纤维素气凝胶不仅在吸附、阻隔材料等传统领域拥有巨大的应用价值，还可作为理想的基质材料来调控微纳米异质单元的精准负载与限域生长，从而为研发环保、高性能的纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料奠定基础。本书重点阐述纳米纤丝化纤维素气凝胶、再生纤维素气凝胶和细菌纤维素气凝胶这三种纤维素气凝胶产品的制备技术和理论基础，针对这三种气凝胶产品的“自上而下”拆解和“自下而上”组装过程进行了剖析；介绍了纤维素气凝胶的形态学、理化性能、生物学特性及相关的表征手段，近年来针对纤维素气凝胶量身定制的分子尺度修饰和微纳米掺杂手段，并分析了功能性小分子或微纳米异质功能单元与纤维素气凝胶母体材料之间的作用方式和组装机制；重点评述了纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料在环境修复、催化、电磁屏蔽和电化学能量储存/转换等领域的应用现状。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 气凝胶的诞生 1
1.2 气凝胶的合成化学 5
1.3 气凝胶的特征与应用 11
1.4 气凝胶的近期发展 14
1.5 纤维素简介 15
1.6 纤维素气凝胶的诞生与发展 17
参考文献 28
第2章 纤维素的来源、结构及理化特性 38
2.1 自然界中的纤维素资源 38
2.1.1 农、林、水生物质资源 38
2.1.2 细菌纤维素 43
2.2 纤维素的化学结构 52
2.2.1 纤维素的分子结构 52
2.2.2 纤维素的结晶结构 55
2.3 纤维素的理化特性 58
2.3.1 纤维素的润胀与溶解 58
2.3.2 纤维素的酸水解 69
2.3.3 纤维素的酶解 80
2.3.4 纤维素的热降解 92
2.3.5 纤维素的光降解 100
2.3.6 纤维素的碱降解 105
2.3.7 纤维素的机械降解 107
2.3.8 纤维素的液晶性 110
参考文献 115
第3章 纤维素气凝胶 142
3.1 纳米纤丝化纤维素气凝胶 142
3.1.1 引言 142
3.1.2 NFC 气凝胶的制备与表征方法 143
iv 纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料
3.1.3 NFC 气凝胶的微观结构、结晶结构和热稳定性 144
3.1.4 小结 147
3.2 再生纤维素气凝胶 147
3.2.1 引言 147
3.2.2 基于氢氧化钠/聚乙二醇溶剂体系制备轻质高强的再生纤维素气凝胶 148
3.2.3 表征方法 148
3.2.4 微观形貌、孔隙特性、结晶结构和力学性能 148
3.2.5 小结 151
3.3 细菌纤维素气凝胶 151
3.3.1 引言 151
3.3.2 细菌纤维素气凝胶的制备 152
3.3.3 细菌纤维素气凝胶的结构稳定性 153
3.3.4 细菌纤维素气凝胶的孔隙率和机械特性 154
3.3.5 细菌纤维素气凝胶的增强 156
3.3.6 小结 159
3.4 纤维素衍生的碳气凝胶 159
3.4.1 引言 159
3.4.2 高温热解制备碳气凝胶 160
3.4.3 表征方法 160
3.4.4 微观形貌、孔隙特性和结晶结构 160
3.4.5 疏水、导电和阻燃特性 162
3.4.6 小结 163
参考文献 163
第4章 纤维素气凝胶基纳米复合材料的合成工艺 169
4.1 概论 169
4.2 溶胶-凝胶法 171
4.2.1 引言 171
4.2.2 溶胶-凝胶法的工艺过程和反应原理 172
4.2.3 溶胶-凝胶法的优缺点 173
4.2.4 溶胶-凝胶法制备材料的几种类型 174
4.3 水热法 174
4.3.1 引言 174
4.3.2 水热法的分类 175
4.3.3 水热合成装置 176
4.3.4 水热法的优缺点 177
4.3.5 水热反应的主要影响因素 178
4.3.6 水热反应介质的性质变化 179
4.4 磁控溅射法 180
4.4.1 引言 180
4.4.2 磁控溅射法的工艺过程 181
4.4.3 磁控溅射法的原理 181
4.4.4 磁控溅射法的优缺点 182
4.4.5 磁控溅射法的分类 183
4.4.6 磁控溅射法的潜在应用 185
4.5 其他典型方法 185
4.5.1 共混法 185
4.5.2 原位分散聚合法 186
4.5.3 共沉淀法 187
4.5.4 浸渍法 188
4.5.5 电沉积法 190
4.5.6 化学镀法 192
4.5.7 自组装法 195
参考文献 196
第5章 纤维素气凝胶及其纳米复合材料的常规表征手段 202
5.1 概论 202
5.2 微观形貌表征 203
5.2.1 电子光学基础 203
5.2.2 透射电子显微镜 204
5.2.3 扫描电子显微镜 208
5.3 化学成分与晶体结构分析 212
5.3.1 红外光谱 212
5.3.2 拉曼光谱 217
5.3.3 X 射线光电子能谱 220
5.3.4 X 射线衍射分析 224
5.4 比表面积及孔径分析 231
5.4.1 引言 231
5.4.2 气体吸附法 232
5.4.3 压汞法 242
参考文献 244
第6章 纤维素气凝胶基吸附材料 249
6.1 有机液体吸附材料及油水分离材料 249
6.1.1 甲基三氯硅烷改性纳米纤丝化纤维素气凝胶 249
6.1.2 碳纤维气凝胶 252
6.1.3 TiO2/纤维素复合气凝胶 262
6.1.4 磺化纤维素纳米纤丝气凝胶 267
6.2 重金属离子吸附材料 279
6.2.1 γ-Fe2O3/纤维素气凝胶纳米复合材料 279
6.2.2 聚乙烯醇/纤维素纳米纤丝复合气凝胶基超吸附材料 293
6.2.3 TEMPO 氧化的纤维素水凝胶 305
6.3 二氧化碳捕捉材料 315
6.3.1 纳米纤丝化纤维素/聚乙烯亚胺复合气凝胶 315
6.3.2 纤维素纤维衍生的多孔碳 325
6.3.3 氨基纳米纤丝化纤维素 336
参考文献 348
第7章 纤维素气凝胶基催化材料 373
7.1 光催化处理有机染料污水 373
7.1.1 有机染料污水的污染现状和常规处理方法 373
7.1.2 锐钛矿型二氧化钛/纤维素气凝胶纳米复合材料 382
7.1.3 生物质碳掺杂介孔二氧化钛纳米棒 397
7.2 “芬顿”催化处理有机染料污水 406
7.2.1 “芬顿”催化氧化反应机理 406
7.2.2 氧化石墨烯-Fe(Ⅲ)-纤维素纳米纤丝复合气凝胶 411
7.2.3 磁铁矿/纤维素纳米纤丝复合催化剂 423
7.2.4 Fe3O4/纤维素气凝胶纳米复合材料 432
参考文献 444
第8章 纤维素气凝胶基电磁屏蔽材料 465
8.1 电磁波的危害 465
8.1.1 引言 465
8.1.2 基本概念 466
8.1.3 电磁波的产生机理 467
8.1.4 电磁波污染的危害 468
8.1.5 电磁波污染的防护 470
8.2 电磁屏蔽机理 473
8.2.1 基本概念 473
8.2.2 电磁屏蔽材料 475
8.3 多壁碳纳米管/纤维素气凝胶复合材料及其电磁屏蔽效能 478
8.3.1 引言 478
8.3.2 实验部分 480
8.3.3 结果与讨论 481
8.3.4 小结 485
8.4 α-Fe2O3/聚吡咯/纤维素衍生碳气凝胶纳米复合材料及其电磁屏蔽效能 485
8.4.1 引言 485
8.4.2 实验部分 487
8.4.3 结果与讨论 488
8.4.4 小结 495
8.5 石墨烯/纤维素衍生碳气凝胶纳米复合材料及其电磁屏蔽效能 496
8.5.1 引言 496
8.5.2 实验部分 497
8.5.3 结果与讨论 499
8.5.4 小结 507
参考文献 508
第9章 纤维素气凝胶基超级电容器电极材料 520
9.1 超级电容器在储能系统中的定位 520
9.1.1 超级电容器的发展进程 520
9.1.2 超级电容器的特点 521
9.1.3 超级电容器的结构与应用 523
9.2 超级电容器的储能机理 526
9.2.1 引言 526
9.2.2 双电层电容器 527
9.2.3 法拉第赝电容器 529
9.2.4 混合型超级电容器 530
9.3 纤维素纳米晶气凝胶用作三维、轻质的超级电容器基质材料 531
9.3.1 引言 531
9.3.2 实验部分 532
9.3.3 结果与讨论 534
9.3.4 小结 542
9.4 纤维素纳米纤丝/还原氧化石墨烯/碳纳米管复合气凝胶制备超级电容器电极 543
9.4.1 引言 543
9.4.2 实验部分 544
9.4.3 结果与讨论 545
9.4.4 小结 553
9.5 层层自组装法改性纳米纤维素气凝胶制备超级电容器电极 554
9.5.1 引言 554
9.5.2 实验部分 555
9.5.3 结果与讨论 556
9.5.4 小结 563
9.6 聚苯胺/纳米银/纤维素纳米纤丝复合气凝胶制备超级电容器电极 563
9.6.1 引言 563
9.6.2 实验部分 564
9.6.3 结果与讨论 566
9.6.4 小结 572
参考文献 572
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