CeO2基储氧材料的制备和表征

用共沉淀法制备了四种CeO₂基储氧材料,并用X射线衍射(XRD),Raman,N₂吸附-脱附(BET方法),H₂程序升温还原(H₂-TPR),氧脉冲技术,X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)表征了其物理化学性质。XRD结果表明在CeO₂ 和CeO₂-Al₂O₃ (CA)中只能检测到宽的CeO₂ 的特征峰,而CeO₂-ZrO₂ (CZ) 和 CeO₂-ZrO₂-Al₂O₃ (CZA)中检测到了Ce_0.75Zr_0.25O₂ 相,在所有的CeO₂基储氧材料中都形成了均匀的固溶体。XPS结果表明三价铈和四价铈共存于CZ,CA和CZA的表面,而在纯CeO₂中几乎检测不到三价铈的存在。CZA表现出了最佳的织构性能,高的储氧量(OSC)和优异的热稳定性。另外,为了阐释四个样品的差异,本文提出了一种新的观点：Al₃₊可能插入了萤石结构的间隙或者高度分散在固溶体中。CZA固溶体可能是由间隙型固溶体和置换型固溶体混合组成的,这一点由CA和CZA中存在两种不同的氧物种或者两种类型的氧通道可以证明。然而,关于这个观点的详细证据还不够充分,需要继续进行深入的研究。     

铝基表面等离子喷涂Al2O3-TiO2-Ta涂层的制备及防腐性能

采用等离子喷涂技术在铝基表面构建Al₂O₃-TiO₂涂层和Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层。由于钽元素的引入,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层表面形貌更均匀、致密。同时钽金属具有极强的耐酸碱特性,因此,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层相对于Al₂O₃-TiO₂涂层具有更强的耐腐蚀性。Tafel曲线结果显示,Al₂O₃-TiO₂涂层使得基体的腐蚀电位仅正移了99.6 mV,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层使得铝基体腐蚀电位正移了208.9 mV。因此,由于耐蚀性极强的Ta金属的掺入,Al₂O₃-TiO₂涂层的防腐性得到了极大的增强,Al₂O₃-TiO₂-Ta涂层有效地防止铝合金腐蚀。     

ZrCr梯度界面层对Zr/Al2O3涂层体系抗热震性能影响及机理研究

采用中频磁控溅射和超音速等离子喷涂依次在锆合金(Zr-4)基体表面制备了Zr(84.61 at.%)Cr/Zr(17.39 at.%)Cr/Al₂O₃(ZrCr梯度界面层)和Al₂O₃ (无ZrCr梯度界面层)涂层。利用XRD、SEM和HRTEM等重点分析了ZrCr梯度界面层对Zr-4/Al₂O₃涂层界面微观结构、结合强度和抗热震性能的影响。研究结果表明：通过增设ZrCr梯度界面层,能显著提升Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系结合强度至50.3±2.52 MPa,较Zr-4/Al₂O₃体系结合强度值提升约46%;循环热震条件下,Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系膜基界面完整,与ZrCr梯度界面层能显著提升界面结合强度且喷涂及热震实验过程中ZrCr梯度界面层Cr原子优先形成较致密的Cr₂O₃能进一步有效抑制氧扩散至Zr-4有关;Zr-4/Al₂O₃膜基界面则出现明显开裂甚至剥离行为,其主因是Zr-4/Al₂O₃两者界面热应力集中而导致Zr-4/Al₂O₃界面开裂;HRTEM和EDS线扫描结果证实在Zr-4/Al₂O₃界面开裂处形成的疏松ZrO₂氧化物是后续热震循环中进一步加剧涂层大面积剥落失效的根本原因。     

离子液体[Emim]BF4改性二氧化铅电极的制备与表征

采用电沉积法制备了离子液体[Emim]BF₄改性PbO₂电极. 通过电化学氧化降解苯酚实验对电极催化性能进行了考察, 发现苯酚模拟废水的COD去除率符合一级反应动力学, [Emim]BF₄改性PbO₂电极的速率常数为0.00739 min_-1, 明显高于未改性PbO₂电极的速率常数0.00383 min_-1. 通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对电极表面结构进行表征. 结果显示, 在加有离子液体[Emim]BF₄的电积溶液中沉积得到的钛基PbO₂涂层表面致密规整、结晶度高、晶格氧含量高. 通过莫特-肖特基(Mott-Schottky)曲线、稳态极化和线性扫描伏安法(LSV)考察了电极的电化学性质. 稳态极化实验表明改性电极的析氧过电位相比未改性电极有明显提高, 对莫特-肖特基曲线的分析表明, 改性电极表面氧空位含量相比未改性电极有很大降低. 通过与未改性电极结构和电化学性质的对比研究, 得出改性电极催化活性的提高主要是由于其氧空位含量较低, 从而降低了氧化物电极表面发生羟基自由基(?OH)向晶格氧(O_lat)转移的发生率.     

Mn2O3掺杂对MnO催化氧还原性能的提高

本文主要研究了纯相MnO以及Mn₂O₃掺杂MnO氧还原催化剂的结构和性能,XRD、SEM、HRTEM等测试表明,氢气还原条件下可以得到Mn₂O₃掺杂的MnO,氨气还原得到纯相MnO。循环伏安(CV)法、Tafal曲线法、时间电流曲线和线性扫描伏安等方法对其催化氧还原性能的研究表明：MnO催化氧还原的峰值电压在-0.1 V到-0.5 V之间,Mn₂O₃的掺杂提高了氧还原峰值电流强度和电压;RDE与RRDE测试表明：Mn₂O₃掺杂MnO的催化氧还原反应主要是4电子反应,而纯相MnO催化氧还原主要是2电子反应。通过本研究表明：Mn₂O₃掺杂提高了MnO的催化氧还原性能,元素不同价态离子的共存提高了催化氧还原反应的活性。     

Al2O3微粉添加量对镁合金微弧氧化膜特性影响研究

为了研究添加Al₂O₃微粉对AZ31A镁合金微弧氧化膜特性影响,在不同浓度Al₂O₃微粉电解液中对其进行了微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析了膜层表面Ca、Mg、O、Al元素分布,X射线衍射仪(XRD)分析了相组成,测定了膜厚、硬度和氧化液中Al₂O₃表面电荷,讨论了掺杂改性机理。结果表明,加入Al₂O₃微粉后,氧化电压随Al₂O₃添加量增加先增加后降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,膜层表面Ca元素分布逐渐减少,成膜效率降低,膜层致密度和表面疏松层硬度提高,氧化膜主要由MgO和MgO₄等相组成。     

等离子喷涂不同比例掺杂G-Al2O3-13%TiO2复合涂层的耐腐蚀性能

为解决等离子喷涂陶瓷涂层孔隙率高的问题,将 Al₂O₃-13%TiO₂(AT13)粉体与 CaO-MgO-Al₂O₃ -SiO₂(G)硅酸盐玻璃粉按不同比例混合,采用等离子喷涂技术制备得到 AT13、G ∶AT13 = 1 ∶ 10(GA-1)、G ∶AT13 = 2 ∶ 10 (GA- 2)、 G ∶AT13 = 3 ∶10 (GA-3) 这 4 种涂层,对 4 种涂层的相组成和微观形貌进行了分析,利用浸泡腐蚀与电化学腐蚀试验分别对涂层耐腐蚀性能进行了研究。 结果表明:4 种涂层均由 α-Al₂O₃ 、γ-Al₂O₃ 、金红石型 TiO₂ 和 Al₂TiO₅ 相组成;AT13、 GA-1、GA-2 和 GA-3 涂层的孔隙率分别为 13. 2%、11. 4%、7. 8%和 8. 8%;在 3. 5% NaCl 溶液中浸泡腐蚀 1000 h 后,3 种 GA-X (X= 1,2,3)涂层的腐蚀面积与纯 AT13 涂层相比都有所减小;电化学阻抗(EIS)和动电位极化曲线(PD)结果表明涂层的耐腐蚀性随着玻璃粉的掺入而提高,但玻璃粉掺量不是越高越好,以 G ∶AT13= 2 ∶10 比例掺杂的涂层耐腐蚀性能最优。     

Dry Sliding Wear Behaviour of Al2O3-Cr2O3 Coatings with Different Contents of Cr2O3EI北大核心CSCD

Cr₂O₃对 Al₂O₃-Cr₂O₃复合涂层与高硬度陶瓷接触时的摩擦磨损行为及磨损机制的影响尚未揭示。采用大气等离子喷涂的方法制备 Cr₂O₃含量不同的 Al₂O₃-Cr₂O₃复合涂层以研究 Cr₂O₃的影响机制。试验结果表明：Cr₂O₃明显减少了涂层的微观孔隙;复合涂层中 α-Al₂O₃ / γ-Al₂O₃的相对含量比明显高于 Al₂O₃ 层中的 37%;Al₂O₃-40%Cr₂O₃涂层的硬度与 Al₂O₃涂层相比提高了 48%,断裂韧性是 Al₂O₃涂层的 2 倍多;当载荷为 5 N、10 N 和 15 N 时,Al₂O₃-40%Cr₂O₃复合涂层的摩擦因数最低,磨损率依次降低 60%、85% 和 79%。但是当载荷为 20 N 时,Al₂O₃-20%Cr₂O₃复合涂层的摩擦因数最低,磨损率降低了 50%。微观脆性断裂是涂层的主要磨损机制。复合涂层耐滑动磨损性能与 Cr₂O₃含量及磨损条件是密切相关的。微观结构、硬度、断裂韧性、导热系数等是影响 Al₂O₃-Cr₂O₃ 复合涂层耐磨损性能的重要因素。研究结果可为高耐磨性 Al₂O₃基涂层的设计和应用提供指导。     

CoCrNiAlY涂层制备工艺对组织形态及高温氧化行为的影响

为了研究CoCrNiAlY涂层微观组织结构对高温氧化行为和剥落行为的影响规律,采用激光熔覆技术和等离子喷涂工艺在718高温合金表面制备CoCrNiAlY涂层,观察其微观组织形态。利用XRD和SEM对1150 ℃高温氧化试验样品进行氧化层物相分析和形貌观察。结果表明,激光熔覆制备的CoCrNiAlY涂层中形成了胞状亚结构的等轴晶凝固组织,相对于等离子喷涂制备的CoCrNiAlY涂层结构更致密,具有更优异的抗高温氧化性能。在高温氧化过程中,等离子喷涂CoCrNiAlY涂层生成了以Cr₂O₃结构为主的复合氧化膜。激光熔覆CoCrNiAlY涂层生成Al₂O₃结构的单一氧化膜,而且熔覆层中原位形成的Y₂O₃钉扎作用能有效提高氧化膜的抗剥落性。文中系统分析讨论了两种不同工艺制备的组织形态对高温氧化膜形成机制的影响,激光熔覆涂层在高温下主要是以界面扩散方式形成致密的Al₂O₃膜,等离子喷涂涂层在高温下以界面反应的方式快速形成Cr₂O₃复合氧化膜。     

激光重熔Al2O3-TiO2涂层的强韧性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上制备了Al₂O₃-TiO₂涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度试验和压痕试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及强韧性能的影响.结果表明,等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂涂层中的主相为γ-Al₂O₃,而相应重熔涂层中的主相为α-Al₂O₃.激光重熔可消除喷涂态涂层内部的孔隙、微裂纹和层状堆垛等微观缺陷,获得致密化的组织,并使涂层与基体形成良好冶金结合.重熔涂层的硬度比相应喷涂态涂层约提高了50%,裂纹扩展抗力相比喷涂态涂层提高了近两倍.激光重熔纳米涂层中的未熔增强颗粒和纳米结构特性等对涂层起到了协同强化和韧化作用.     

焙烧气氛对Pt/Al2O3 催化氧化CO和C3H6 性能的影响

使用Pt(NH₃)₂(NO₂)₂作为前驱体,通过过量浸渍法制备Pt/Al₂O₃催化剂,并将其在4种不同的气氛（H₂、O₂、NO或NH₃）中进行焙烧。利用N₂吸脱附、X射线衍射、程序升温还原（H₂-TPR）、CO脉冲吸附、CO原位漫反射傅里叶变换红外光谱（CO in situ DRIFTS）等手段对催化剂的物化性质进行了表征。结果表明：由于还原性焙烧气氛导致了众多小尺寸和高分散的Pt纳米颗粒的生成,经1%（体积分数）H₂/N₂焙烧的Pt/Al₂O₃表现出最佳的CO和C₃H₆催化氧化性能。     

BN/Al2O3 复合粉末及其聚合物基复合材料的制备与导热性能

采用固-液相共混法制备了多种BN/Al₂O₃复合粉末,通过冻融法和表面修饰法对BN进行了改性处理,改变表面修饰剂类型和摩尔比得到了前驱体和烧结态BN/Al₂O₃复合粉末,并利用机械混合法制备了聚合物基BN/Al₂O₃复合材料,并测试分析了其导热性能。结果表明,经冻融处理的BN分散性和界面相容性明显优于未经冻融处理的BN。多巴胺对BN的改性效果优于聚乙二醇。采用多巴胺作为表面修饰剂且BN与Al(NO₃)₃的摩尔比为1:1时,能够得到纳米Al₂O₃均匀包覆的微米BN粉末,即BN/Al₂O₃微纳复合粉末,其聚合物基复合材料的导热系数可达0.62 W·m^-1·K^-1,是纯聚合物导热系数的3倍,是采用纯微米BN粉末制备的聚合物基复合材料导热系数的1.5倍。在BN表面附着的Al₂O₃可以形成层状热传导通道,能够有效提高聚合物基BN/Al₂O₃复合材料的热导率。     

Mn掺杂提高IrO2-Ta2O5 电极在硫酸溶液中析氧的电催化活性

制备了不同 Mn 含量的IrO₂-Ta₂O₅-MnO_x电极。揭示了Mn含量对该类电极的物理和电化学特性的影响。结果表明,涂??覆的IrO₂-Ta₂O₅-MnO_x层由于其凹凸不平的多孔结构而具有较大的比表面积。少量Mn的加入抑制了活性成分IrO₂的结晶,并将其转化为Ir³⁺。适当地用 Mn 代替Ir可以显著提高 IrO₂-Ta₂O₅-MnO_x 电极的电催化性能。高的电催化活性、长的寿命和低的成本得益于 Mn 掺杂的电极具有更大的活性表面积,从而促进了硫酸溶液中氧的析出。     

CO2 在 δ-Pu(100)表面吸附行为的第一性原理研究

结合密度泛函理论框架内的周期性平板模型,运用第一性原理计算方法研究了CO₂在δ-Pu(100)表面的吸附行为。结果表明,CO₂分子以C端向下和C-Pu、O-Pu多键结合的方式吸附在δ-Pu(100)表面。吸附类型属于强化学吸附,最稳定的吸附构型是H₁-C₄O₄,此时吸附能为-6.430 eV,吸附稳定性顺序为穴位>桥位>顶位。CO₂分子主要和表面Pu原子反应,而与其它3层Pu原子的反应较弱。更多的电子向CO₂ 2π_u轨道转移有利于C-O键的弯曲和活化。此外,CO₂分子和Pu原子之间的化学键主要是离子态,反应机理是CO₂的C 2s、C 2p、O 2s 和O 2p轨道与Pu 6p、Pu 6d、Pu 5f轨道发生了重叠杂化作用,产生了新的键结构。H₁-C₄O₄构型的功函数变化最小,表明其它电子容易从该构型表面逃逸,且需要的能量最小。     

La2O3掺杂氧化铝气凝胶的制备与耐温性能研究

以仲丁醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法结合丙酮-苯胺原位生成水技术,通过乙醇超临界干燥,制备出不同含量(1.5 mol%~12 mol%)La₂O₃掺杂的氧化铝气凝胶。采用电子扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X线衍射仪(XRD)、N₂吸附分析仪等仪器表征了La₂O₃掺杂对氧化铝气凝胶的微结构和耐温性能的影响。结果表明：La₂O₃的引入使氧化铝气凝胶的形貌由球状颗粒向大的片状结构转变。适量的La₂O₃掺杂能提高氧化铝气凝胶的比表面积,9 mol% La₂O₃掺杂的氧化铝气凝胶比表面积最大。通过La₂O₃掺杂,能够抑制氧化铝晶粒在高温下的生长和α-Al₂O₃的相变,提高氧化铝气凝胶的耐温性能。1200℃热处理后,La₂O₃掺杂的氧化铝气凝胶仍维持在θ-Al₂O₃,比表面积为86.5 m₂/g,高于未掺杂的氧化铝气凝胶(46 m₂/g)。     

CO和CO2 在UO2 (111)表面吸附和解离的第一性原理和分子动力学研究

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算,在计算中加入Hubbard项进行校正,探究了CO和CO₂分子在UO₂ (111)表面的吸附和解离,分析了不同构型下的静态和动态吸附机理,吸附位点包括顶位、空位、桥位。在静态计算中,探究了吸附过程中多种吸附参数的变化,如吸附构型、吸附能、电荷转移等。利用第一性原理分子动力学（AIMD）,探究了特定构型下CO₂分子的解离过程及差分电荷密度变化。结果表明,CO分子的吸附可分为2种类型：（1）自发吸附,包括化学和物理吸附;（2）非自发吸附。CO₂分子的吸附仅表现为自发吸附的化学吸附及非自发吸附,无物理吸附。CO和CO₂分子的最优吸附构型均为短桥位垂直（B-short-Ver）吸附。此外,0 K下CO₂分子在UO₂ (111)表面的B-short-Ver和长桥位垂直吸附构型吸附后会自发解离。AIMD模拟结果表明,这2种构型在300 K下均发生解离。     

C/C复合材料大气等离子喷涂mullite/ZrB2-MoSi2涂层抗烧蚀性能

采用大气等离子喷涂技术(APS)在C/C复合材料表面制备了mullite/ZrB₂-MoSi₂双层抗烧蚀涂层。借助XRD、SEM、EDS等分析手段对涂层的组织结构进行研究;基于氧丙烯焰烧蚀试验考察ZrB₂-MoSi₂/mullite复合涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能的影响。结果表明,在1700 °C和1800 °C的氧丙烯焰下烧蚀60 s,ZrB₂-MoSi₂/mullite涂层试样的质量烧蚀率分别为3.49×10_-3 g/s与3.77×10_-3 g/s。其与单层ZrB₂-MoSi₂涂层试样相比,ZrB₂-MoSi₂/mullite涂层试样展现了出色的抗烧蚀性能。烧蚀过程中形成的硅酸盐玻璃可以作为热障层而减少氧气的进一步渗透,并且还具有自我封填缺陷的能力,使ZrB₂-MoSi₂/mullite涂层表现较好的抗烧蚀性。     

Au@ Al2O3 3DOM复合材料的可控制备及催化性能研究

采用胶体晶体模板方法,通过调控聚苯乙烯(PS)微球粒径和前驱体浓度制备了孔径由0.48 μm至1.65 μm连续可调的Au@Al₂O₃ 三维有序大孔(3DOM)复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外－可见分光光度计(UV-Vis)等手段考察了样品的表面形貌和催化特性。发现Au@Al₂O₃3DOM复合材料具有优异的催化性能。随着孔径增大,其催化性能表现出先上升后下降的变化规律,且在孔径为1.27 μm时达到最高。结合理论分析表明,Au@Al₂O₃3DOM 复合材料的微观结构变化,导致了其有效活性面积和孔道传输效率随之改变,二者的共同作用是Au@Al₂O₃3DOM复合材料催化性能变化规律的物理本质。     

微量元素Nb、C强化W-Lu2O3复合材料的组织及性能研究

采用机械球磨和放电等离子体烧结制备了W-Lu₂O₃和W-Nb-C-Lu₂O₃合金,通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱(EDS)和透射电子显微镜(TEM)研究分析了合金复合粉末的形貌、合金烧结体表面形貌和断口形貌;测定了合金的致密度、热导率、硬度和强度。实验结果表明：在W-Lu₂O₃的基础上添加微量Nb和C对钨合金晶粒细化、致密化和强度提高有着明显的效果,W-Nb-C-Lu₂O₃合金的致密度比W-Lu₂O₃提高了5.75%,达到了95.12%,晶粒尺寸由8~13 μm细化到2~5 μm,W-Nb-C-Lu₂O₃合金比W-Lu₂O₃合金的显微硬度和强度得到明显改善。     

石墨烯量子点/纳米Al2O3协同生长润滑转移膜机制∗

为改善环氧树脂(EP)的摩擦学性能,将氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs)和 Al2O3 纳米颗粒(Nano-Al₂O₃ )杂化物添加到环氧树脂中制备 EP 纳米复合材料。 利用 MRH-1A 摩擦试验机考察纳米复合材料在 PAO 油润滑条件下的摩擦磨损性能, 结合磨损表面的形貌及摩擦化学分析,研究界面转移膜的形成机理和润滑效应。 试验结果表明,3N-GQDs-1Nano-Al₂O₃ / EP 纳米复合材料获得了最好的摩擦学性能,其最低摩擦因数和磨损率分别为 0. 08 和 7. 4×10^-5 mm³ / Nm。 同时对偶金属表面上能够观察到一层均匀的转移膜,其中 C、N、O 元素主要分布于沟壑,而 N、Al 元素则集中于高台区域。 机理分析表明,N-GQDs 和 Nano-Al₂O₃ 有效促进了转移膜的生成,从而避免了摩擦界面的直接接触。