1 华南理工大学材料科学与工程学院，广州 510640
2 北方民族大学材料科学与工程学院，银川 750021
采用固相法合成了高近红外(NIR)反射金红石型钛镍黄色料，并以SiO2气凝胶为基体，制备一种网络状NIR反射金红石型钛镍黄/硅气凝胶复合色料，测定了其结构特征和呈色性能，并分析其NIR反射效应和隔热性能。结果表明，添加1% (质量分数)助烧剂NaF所固相合成的金红石型钛镍黄色料呈色性能(b*=54.24)和NIR反射性能优异；所制备的网络状金红石型钛镍黄/硅气凝胶复合色料具有良好呈色性能、低透过率、高NIR反射率(96.60%)和低导热系数[0.068 54 W/(m·K)]，表明其具有优异的隔热性能。此外，还探讨了该复合色料的制备机制和隔热机理。
色料 近红外反射 气凝胶 隔热 pigment near infrared reflectance silica aerogel thermal insulation
太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024
在保温领域中, SiO2气凝胶以其突出的性能而备受关注, 但有机硅源的制备成本高,限制了其推广和应用。为了降低生产成本, 研究人员将目光投向了无机硅源, 但无机硅源制备SiO2气凝胶时需要进行繁琐的溶剂置换。为解决溶剂置换的弊端, 本文以煤矸石为原料, 采用新型的液-液溶剂置换法并联合低温活化法来制备超疏水SiO2气凝胶。研究表明, 当活化温度为200 ℃、矸酸比为1.0∶1.0(固体质量和液体体积之比)、滤渣与NaOH溶液比值为1.0∶1.0(固体质量和液体体积之比)时活化条件最佳, 制备的SiO2气凝胶具有独特的三维网络结构、高比表面积(687.7 m2/g)、超疏水性(161.9°)和低密度(0.034 g/cm3)。此方法为无机硅源制备SiO2气凝胶提供了新思路, 并显著降低了制备SiO2气凝胶的成本。
SiO2气凝胶 煤矸石 液-液溶剂置换法 低温活化法 表面改性 常压干燥 SiO2 aerogel coal gangue liquid-liquid solvent displacement method low temperature activation method surface modification atmospheric drying
江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
氨具有低成本、易液化和高体积能量密度等特点, 是一种有吸引力的无碳燃料, 用其制成的直接氨燃料电池也备受科研人员青睐, 却受限于阳极氨氧化缓慢的动力学过程。本工作采用无表面活性剂的简单方法通过纳米颗粒(NPs)自组装制备了三维多孔网络结构的PtIr合金气凝胶高效氨氧化催化剂。该结构提供了丰富开放的互联质子传输通道和额外的催化活性位点, 有助于氨电催化氧化中NH3分子的去质子化过程。当Pt和Ir物质的量比为80/20时, PtIr合金气凝胶展现出最优的氨氧化(AOR)催化活性。实验通过研究NH3浓度和工作温度对催化剂氨氧化性能的影响发现, Pt80Ir20合金气凝胶催化剂的AOR性能随着氨水浓度或温度的上升而增强, 如当氨水浓度为0.5 mol/L时, 合金催化剂在0.5 V电位下的质量比活性为44.03 A·g-1, 约是0.05 mol/L 氨水中的4倍。当温度上升至80 ℃ 时, 合金催化剂在0.5 V电位下的质量比活性为148.73 A·g-1, 约为25 ℃下的12倍。在此温度变化区间, 其AOR起始电位下降了40 mV。利用Arrhenius方程计算发现, Pt80Ir20合金气凝胶催化剂的AOR反应活化能比商业Pt/C催化剂降低了~9.43 kJ·mol-1。此外, 催化材料的稳定性测试结果表明, Pt80Ir20合金气凝胶催化剂经2000次循环伏安测试后的峰值质量比活性损失为~50.6%, 优于商业Pt/C催化剂(~74.9%)。
自组装 PtIr合金 气凝胶 电催化氨氧化反应 self-assembly PtIr alloy aerogel electrocatalytic ammonia oxidation reaction
1 淮阴工学院化学工程学院, 江苏省凹土资源利用重点实验室, 江苏 淮安 223003
2 淮阴工学院, 矿盐资源深度利用技术国家地方联合工程研究中心, 江苏 淮安 223003
以凹凸棒石黏土基气凝胶为精油载体制备高载量香氛剂并实现精油长效控释。以凹凸棒石为三维网络骨架、以植物纤维为增韧补强材料, 制备了一种高比表面积、高孔隙率和优良机械加工性能的的凹凸棒石/植物纤维复合气凝胶。该气凝胶对甜橙精油的负载率高达96%且挥发残油率低(<5%)。疏水改性提高了气凝胶对精油的负载率并显著延长精油缓释时间。精油挥发均呈现短暂快速下降、稳定释放、缓慢下降3段变化规律, 展示复合气凝胶对精油挥发的良好控速能力: 体积为4 cm3的香氛剂在60 ℃实验温度下可维持80 mg/h恒速释放27 h, 累计释放时间为31 h; 精油控释速率随气凝胶体积增大而增大, 在1 cm3后逐渐趋近平台值; 精油在气凝胶中的释放行为符合Korsmeyer-Peppas模型, 属于Non-Fickian扩散。
凹凸棒石 气凝胶 植物精油 缓释 palygorskite aerogel plant essential oil sustained release
北京科技大学土木与资源工程学院, 北京 100083
SiO2气凝胶的力学性能较差, 隔热性能较强, 为了使其成为良好的隔热材料, 本文提出一种SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体, 玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体, 硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂, 在常压条件下制备SiO2气凝胶纤维隔热复合材料, 并对材料性能进行表征。结果表明: 前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高, 复合材料中SiO2气凝胶导热系数越低, 低至0.028 W/(m·K); 使用硅烷偶联剂KH550时, 基体和纤维之间结合的紧密程度更高; 纤维的加入使SiO2气凝胶的力学性能达到很高水平; 当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时, 经KH550处理的玻璃纤维/SiO2气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K), 力学性能良好, 隔热性能最优。
SiO2气凝胶 隔热复合材料 硅烷偶联剂 纤维复合材料 常压干燥 导热系数 力学性能 SiO2 aerogel thermal insulation composite silane coupling agent fiber composite atmospheric drying thermal conductivity mechanical property
国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
Al2O3-SiO2气凝胶是一种低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率的三维结构纳米多孔材料, 在航空航天、建筑保温、石油化工等领域具有广泛的应用前景, 是理想的高温隔热基体之一。但纯Al2O3-SiO2气凝胶力学性能和抑制高温辐射传热能力较弱, 限制了自身在隔热领域的应用。采用纤维作为增强体, 制备的Al2O3-SiO2气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能, 是目前国内外高温隔热材料方向的研究热点之一。本文介绍了纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶隔热复合材料的制备方法, 综述了目前国内外该材料的研究进展, 并对其未来发展趋势做了展望。
隔热复合材料 纤维增强 Al2O3-SiO2气凝胶 力学性能 隔热性能 thermal insulation composite fiber reinforcement alumina-silica aerogel mechanical property thermal insulation performance
二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景, 但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 通过溶胶凝胶、常压干燥制备了具有高柔性的海绵状有机硅气凝胶, 并研究了前驱体摩尔比对气凝胶微观结构和压缩回弹性能的影响, 以及气凝胶分别在高温有氧和无氧环境中的无机化转变过程。结果表明, 随着前驱体中VTMS/VMDMS比例增加, 气凝胶颗粒变小且堆积更紧密, 其压缩回弹性能也随之降低; 在800 ℃空气氛围中, 气凝胶通过侧基的氧化和主链Si-O-Si的断裂、重排转化为无机SiO2; 在800 ℃ N2氛围中, 气凝胶通过裂解反应转化为无机SiO2和游离碳的混合体, 1000~1400 ℃进一步处理后SiO2和游离碳经碳热还原反应生成SiO4、SiCO3、SiC2O2和SiC3O等无定形的Si-O-C结构和少量β-SiC纳米线; 经1200 ℃碳热还原反应生成的Si-O-C结构具有最优的耐高温氧化性能, 可为制备耐高温氧化Si-O-C气凝胶提供参考。
有机硅气凝胶 柔性 隔热 高温氧化 高温裂解 silicone aerogel flexibility heat insulation high-temperature oxidation pyrolysis
中国科学院大学材料与光电技术学院，中国科学院大学材料与光电技术中心，北京 101400
能源危机和环境污染是当今人类社会面临的全球性难题，减少二氧化碳(CO2)和其他温室气体的排放，实现碳中和是当务之急。以“能量的提供-储存-消耗-再提供”为目标的“人工生态循环”系统可以通过消耗CO2获取物质和能源并实现循环利用，有助于缓解上述问题。气凝胶材料具有超高孔隙率、超大比表面积和超低密度等特性，其连续三维网络结构不仅能够提供丰富的电荷转移通道，而且可以作为载体来掺杂或负载各种有机或无机活性材料以获得催化性能优异的复合材料，在“人工生态循环”系统，包括光化学、电化学、储能材料等领域具有广泛的应用前景。概述了气凝胶材料在人工生态循环中光化学、电化学、人工固氮、储氢、热电材料等方面的相关应用，并对气凝胶材料的发展前景进行了总结和展望。
人工生态循环 气凝胶 碳中和 人工光合作用 人工固氮 催化 artificial ecological cycle aerogels carbon neutrality artificial photosynthesis artificial nitrogen fixation catalysis
骨架尺寸对气凝胶的吸附性能具有显著影响。通过改变十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的含量，在纯水中合成了骨架尺寸可控的甲基三甲氧基硅烷(MTMS)基SiO2气凝胶(MSA)。结果表明：CTAB含量的变化对MSA的表面化学组成无显著影响，但MSA的骨架尺寸和孔径均随CTAB含量的增加而减小。当CTAB含量从0.01 g增加到0.03 g时，MSA平均骨架直径从2.39 μm减小到0.55 μm，且MSA对有机液体的吸附量下降。当CTAB含量为0.01 g时，MSA对醇类和烷烃类表现出良好的吸附性能，最大吸附量达10 g/g，泵吸附速率达到1.04 g/s，有机液体毛细上升速率可达2.1 mm/s。此外，MSA的高热稳定性(456 ℃)可确保实现热脱附。合成骨架尺寸可控MSA的方法为获取特异性吸附性能的气凝胶材料提供了新途径。
二氧化硅气凝胶 甲基三甲氧基硅烷 吸附 毛细上升 silica aerogels methyltrimethoxysilane adsorption capillary rise
1 中南大学资源与安全工程学院，长沙 410083
2 中国科学技术大学，火灾科学国家重点实验室，合肥 230027
提高疏水SiO2气凝胶的热稳定性对拓展其保温隔热应用具有重大意义。为了避免空气氛围下热处理对疏水基团造成的热氧化分解，采用氩气氛围对疏水SiO2气凝胶进行热处理，达到调控其热稳定性的目的。结果表明：经氩气氛围700 ℃热处理后，SiO2气凝胶仍维持着良好疏水性，接触角约140°。在空气氛围下的差式扫描量热测试中，热流峰值达到584 ℃，与未热处理的疏水SiO2气凝胶相比提高约300 ℃，热稳定性显著提高。这为提高疏水SiO2气凝胶的热稳定性和安全性提供了新思路，奠定了疏水SiO2气凝胶高温应用的新基础。
二氧化硅 气凝胶 热处理 热稳定性 氩气氛围 silica aerogel heat treatment thermal stability argon atmosphere
