氢氧化镁和介孔氧化镁的功能性制备及其应用

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氢氧化镁(MH)和氧化镁是镁化合物中的重要组成部分,氢氧化镁被广泛应用于环境保护和阻燃等领域,氧化镁因其表面原子和体相原子之比很大使其有很高的化学活性和很强的吸附性能,通常被用作烧结助剂和多种电子材料的辅助材料。氢氧化镁作为阻燃剂有分解温度高、绿色无毒等优点。但因其表面亲水疏油和较大的表面能而容易聚集并且与有机高分子聚合物基体的相容性较差,需要对氢氧化镁进行表面修饰以改变其表面性质来提高它的阻燃性能。而氧化镁因其特殊的性质被用于近年来备受重视的锂硫电池中以提高锂硫电池的循环稳定性。
  用三种硅烷偶联剂对氢氧化镁进行湿法改性,以反应时间、反应温度、改性剂用量、搅拌速度为变量研究这些因素对氢氧化镁表面修饰效果的影响,通过一系列表征得出其改性氢氧化镁的最佳的工艺条件,得到乙烯基三乙氧硅烷(VTES)对氢氧化镁的表面改性效果是最好的,VTES改性的氢氧化镁(VTES-MH)对水的接触角最大能够达到108.4°,对二甲基硅油的接触角为66.3°,改性过的氢氧化镁表面成功转变为亲油疏水,这时表面能和粒径都减少到最小,分散性提高。经过X射线光电子光谱(XPS)等的表征证明改性过程中VTES中的Si-OH和氢氧化镁表面的羟基反应形成Si-O-Mg键从而使得VTES包覆在氢氧化镁表面,
  以氢氧化镁加入量为变量研究其对氢氧化镁/硅橡胶复合材料性能的影响。研究得出原氢氧化镁(u-MH)和VTES-MH的添加量分别为40%、50%时复合材料热稳定性最好,燃烧等级分别达到94V-1和94V-0。氧指数分别为35.7%、40.2%。这是由于在硫化剂作用下,VTES中的乙烯基和甲基乙烯基硅橡胶中的乙烯基发生自由基反应,形成了更加稳固的网络结构。
  在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB )存在下用水热法制备介孔氧化镁(MMgO),研究Mg2+浓度和CTAB加入量对MMgO形貌的影响,在Mg2+浓度为0.04molL-1时,得到形状为立方体的介孔氧化镁,比表面积为123.58m2g-1,孔容为0.21cm3g-1,孔径为6.35nm。在此条件基础上,当CTAB的加入量为5%时得到六角片状的介孔氧化镁,比表面积为181.56m2g-1,孔容为0.26cm3g-1,孔径为9.11nm。将此种MMgO和硫复合作为锂硫电池的正极,硫和MMgO质量比90:10时制备的锂硫电池的电化学性能较好。在0.2C时,循环100圈后放电比容量的保持率达到84.7%,高于商用MgO的79.22%。经XPS表征MMgO对多硫化锂除了吸附作用,它们之间作用还会生成了硫代硫酸盐和聚硫酸盐络合物,它们可以促使长链多硫化物向短链多硫化物的转变,对锂硫电池中的电化学反应有促进作用。
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