水凝胶是由化学或物理交联形成的具有高分子网络的聚合物,有较好的吸水性和保水性,且在一定压力下不会溢出。随着水凝胶进入人们的视野以来,水凝胶的制备工艺和应用范围在不断地优化和增加,但目前水凝胶仍存在较多问题亟待解决,如吸水性差、保水性差、耐盐性差、机械强度差、降解性差等,且目前多数水凝胶采用的原料仍为石油产品,由于我国资源短缺,水凝胶的进一步发展受到严重阻碍。为了解决这些问题,研究者将视线逐渐转向了天然高分子。天然高分子材料多存在于自然界,资源丰富。最早在水凝胶中引入的主要有淀粉、纤维素、壳聚糖等物质。纤维素是自然界中最丰富的自然资源之一,且本身具有无毒、易降解、生物相容性好等优点,被广泛应用于各个领域。然而,纤维素本身水溶性差、力学性能差,虽能有效提高吸水、保水性,但在制备过程中存在一定的问题。因此,纤维素的改性成为研究热点,羧甲基纤维素等一系列衍生物虽能很好地解决纤维素难溶于水的问题,但水凝胶的凝胶强度和耐盐性仍未解决。众所周知,纳米粒子具有一定的刚性,能有效调节物质的力学性能,因此研究者将视线转向纤维素的另一衍生物,即纳米纤维素。由于纳米纤维素的尺寸为纳米级,其性质也会发生改变,纳米尺寸不仅赋予纤维素无毒、易降解等优点,还使其具有纳米粒子密度低、力学性能好、亲水性强和热膨胀系数低等优点。将纳米纤维素引入水凝胶中,相较于传统的水凝胶主要有三大优势:(1)吸水性增强;(2)耐盐性好;(3)凝胶强度高。基于此,本文在大量文献基础上,首先综述了纳米纤维素及纳米纤维素基水凝胶的制备方法,主要包括物理机械法、化学法和物理化学结合法,并分别总结了三种制备方法的优缺点;然后介绍了纳米纤维素基水凝胶在农业、生物医�...
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随着社会的快速发展,人类对能源的需求不断增加,化石能源的过度消耗造成了严重的环境污染和能源危机,引起全球各国的广泛关注.为解决这一问题,需要大力发展高效清洁的新能源转化装置.直接甲醇燃料电池和全水分解两种能源转化装置,因其高效率、低排放、低操作温度等优点,被认为是目前最具潜力的可再生能源.两种电化学体系能源转化过程中涉及的四个半反应分别是氧气还原反应(ORR)、甲醇氧化反应(MOR)、阴极氢气析出(HER)和阳极氧气析出(OER),而ORR和OER两个半反应由于动力学过程缓慢而成为甲醇燃料电池和全水分解两种装置转化效率的关键反应步骤,其中ORR反应过程中易发生两电子转移过程,生成中间产物,严重降低电流效率;OER反应涉及四电子转移和氧-氧键形成,相对于较易发生的二电子转移过程HER反应,反应动力学缓慢是影响转化效率的主要原因.因此,开发先进的电催化剂,尤其是高效ORR和OER催化剂,成为提高能源转化装置能量转化效率的关键.在过去十几年里,人们对基于贵金属铂、基于过渡金属及非金属纳米材料的电催化剂进行了充分研究并取得了重要进展,其中一维金属纳米材料(例如纳米线、纳米棒、纳米管等)因其具有独特的表面结构及物理和化学性能,表现出优越的电化学催化活性和较高的稳定性,在能源电催化领域具有潜在的应用价值.本文总结了一维金属纳米材料作为电催化剂应用于上述四种催化反应的研究进展,着重介绍了四种催化反应过程的反应机理、催化剂性能提升策略及其在催化反应过程中活性位的变化规律.首先对涉及到的四个半反应在不同电解质溶液中的反应过程和机理进行了详细介绍,并分别讨论几种反应在热力学和动力学过程上的主要障碍.然后通过近年来的相关研究进展,讨论了影响电催化剂催化活性的几种�...
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