氨基酸辅助机械力化学改性功能材料的制备及其性能研究

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机械力化学是一种工艺简单、能耗低且环保的新型合成方法。目前,机械力化学法已经广泛应用于各种功能材料的制备。氨基酸的结构多样,分子中含有反应活性很高的氨基、羧基以及其它功能基团,这一特点使其可应用在不同的研究领域。功能性复合材料在保持各组分优异性能的同时,还可通过各组分互补获得综合性能,具有广泛的应用价值。设计合成具有优异性能的功能性复合材料是现在的研究热点之一。基于此,本论文以机械力化学为主要研究方法,以氨基酸作为辅助试剂,制备了多种不同氨基酸修饰的功能性复合材料。具体研究内容如下:一、提出了一种以氨基酸为辅助试剂,通过机械力化学改性六方氮化硼的新方法。在机械力化学剥离氮化硼的过程中,氮化硼结构中缺电子的硼原子与氨基酸中的氨基之间可以发生Lewis酸-碱相互作用。利用这一特点,我们成功制备了多种氨基酸接枝的氮化硼纳米片(AA@BNs),并考察了反应时间、氨基含量及氨基酸种类对AA@BN性能的影响。此外,以AA@BN作为功能填料,PVA水凝胶为聚合物基底,制备了一系列具有自修复性能的PVA导热水凝胶复合材料。通过对复合材料导热性能和力学性能研究发现,以赖氨酸接枝氮化硼纳米片(Lys@BN)为功能填料的PVA水凝胶其导热系数、自修复性能和机械性能均有显著提高。二、提出了一种通过机械力化学制备锂硫电池正极材料的简便方法。利用球磨过程中左旋多巴的自聚合反应,通过机械力化学法制备了聚左旋多巴负载硫(PDOPA@S)复合材料。将PDOPA@S复合材料作为锂硫电池的正极材料,探究了不同配比PDOPA@S复合电极材料的电化学性能。研究发现,当以单质硫与左旋多巴反应的质量比为7:3时得到的复合材料为电池正极时,锂硫电池的电化学性能最佳。在0.1C电流密度下,1.7~2.8 V电压范围内,电池最高放电比容量为1232 mAh·g-1;100次循环后放电容量保持率在70%以上,库伦效率为97%,具有良好的循环稳定性和高的硫利用率。
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