纤维用高性能树脂基体国产化存在品种缺乏及不成系列等突出问题,面向国家重大战略需求,在解决国家碳纤维树脂基复合材料的"无"和"有"的"顶天立地"方向上开展了一系列基础理论和应用基础研究,推动了国产碳纤维从"能用"向"好用"的质的飞跃,支撑了国内碳纤维树脂基复合材料研究由跟踪仿制的"跟跑"到自主创新的"并跑"的根本转变,取得了一系列重要创新成果.本文简述了ACC团队近10年在碳纤维专用树脂分子结构模拟设计及交联网络调控、碳纤维树脂基复合材料界面相容新机制的探究、碳纤维树脂基复合材料多级增韧增强方法学的构建、碳纤维高性能树脂基体的制备技术发展及碳纤维树脂基复合材料成型工艺的创新及其产品工程等方面的基础研究成果及关键技术突破,并对碳纤维树脂基复合材料高性能化的发展方向进行了展望.

摘要：多组分体系中的协同作用为设计高效的二氧化碳还原电催化剂提供了新的思路.本工作通过双模板法和化学还原法精心设计制备了大孔/介孔镍氮掺杂碳(Ni-N-OMMC)负载银纳米颗粒复合材料(Ag/Ni-N-OMMC),用于高效电催化还原CO2为CO.此复合材料表现出良好的电催化活性,在CO2饱和的0.1 mol·L^(-1) KHCO3电解液中,电位为-1.0 V(相对于可逆氢电极,RHE)时CO的电流密度(JCO)高达33.29 mA·cm-2.并具有较宽的工作电压范围,在-0.7~-1.0 V(***)下,CO的法拉第效率超过90%.其优异的电催化性能可能归因于Ag纳米颗粒与具有丰富Ni-Nx活性位点的Ni-N-OMMC载体之间的协同效应,以及三维互联有序大孔/介孔结构提供的高比表面积和高效的质量/电荷传输.

摘要：利用低场核磁交联密度测定仪分析不同硫化时间下橡胶材料的交联密度,并与相同时刻下盘式硫化仪测得的扭矩对比,定量地发现扭矩与交联密度近似成线性关系。通过有限元传热分析和硫化程度场分布的二次算法开发,圆柱形橡胶试样表面和芯部的温升历程和硫化程度的仿真结果与实验数据高度吻合。该研究对于橡胶制品的硫化工艺设计提供参考。