采用一步法, 在剥离蒙脱石表面原位构建了Bi2O3/Bi2SiO5异质结, 系统研究了其物相结构、微观形貌和光学特征。制备过程中, 剥离蒙脱石除作为Bi2O3/Bi2SiO5异质结生长的骨架, 还可以作为硅源得到Bi2SiO5。结果表明: 与纯α-Bi2O3相比, 在模拟太阳光的照射下, Bi2O3/Bi2SiO5异质结表现出对罗丹明B有优良降解性能, 这主要是由于Bi2O3与Bi2SiO5之间形成的p-n结以及高的比表面积所引起的。此外, 还提出了光催化反应机理。本工作提供了一种构建低成本污染物降解催化剂的新方法, 拓展了蒙脱石的新应用。

光催化剂在水泥基材料中的分散性问题一直是制约光催化水泥基材料性能的主要因素之一。本文通过在水泥基材料成型过程中加入铋系光催化前驱体溶液实现原位光催化水泥基材料的合成, 提高光催化剂在水泥基体中的分散性, 赋予水泥基材料光催化性能的同时改善水泥基体抗压强度。通过扫描电镜和EDS能谱对光催化水泥基材料微观结构和成分进行表征。结果表明, 光催化水泥基材料对罗丹明B的降解效率最高可达91.64%, 对氮氧化物的降解效率最高可达到15.03%, 早期机械强度提升约10%。光催化剂在水泥基体中分散更加均匀, 同时水泥基体致密度提高。本文揭示了原位光催化水泥基材料的光催化性能与机械性能的提升机制, 为其他功能性水泥基材料的制备提供了理论基础。

以碳化硅(SiC)、二氧化锆(ZrO2)、碳化硼(B4C)、水溶性酚醛树脂以及炭黑为原料，基于原位反应合成法在SiC基体中合成不同体积含量[%(体积分数)、35%、40%、45%]的ZrB2，并采用无压烧结法制备得到SiC-ZrB2陶瓷复合材料，研究了ZrB2含量对SiC-ZrB2复合材料物相组成、显微组织、力学性能以及电学性能的影响。结果表明：不同ZrB2含量的复合材料中，其相组成均为SiC和ZrB2，并存在少量的B13C2；随着ZrB2含量的增加，复合材料中ZrB2晶粒尺寸增大、ZrB2颗粒间呈相互连接趋势，并且复合材料致密度、力学性能与导电性能均呈增加趋势。当ZrB2含量为45%时，复合材料的体积密度、开口气孔率、相对密度、抗折强度、Vickers硬度和电阻率分别为4.16 g/cm3、0.27%、95%、(332±17) MPa、(16±2) GPa和(2.35±0.7×10-6) Ω?m。

BixOyBrz光催化剂在有机药物废水处理领域有着非常广阔的潜在应用价值，但因光生电子和空穴的快速复合而表现出较低的光催化效率，进而限制了其应用范围。通过简易的水解-焙烧法原位制得一种新型的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂，并以磺胺甲噁唑(SMX)为模拟药物污染物进行了光催化性能测试，对所制催化剂进行了X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电化学阻抗(EIS)、光致发光光谱(PL)等表征。结果表明所制备的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂具有较强的光生载流子分离率、较低的界面电荷转移电阻，进而展示出优异的光催化降解SMX性能，在模拟太阳光下照射30 min，SMX降解率达到87%，相较于纯的Bi3O4Br和Bi12O17Br2催化剂，降解率分别提升了30%和24%。最后基于自由基捕获实验和催化剂能带结构分析了所制催化剂的降解机理。

为提高钛合金的高温抗氧化性能, 采用激光熔覆原位自生技术, 在TC4钛合金表面自行设计并制备了原子百分比为Ti∶Al∶Si=41∶41∶18和Ti∶Al∶Si=35∶35∶30的两种涂层。通过XRD、OM、SEM表征了涂层的微观组织和物相组成; 借助管式电阻炉测试了涂层和基体试样在800 ℃×24 h×5次循环氧化条件下的高温抗氧化性能; 结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层的高温抗氧化机理。结果表明, 涂层主要由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等物相组成。涂层中没有出现一般激光熔覆所产生的外延生长柱状晶组织, 全部为细小等轴晶。在800 ℃×24 h×5次循环氧化条件下, TC4基材单位面积的氧化增重约为35.1 mg·cm-2, 涂层的约为2.8 mg·cm-2和3.3 mg·cm-2。两种涂层的高温抗氧化性能较钛合金基材分别提高了12.5倍和10.6倍。激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层能明显改善TC4钛合金的高温抗氧化性能。涂层抗氧化性改善的机理, 一方面是表面生成了连续致密的TiO2、Al2O3、SiO2氧化层, 阻碍了氧扩散; 另一方面是提高了氧化层的黏附性, 使氧化层不易从涂层表面剥落, 对涂层未氧化部分起到了很好的保护作用。

在负载于氧化铟锡(ITO)导电玻璃上、 哑铃状纳米ZnO表面配位未饱和锌离子作为“模板”， 以苯氧基邻苯二腈作为“分子碎片”， 利用DBU液相催化法， 在亲水性纳米ZnO表面， 原位合成疏水性四苯氧基酞菁锌(ZnTPPc)。 通过多种表征手段， 分析证实了所合成的ZnTPPc分子结构、 ZnTPPc/ZnO界面及光生电荷转移特性。 在可见光下， 分别以亲水性亚甲基蓝（MB）、 疏水性苯酚（PL）及其混合液为待降解反应物， 定量分析疏水性ZnTPPc/ZnO复合材料对降解疏水性PL的光催化选择性。 结果表明： 原位合成ZnTPPc在ZnO表面呈现单分子层， 具有较好的疏水性能， ZnTPPc可优先选择性降解疏水性PL， 且在可见光光催化中对PL的相对降解效率是对MB分子的121倍。

为了提高钛合金的高温抗氧化性能, 推动钛合金在高温和复杂工况环境下的进一步工程应用, 利用高能激光束作用下Ti、Al、Nb三种元素混合粉末之间的原位反应在BT3-1钛合金表面制备了高温抗氧化的高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。针对原位反应所制备涂层存在的缺陷, 通过自行设计的热处理工艺优化了涂层和界面微观组织。借助光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了热处理前后复合涂层的物相结构及显微形貌。结果表明: 热处理前的涂层主要由单质Nb、金属间化合物γ-TiAl、α2-Ti3Al、Ti3Al2等物相组成; 热处理后的复合涂层, 单质Nb固溶到γ-TiAl和α2-Ti3Al中, 同时形成了新相Ti3AlNb0.3, 涂层近似为γ-TiAl+α2-Ti3Al双相层片状等轴晶组织。此外, 涂层中并未观察到减弱抗氧化性的单质Nb颗粒和Ti3Al2相, Ti、Al、Nb的宏观偏析得以消除, 涂层与基材界面位置的气孔和裂纹均以消失, 出现了明显的白亮带冶金结合过渡层, 涂层组织也更加均匀致密。热处理对提高钛合金表面Nb的合金化程度和改善Ti-Al金属间化合物的高温抗氧化性能起到了显著的促进作用。

以高纯Cr、Ni、Si粉末为原料，采用激光熔覆技术在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti表面原位合成制备金属硅化物涂层，分析涂层微观组织结构并测量其显微硬度。采用阳极极化方法评价涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学耐蚀性。在室温滑动干磨条件下评价其耐磨性，以失重表征耐磨性。利用光学显微镜(OM)，扫描电子显微镜(SEM)等手段从显微角度研究涂层的失效行为。结果表明，涂层具有致密的微观多相结构，以Cr₃Si二元金属硅化物为硬质增强相，以Ni基固溶体γ相为塑性增韧基体相。涂层表现出更高的显微硬度。在3.5% NaCl溶液中涂层形成抗点蚀性能优异的钝化膜，使其具有优异的电化学耐蚀性能。在室温滑动干磨条件下涂层拥有更小的失重以及更稳定的摩擦系数，能够与对磨副GCr15发生更少的粘着，从而表现出优异的耐磨性。

在医用钛合金(TC4)表面采用激光熔覆的方法制备了硬质颗粒增强金属间化合物基复合涂层, 采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)定量分析、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计(HV)、极化曲线分别分析了硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层的组织形貌、相结构与成分、硬度分布和耐蚀性能。研究结果表明, 涂层厚度可达1～2 mm, 涂层内部有TiNi和Ti2Ni韧性相及TiC、TiB/TiB2和B4C硬质颗粒生成, 并且涂层内部组织均匀致密, 无裂纹与气孔等缺陷, 硬质颗粒增强金属间化合物基复合涂层的硬度可达HV 0.3 899, 是基体的近3倍, 涂层的耐蚀性是医用钛合金基体的近3倍。