期刊基本信息
创刊:
1986年 • 月刊
名称:
无机材料学报
英文:
Journal of Inorganic Materials
主办单位:
中国科学院上海硅酸盐研究所
出版单位:
科学出版社
主编:
陈立东
ISSN:
1000-324X
刊号:
CN 31-1363/TQ
定价:
100元/期

本期栏目 2020, 35(4)

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无机材料学报 第35卷 第4期

作者单位
摘要
1 中国建筑材料科学研究总院 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
2 景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院, 景德镇 333403
同步提升陶瓷材料强度及损伤容限是陶瓷发展的核心问题。一百多年前预应力技术大幅提高混凝土和玻璃的弯曲强度, 并在世界上广泛应用以来, 预应力增强陶瓷材料的设计就成为一个百年梦想。本文总结了增强陶瓷的国内外研究进展, 并提出了全新的高强度高损伤容限复合陶瓷的预应力设计及模型, 通过优化表面预应力设计, 在陶瓷构件表面能够形成一层高度压缩应力, 从而阻止裂纹扩展, 并抵消外加拉应力, 达到提高陶瓷的强度及损伤容限的目的。这种预应力设计理论和规程可应用到结构陶瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷等不同领域, 具有明显的通用性和广泛性, 且简单、经济, 不受构件尺寸和形状的限制, 因此极具应用前景。
预应力设计 陶瓷 高强度 损伤容限 综述 pre-stressed design ceramics strength damage tolerance review 
无机材料学报
2020, 35(4): 399
作者单位
摘要
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
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、噪音低和零污染等特点, 有望减少二氧化碳排放量, 缓解能源危机, 在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂是PEMFC的关键材料, Pt催化氧还原反应活性和稳定性好, 是广泛使用且很难被取代的电催化剂。然而Pt储量低、价格昂贵, 导致PEMFC成本较高, 使用Pt载体可减少PEMFC的Pt负载量, 提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性, 是广泛应用的Pt载体。商用的炭黑载体对Pt的利用效率低, 抗电化学腐蚀性较差。为了进一步提高PEMFC的性能和持续性, 需要研发能够均匀负载Pt、高效利用Pt、抗电化学腐蚀性强且导电性好的碳载体, 进而实现PEMFC的大规模应用。炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯等新型碳载体具有独特的结构和性质, 可以提高PEMFC性能和寿命, 引起了研究者的广泛关注。本文对近年来PEMFC新型碳材料Pt载体的研究进展进行了较为详细的综述, 并对其发展趋势作出了适当评论。
质子交换膜燃料电池 炭气凝胶 碳纳米管 石墨烯 综述 Proton Exchange Membrane Fuel Cell carbon aerogel carbon nanotube graphene review 
无机材料学报
2020, 35(4): 407
张伟 1高鹏 2,*侯成义 1李耀刚 1[ ... ]王宏志 1,*
作者单位
摘要
1 东华大学 材料科学与工程学院, 上海 201620
2 中国电子科技集团公司 第十八研究所, 天津 300110
可穿戴传感器可以方便地监测汗液pH、体表温度等信号, 以此判断人体的健康状况, 因而吸引了广泛注意。本研究制备了一种用于检测人体皮肤表面温度及汗液pH的芯片式传感器。pH传感器为ZnO/聚苯胺(PAni)微纳米结构, 在不同pH溶液中的表面电位不同, 灵敏度达120 mV/pH。温度传感器为ZnO/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料, 用简单的滴落涂布法在聚对苯二甲酸乙二醇酯/氧化铟锡(PET/ITO)导电电极表面修饰一层ZnO/rGO。随着温度的升高, ZnO/rGO复合材料的电阻下降, 其电阻变化量的灵敏度达-0.67%/℃。两种传感材料可以集成在一个微小的芯片上, 获得的多功能传感器表现出较高的稳定性, 在皮肤表面pH和温度检测方面具有潜在的应用价值。
pH传感 温度传感 ZnO/还原氧化石墨烯(rGO) ZnO/聚苯胺 pH sensing temperature sensing ZnO/reduced graphene oride ZnO/polyaniline 
无机材料学报
2020, 35(4): 416
作者单位
摘要
复旦大学 化学系, 上海市分子催化和功能材料重点实验室, 上海 200433
作为绿色、高功率密度的二次电池, 镍锌电池的应用往往受限于负极材料性能的不足。本工作以乌洛托品(HMT)为模板剂, 通过溶胶-凝胶法合成与热退火处理制备了高性能ZnO纳米棒。透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)数据分别揭示了ZnO纳米棒的微观形貌、晶型结构和表面官能团。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)结果表明ZnO纳米棒中存在表层碳和晶格空位。Tafel曲线和电化学阻抗等测试表明: 与ZnO商品相比, ZnO纳米棒电极的腐蚀电流和电荷转移电阻分别降低了40%和62%。进一步研究发现, ZnO纳米棒构筑的镍锌电池具有更好的循环性能, 在1 A·g-1下循环100圈后, ZnO纳米棒的容量保持率为92%, 显著优于市售的ZnO粉末(32%)。
镍锌电池 晶格空位 ZnO纳米棒 负极材料 电化学性能 nickel-zinc battery lattice vacancy ZnO nanorod anode material electrochemical performance 
无机材料学报
2020, 35(4): 423
作者单位
摘要
1 陕西科技大学 材料科学与工程学院, 陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室, 西安 710021
2 咸阳陶瓷研究设计院有限公司, 咸阳 712000
采用固相法制备(1-x)BaTiO3-xZnNb2O6 (x=0.5mol%, 1mol%, 1.5mol%, 2mol%, 3mol%, 4mol%) (简称BTZN)陶瓷, 研究了BTZN陶瓷的烧结温度、结构、介电性能和铁电性能。BTZN陶瓷烧结温度随着ZnNb2O6含量增加逐渐降低。XRD结果表明当ZnNb2O6含量达到3mol%时出现第二相Ba2Ti5O12。介电测试结果表明随ZnNb2O6含量的增加, BTZN陶瓷介电常数逐渐减小, 而介电常数的频率稳定性逐渐增强。介电温谱表明所有BTZN陶瓷均符合X8R电容器标准。BTZN陶瓷的极化强度值随着ZnNb2O6含量的增加逐渐降低。当x=4mol%时, BTZN陶瓷获得240 kV/cm的击穿电场和1.22 J/cm 3的可释放能量密度。
钛酸钡 陶瓷 介电性能 储能性能 BaTiO3 ceramics dielectric property energy storage property 
无机材料学报
2020, 35(4): 431
陈婷 1,2徐彦乔 1江伟辉 1,2谢志翔 1[ ... ]江莞 2,3
作者单位
摘要
1 景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院, 景德镇 333001
2 国家日用及建筑陶瓷工程中心, 景德镇 333001
3 东华大学 材料科学与工程学院, 功能材料研究所, 上海 201620
Cu-In-Zn-S(CIZS)量子点具有毒性低、发射谱覆盖范围广、Stokes位移大等特点, 在照明领域具有广阔的应用前景。通过离子液体辅助微波法水相合成CIZS量子点, 系统研究了反应时间、配体添加量和前驱体溶液pH对样品的物相组成、显微形貌以及荧光性能的影响。结果表明, 与未添加离子液体制备的样品相比, 离子液体的引入提高了反应速率, 可有效地将反应时间由180 min缩短至30 min; 随着反应时间的延长, 量子点的粒径增大, 其发射峰位由609.2 nm红移至634.6 nm。随着nGSH(谷胱甘肽)/n(CuInZn)的增大, 量子点的粒径逐渐增大, 导致其发射峰位由622.6 nm红移至631.6 nm, 同时量子点的发光强度逐渐增强; 当该比值为15时, 量子点的荧光强度最高。此外, 随着pH的增大, 去质子化的-SH和-NH2与量子点的作用逐渐增强, 有效地钝化了量子点的表面态, 使其荧光强度逐渐上升, 当pH为8.5时, 样品的荧光性能最佳, 同时量子点的平均水合粒径由99 nm增大至241 nm; 量子点溶液的Zeta电位为-27.7~-41.1 mV, 说明量子点溶液具有优异的稳定性。通过ZnS表面修饰可有效提高量子点的荧光强度。将CIZS/ZnS量子点与蓝光芯片结合, 获得了显色指数为85.6、发光效率为34.8 lm/W的白光LED器件, 为水相制备的多元量子点在白光LED中的应用提供了参考。
离子液体 微波 水相合成 Cu-In-Zn-S 量子点 ionic liquid microwave aqueous phase synthesis Cu-In-Zn-S quantum dots 
无机材料学报
2020, 35(4): 439
作者单位
摘要
浙江工业大学 化学工程学院, 杭州 310014
本工作采用一锅溶剂热法分别制备了不同有机配体修饰的NaBiF4:Yb3+/Er3+上转换纳米粒子(UCNPs), 并对其形貌和发光性能进行了研究。实验表明, 有机配体的软模板和导向作用可调控UCNPs的粒径和形貌, 且有机配体的缺陷钝化作用会使其发光增强。其中, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)修饰的UCNPs的增强效果最为显著, 强度大约增加了9倍。此外, 本研究进一步考察了该UCNPs在不同的温度和pH条件下的发光强度的变化规律。结果表明, 在30~90 ℃之间, 其发光强度随着温度的升高而降低; 在强酸和强碱环境中, 其发光强度显著降低, 而在pH为5~6时, 其发光强度最大。
上转换纳米粒子 NaBiF4:Yb3+/Er3+ 有机配体 upconversion nanoparticles NaBiF4:Yb3+/Er3+ organic ligand 
无机材料学报
2020, 35(4): 447
作者单位
摘要
同济大学 物理科学与工程学院, 上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室, 上海 200092
硅系气凝胶是目前研究理论最为完善、合成技术最为成熟的气凝胶材料。本工作分别以四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、MTMS与二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)混合硅源、乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 制备了不同种类的硅系气凝胶。所制得的硅系气凝胶具有较高的比表面积, 并呈现出纳米多孔的网络结构。本研究详细探讨了前驱体结构对气凝胶的力学及热学性能的影响。结果表明, 硅系气凝胶的骨架结构交联度越低, 弹性性能越好; 同时, 引入有机碳氢链会进一步提升气凝胶的弹性性能。所制备的硅系气凝胶兼具良好的保温隔热性能, 常温热导率在0.032~0.041 W/(m·K)范围内, 热重损失随着骨架结构内有机组分的增多而增大。这些优良的力学及热学性能使硅系气凝胶在保温隔热、储能等领域均具有广阔的应用前景。
气凝胶 骨架结构 力学性能 热学性能 aerogel skeleton structure mechanical property thermal property 
无机材料学报
2020, 35(4): 454
作者单位
摘要
西南交通大学 材料科学与工程学院, 材料先进技术教育部重点实验室, 成都 610031
锌基可降解生物材料与已被广泛研究的生物可降解材料(镁和铁)相比, 具有更合适的生物降解速率, 因而近年来受到了广泛的研究和关注。然而, 锌在模拟体液中的长期腐蚀降解行为尚不明确。本研究采用电化学腐蚀测试、表面化学成分分析及降解模式演变观察相结合的方法, 系统研究了锌在林格氏液中浸泡56 d的腐蚀演化过程。根据电化学结果显示, 锌的腐蚀速率Pi在浸泡过程中基本保持稳定, 约为0.06~0.10 mm/a; 失重法测定腐蚀速率为0.3 mm/a到0.5 mm/a。浸泡过程中生成的腐蚀产物主要为Zn5(CO3)2(OH)6和CaCO3, 为较致密的细条花棒状和块状产物层, 且随着浸泡时间延长逐渐累积。去除腐蚀产物后发现, 样品表面出现较严重的局部腐蚀, 且腐蚀沟槽的尺寸随浸泡时间的延长而增大, 浸泡42 d腐蚀沟槽宽约为10 μm。本研究为锌基可降解生物材料后期表面改性及潜在生物医学应用提供了数据积累和研究基础。
可降解锌 长期腐蚀行为 电化学测试 表面化学 biodegradable zinc long-term corrosion behavior electrochemical test surface chemistry 
无机材料学报
2020, 35(4): 461
作者单位
摘要
中国石油大学(华东) 材料科学与工程学院, 青岛 266580
碳捕获与封存技术是一种具有前景的CO2减排策略。本工作采用巨正则蒙特卡洛模拟研究了温度为298 K、压强在0~5 kPa范围内三种混合超微孔材料SIFSIX-X-Cu(以SiF62-排列, Cu为金属中心, X=2, 3, O)中CO2/N2吸附与分离的行为。结果显示, 相比于SIFSIX-2-Cu, SIFSIX-3-Cu和SIFSIX-O-Cu中CO2在0.5 kPa就达到吸附饱和, 且在1 kPa下的吸附量分别达到了2.70与2.39 mmol·g -1。CO2/N2混合气体中CO2的吸附量几乎没有下降。SIFSIX-3-Cu和SIFSIX-O-Cu具有接近于CO2分子动力学直径的孔径, 对CO2亲和力较大, 吸附热分别达到了59和66 kJ·mol -1。密度泛函理论分析发现, 在两种结构中每个孔隙只吸附一个CO2分子, 且几乎处于孔道的中心。本工作为低压下吸附与分离CO2的混合超微孔材料的开发提供了理论指导。
巨正则蒙特卡洛 混合超微孔材料 吸附 分离 grand-canonical Monte Carlo hybrid microporous materials adsorption separation 
无机材料学报
2020, 35(4): 469
张颖 1,2张骞 1,2张瑞阳 2刘帅卓 2[ ... ]周莹 1,2
作者单位
摘要
1 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500
2 西南石油大学 材料科学与工程学院, 新能源材料及技术研究中心, 成都 610500
含油污水的治理已经成为世界性的难题, 如何有效分离油水混合物成为亟待解决的问题。本研究通过绿色环保、简单浸蘸的表面修饰法, 以三聚氰胺海绵(MS)作为基底材料, 选择氧化石墨烯溶液(GO)与聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)的混合液对MS改性, 成功制备出性能优异的超疏水材料(GPMS)。采用X射线衍射仪(XRD), 热重分析仪(TG)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的GPMS进行结构、形貌和组分分析, 并对其表面浸润性、压缩循环性、选择吸附性能以及连续油水乳浊液分离性能进行了系统研究。结果表明, 制备的GPMS具有超疏水性(疏水角可达168°); 机械性能优越, 可以完成50次压缩循环实验; 能够选择性地吸附水上浮油与水下重油, 还可对油水乳浊液实现高效分离, 是一种具有实际应用价值的含油污水治理材料。
三聚氰胺海绵 超疏水 油水乳浊液分离 含油污水 melamine sponge superhydrophobic oil-water emulsion separation oily wastewater 
无机材料学报
2020, 35(4): 475
黄谢意 1,2王鹏 2,3尹国恒 1张绍宁 1[ ... ]黄富强 1,3,4,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学 物理科学与技术学院, 上海 200050
4 北京大学 化学与分子工程学院, 稀土材料化学及应用国家重点实验室, 北京 100871
高活性催化剂是挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化消除的关键因素。本研究通过简单的共沉淀法成功制备了具有高比表面积的非晶介孔磷掺杂氧化钛负载铂催化剂(Pt/ATO-P)。通过P掺杂, 既可获得非晶介孔结构, 又可获得高ATO-P比表面积(可达278.9 m2·g-1)。非晶介孔Pt/ATO-P催化剂显示出优异的VOCs催化氧化性能和良好的热稳定性。Pt/ATO-P样品在空速为36000 mL·h-1·g-1、甲苯浓度为10000 mL·m-3的反应条件下, 对甲苯催化氧化的T50T90(实现50%和90%转化率所需的温度)分别为130 ℃和140 ℃, 明显优于无磷催化剂Pt/TiO2。这些发现可以为拓展非晶介孔磷化材料在环境净化和能源转化等领域的应用提供重要参考。
非晶介孔材料 磷掺杂非晶氧化钛 铂纳米颗粒 甲苯催化氧化 VOCs消除 amorphous mesoporous structure phosphated TiO2 Pt nanoparticle toluene oxidation VOCs removal 
无机材料学报
2020, 35(4): 482
作者单位
摘要
上海应用技术大学 材料科学与工程学院, 上海 201418
为了克服单纯BiOCl光谱吸收范围窄和载流子复合几率高的缺点, 本研究制备了一种具有高效光催化活性的碳量子点(CQDs)/BiOCl纳米复合材料。光催化降解罗丹明B染料实验表明CQDs/BiOCl纳米复合材料的光催化性能远优于单纯的BiOCl, 其光催化性能约为后者的3.4倍。当CQDs的复合量为7.1wt%时, 样品的光催化性能最佳, 能够在2 min之内将罗丹明B完全脱色, 而单纯的BiOCl在相同时间内对罗丹明B的降解率仅为29.5%。通过紫外-可见漫反射谱、光电化学测试以及自由基捕获实验揭示了CQDs/BiOCl纳米复合材料的光催化性能提升机理, 结果表明CQDs可以拓展BiOCl的可见光吸收范围, 这有利于增强其光捕获能力以及促进电子-空穴对的产生。除此之外, CQDs独特的上转换发光行为, 以及光诱导的电子转移能力提升了CQDs/BiOCl纳米复合材料光催化性能。
光催化 CQDs/BiOCl 纳米复合材料 上转换发光 photocatalysis CQDs/BiOCl nanocomposite up-converted photoluminescence 
无机材料学报
2020, 35(4): 491
山巍 1,2傅正钱 1张发强 1马名生 1[ ... ]李永祥 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京100049
二维金属硫化物材料具有较低的电子噪声以及极大的比表面积, 使其非常适合用作气敏材料, 因此寻求高效可控的方法制备二维金属硫化物材料是目前的研究热点。本研究使用高温化学浴法制备了不同形貌的高结晶二维六方SnS2纳米片。采用不同手段对制备的SnS2纳米片进行表征, 并进一步研究了SnS2纳米片的气敏性能。结果显示: 油酸、油胺用量(体积)相同时, 产物SnS2的形貌是均一的六角形纳米片, 其直径约150 nm, 厚度约4~6 nm。气敏测试表明该SnS2纳米片对NO2气体具有良好响应, 且响应过程可逆, 选择性好。其最佳工作温度为130 ℃, 响应和恢复时间分别为98和680 s。
二氧化氮气体 二维材料 SnS2 高温化学浴法 气敏检测 NO2 gas 2D materials SnS2 chemical bath synthesis gas sensing detection 
无机材料学报
2020, 35(4): 497
黄冲 1,2赵伟 1,*王东 1卜克军 1,2[ ... ]黄富强 1,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京大学 化学与分子工程学院, 北京分子科学国家实验室与稀土材料化学及应用国家重点实验室, 北京 100871
通过固相反应法合成一系列插层化合物PdxNbSe2 (x=0~0.17)。它们与2H-NbSe2相同, 属于六方晶格, 空间群为P63/mmc。Pd占据NbSe2层间的八面体空位。随着Pd含量的增加, 晶格常数c线性增大, 而a几乎不变。X射线单晶衍射结果表明, Pd0.17NbSe2的晶格常数为a=b=0.34611(2) nm, c=1.27004(11) nm。每个Pd原子与六个Se原子键合形成[PdSe6]八面体来连接相邻的Nb-Se层, 使晶体结构变得更加稳定, 从而提高化合物的热稳定性。电学测试表明, 随着Pd含量的增加, PdxNbSe2的剩余电阻比减小。此外, 超导转变温度也随着Pd含量的增加而下降, 说明Pd的引入不利于NbSe2的超导态。
PdxNbSe2 过渡金属硫族化合物 晶体结构 超导 PdxNbSe2 transition metal dichalcogenide crystal structure superconducting 
无机材料学报
2020, 35(4): 505