超声辅助合成纳米氧化锰及其低浓度NO去除性能研究

通过超声辅助的工艺, 利用氧化还原法制备出多价态纳米MnO_x。通过调节超声时间、KMnO₄浓度、烘干温度、反应溶液pH, 探索MnO_x的最佳合成条件。结果表明: 超声时间20 min, 高锰酸钾浓度0.5 mol/L, 烘干温度80 ℃, 反应溶液pH=7的条件下, 合成的样品MnO_x表现出最佳的催化性能, 对100%的NO去除率可持续15 h。采用X射线衍射分析(XRD)、N₂-吸脱附测试、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等技术考察最优催化剂MnO_x的结构和形貌, 借助X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外分析(FT-IR)研究最优催化剂MnO_x对NO去除的催化氧化机理以及催化剂的失活机制。结果表明, 三维贯穿的多级孔结构, 花瓣状的形貌和弱晶化的晶体结构有利于气体吸附和传输。多价态Mn和氧空位的存在促进了NO和O₂的吸附和激活, 因此最优样品MnO_x表现出优异的NO的常温催化氧化。     

氧化还原沉淀法制备MnO2/MWCNTs催化剂及其低温SCR活性

先用十二烷基硫酸钠(SDS)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性, 然后采用氧化还原沉淀法制得一系列的MnO₂/MWCNTs催化剂。考察了催化剂在80~180℃的选择性催化还原(SCR)反应活性, 并通过BET、XRD、FESEM、TEM、XPS和H₂-TPR等表征手段对催化剂的结构及性能进行分析。结果显示, MnO₂/MWCNTs催化剂在空速210 L/(g_cat·h)和温度140~180℃条件下, 脱硝效率达到85%~100%, 这明显优于等体积浸渍法制备的催化剂的低温SCR催化活性, 且10% MnO₂/MWCNTs催化剂的活性最优。分析结果表明, MnO₂/MWCNTs催化剂中MnO₂以纳米片状均匀分散在多壁碳纳米管载体表面; 弱结晶性的结构和高价锰, 较高的表面吸附含氧量及较强的低温区氧化还原能力是10% MnO₂/MWCNTs催化剂具有优异低温SCR活性的原因。另外, 和MnO_x/MWCNTs催化剂相比, 10% MnO₂/MWCNTs催化剂表现出良好的抗水和抗硫性能。     

加热和光照条件下Ru/TiO2催化二氧化碳甲烷化研究

本研究利用浸渍法制备了Ru/TiO₂催化剂, 并在光照和加热两种条件下考察了其催化二氧化碳与氢的反应, 发现催化剂在两种条件下均可引发显著的甲烷化反应(CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O)。结果显示, 在光照和加热(150~350℃)条件下, CH₄为唯一含C产物。而在更高温度的加热条件下(>400℃)除了生成CH₄外, 还产生少量CO副产物, 表明反应温度对产物选择性有显著影响。随着反应温度由150℃升高到550℃, 对于不同负载量的担载Ru催化剂, CO₂转化率均先增加后降低, 其中在Ru担载量为1.5wt%Ru/TiO₂催化剂上CO₂转化率在350℃时达到最高, 为77.58%。而在温度>400℃条件下, CO的选择性也随反应温度的升高而逐渐增加。综合反应结果和XRD、XPS和N₂吸附-脱附等表征结果, 发现二氧化碳与氢在光照和加热条件下(150~550℃)反应机制不同。在光照条件下, 光激发电子首先被金属Ru捕获, 进而将吸附在金属Ru上的二氧化碳还原, 活性物种经由RuC中间体形成CH₄。而加热条件下(150~550℃), H₂先被Ru活化成氢原子, 氢原子还原吸附在催化剂表面的CO₂形成RuC中间体, 最后RuC中间体进一步加氢生成CH₄。虽然在两种反应条件下经历相同的中间体, 但是中间体的形成路径不同, 即反应物CO₂被活化的方式不同, 因而产物选择性不同。     

铁助剂对乙酸自热重整制氢用CoxAl3FeyOm±δ催化剂的影响

生物质转化获得的生物质油可作为重要的制氢原料, 选取生物质油的主要成分乙酸作为模型化合物, 开展了乙酸自热重整催化制氢研究。采用共沉淀法制备了铁促进的类水滑石型钴基催化剂, 用于乙酸自热重整制氢体系, 并利用XRD、H₂-TPR、N₂低温物理吸脱附、TG等表征手段对催化剂进行表征测试。结果表明: 通过共沉淀法获得了以类水滑石结构为前驱体的(Co/Fe)_xAl₂CO₃(OH)_y·zH₂O物相; 该前驱体经焙烧后获得的氧化物, 其主要物相为氧化铝担载的尖晶石结构, 包括CoAl₂O₄、Co₃O₄、Fe₃O₄、FeAl₂O₄等, BJH模型计算显示Co_xAl₃Fe_yO_m±δ催化剂形成了介孔结构, 其中Co_0.45Al₃Fe_0.4O_5.55±δ孔径分布集中在4 nm左右, H₂-TPR及XRD测试显示添加助剂Fe提升了催化剂还原度, 并在还原过程中形成了CoFe合金; 所获催化剂在乙酸自热重整反应中, 氢气产率达到 2.72 mol-H₂/mol-HAc, 并保持稳定。表征结果还显示, 该催化剂在反应中结构稳定, CoFe合金稳定存在, 并未出现积炭, 表明催化剂具有抗氧化、抗积碳的特点。     

鸟巢状CuCeZrOx三元复合氧化物的合成及其对碳烟颗粒的催化氧化性能研

采用尿素均相沉淀法合成了CuCeZrO_x(CCZ)三元复合氧化物催化剂。采用X射线衍射分析(XRD)、N₂-吸脱附测试、X射线光电子能谱(XPS)、扫描透射电镜(STEM)、程序升温还原(脱附、氧化)等技术, 考察煅烧温度对催化剂的物化性质和催化碳烟燃烧活性的影响。结果表明: 350℃煅烧产物CCZ-350表现出最优的催化活性: 在空速为12000 mL/(g_catalyst·h), O₂浓度为10vol%, NO浓度为500×10^-6, 催化剂和碳烟以10︰1质量比松散接触条件下, 碳烟颗粒最大燃烧速率温度T₅₀ = 407℃, 同时表现出极佳的抗水汽中毒和抗SO₂中毒性能, 这与活性组分的高度分散以及催化剂表面大量高活性吸附氧物种的存在有关。此外, 催化剂材料具有疏松多孔的鸟巢状结构, 有利于催化剂和碳烟颗粒的充分接触。该催化剂在柴油车尾气排放温度范围内(150~400℃)还能完全催化氧化柴油车尾气中CO、C₃H₆和C₃H₈等其他污染物, 显示出优异的催化净化柴油车尾气的综合性能。     

氧缺陷Bi2WO6-x可见光催化剂的制备和性能

采用乙二醇溶剂热法原位制备氧缺陷Bi₂WO_6-x催化剂, 利用XRD、SEM、N₂吸附-脱附、XPS、ESR、UV-Vis DRS、PL及电化学方法对样品的理化性能进行了表征, 考察了样品在可见光下(λ > 400 nm)对气相苯的光催化降解性能。结果表明: 乙二醇溶剂热法制备的催化剂具有较大比表面积, 形成了Bi-O_v和W-O_v氧缺陷中心; 缺陷的生成改变了催化剂的能带结构, 缩小其光响应带隙宽度, 并有效抑制了光生电子-空穴对的复合, 催化剂的活性增强。Bi₂WO_6-x降解苯的转化率和矿化率分别为52.5%和80.6%, 是Bi₂WO₆的1.72倍和1.84倍。     

共压共烧法制备La0.8Sr0.2(Ga0.8Mg0.2)0.1Fe0.9O3-δ致密扩散障碍层极限电流型氧传感器

采用固相合成法制备了La_0.8Sr_0.2(Ga_0.8Mg_0.2)_0.1Fe_0.9O_3-δ(LSGMF)混合导体和La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ(LSGM)固体电解质, 利用XRD、TGA、范德堡直流四探针法和热膨胀仪等对试样进行了分析。以LSGMF为致密扩散障碍层, 以LSGM为氧泵层, 采用共压共烧结法制备了极限电流型氧传感器, 利用SEM和EDS对LSGMF/LSGM陶瓷体横截面的微观形貌和成分进行了分析。结果表明: LSGMF具有菱方钙钛矿结构(R-3c空间群), 它在650℃失重速率最快, 其电导率随温度的升高而增大; 300~1000℃范围, LSGM与LSGMF的热膨胀系数分别为12.51×10^-6/℃和12.80×10^-6/℃。650~850℃范围, 氧传感器具有良好的极限电流平台, lgI_L(极限电流I_L)与1000/T呈线性关系, LSGMF中氧离子的扩散激活能为0.4008 eV。800℃、0.3mol%<x(O₂)<21.0mol%时, 极限电流I_L与氧含量x(O₂)间的关系为: I_L(mA)=10.285x(O₂)(mol%), R=0.9982。LSGMF和LSGM结合牢固, 未产生裂纹, EDS分析基本符合各化合物的化学计量比。     

石墨烯基介孔锰铈氧化物催化剂:制备和低温催化还原NO

锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能,已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应,但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题,限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO₂(G@SiO₂)纳米材料为模板,采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnO_x-CeO₂)催化剂,并考察了该催化剂在低温下(100～300℃)的SCR脱硝性能。结果表明,与石墨烯基铈氧化物(G@CeO₂)相比,G@MnO_x-CeO₂催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO₂质量比分别为0.35、0.90时, G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳, 220℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnO_x,提高了G@MnO_x-CeO₂催化剂的比表面积、孔容,降低了催化剂的结晶度;并且MnO_x<...     

Zn3-xMnxTeO6的晶体结构与吸收光谱和磁性研究

本工作主要研究Mn ²⁺离子掺杂的类刚玉系氧化物Zn₃TeO₆(0<x≤2.0)的晶体结构与光学性质和磁性的变化。Zn_3-xMn_xTeO₆粉末样品通过固相反应合成。Mn掺杂量的相图表明, x<1.0时保持单斜(C2/c)结构, 1.0≤x≤1.6为单斜(C2/c)和三方六面体混合相(R-3), x≥1.8时完全转变为R-3相, 且x=2.0时形成ZnMn₂TeO₆, Te-O和Mn/Zn-O键长增大, 八面体发生更大畸变。X射线粉末衍射结构精修也表明R-3相中Zn/MnO₆为畸变八面体。随着Mn ²⁺掺杂含量的增加, Zn_3-xMn_xTeO₆系列化合物不仅结构发生变化, 其颜色也由浅变深。紫外吸收光谱中随着掺杂浓度的增加, 400~550 nm处的吸收增强, 样品的光学带隙也由3.25 eV (x=0.1)逐渐减小到2.08 eV (x=2.0), 分析表明, 可见区吸收的增强是源于MnO₆八面体中Zn/MnO₆八面体中Mn ²⁺离子的d-d跃迁, 导致样品由浅黄色逐渐变为暗黄色。 磁性测试表明, 固溶体的反铁磁转变温度随着Mn ²⁺掺杂量的提高而逐渐增加, 且掺入的Mn ²⁺离子以高自旋态 存在。     

不同锰含量纳米MnO2-Fe2O3-CeO2/Al2O3的制备、表征及其催化还原NO/NO_2性能

减少发动机冷启动极低温度下排气中的NO_x对于生态环境与人类健康至关重要,MnO₂在低温区间对NO_x具有较高催化活性,是一种极具发展前景的纳米催化剂。通过超声波辅助共沉淀法制备不同锰含量MnO₂-Fe₂O₃-CeO₂/Al₂O₃纳米催化材料,探讨表面结构特性与其脱硝活性的内在联系。研究发现:锰含量为15%(质量分数)时具有最大比表面积与最小晶粒,活性物质分布最为均匀,金属氧化物结晶度得到抑制,Mn,Fe和Ce呈现较佳共存态,能够促进化学吸附氧的富集,并通过提高NO催化氧化成NO₂来提高快速SCR反应速率,NO₂转化率在50℃时即达到了88.5%。在改善催化材料构效关系、提高NO预氧化和快速SCR反应性能方面,优化锰含量是一种极其有效的方法。     

LaxSr2-xFe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ对称电池电解CO2研究

固态氧化物电解池(SOECs)因较高的能量转化效率在电化学还原CO₂, 实现“碳中和”社会方面备受关注。与非对称电池结构相比, 对称SOECs的空气极和燃料极是相同或相近的材料, 可以减少界面种类, 改善电极与电解质的热膨胀匹配性, 简化电池的制备工艺。本研究合成了钙钛矿氧化物La_xSr_2-xFe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ (L_xSFNM, x=0.1、0.2、0.3、0.4), 作为固体氧化物电解池的对称电极用于评估纯CO₂的电化学还原性能。掺入La³⁺可以有效提高反应催化活性, 其中L_0.3SFNM为电极的电解池表现出最高的电化学性能, 800 ℃下, 在空气中的极化电阻为0.07 Ω∙cm², 在50% CO-50% CO₂中的极化电阻为0.62 Ω∙cm²。单电池L_0.3SFNM@LSGM|LSGM|L_0.3SFNM@LSGM在800 ℃和1.5 V电压下的电解电流密度为1.17 A∙cm^-2, 在初始的50 h CO₂短期电解测试中表现出优异的稳定性, 是一种理想的对称电极材料。     

膜/块体结构氧化物复合磁电材料研究进展

由铁氧体(如: CoFe₂O₄, NiFe₂O₄)和铁电相(如: BaTiO₃, Pb(Zr_xTi_1-x)O₃)组成的复合材料是经典的复合磁电材料, 也是最早在室温下观察到大磁电耦合效应的复合材料。这类复合材料的制备通常是在高于1200℃的高温条件下将铁氧体相和铁电相两相共烧而成。然而, 在高温过程中不可避免的存在原子互扩散及两相界面反应, 甚至出现微裂纹。本文综合介绍了几种通过直接在一种铁性氧化物块体上生长另一种铁性陶瓷膜的方法, 从而实现铁电、铁磁两相之间的低温复合(一般不高于800℃), 避免了高温共烧过程中的固有问题, 并展示了此类膜/块体复合体系的磁电耦合性能常用的表征方法。     

Cu/Ti3SiC2体系润湿性及润湿过程的研究

采用座滴法研究了温度及Ti₃SiC₂的两个组成元素Si和Ti对Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的影响。结果表明, Cu与Ti₃SiC₂之间有良好的润湿性, 且润湿过程属于反应性润湿。随着温度的升高, Cu与Ti₃SiC₂间的反应区扩大, 反应层深度增加, 润湿角减小, 温度超过1250℃后反应明显加快, 至1270℃时润湿角降至15.1°。物相分析与微观结构研究表明, Cu/Ti₃SiC₂界面区域发生了化学反应, 反应产物主要为TiC_x和Cu_xSi_y, 同时发生元素的互扩散, 形成反应中间层, 改变体系的界面结构, 促进了Cu和Ti₃SiC₂基体的界面结合, 从而改善了体系的润湿性。在Cu中添加Si抑制了Ti₃SiC₂的分解, 而添加Ti阻碍了Cu向Ti₃SiC₂的渗入, 均不利于Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的改善。     

CeO2修饰Mn-Fe-O复合材料及其NH3-SCR脱硝催化性能

氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术需要进一步研发在相对较低温度(<300℃)下具有良好催化活性、高稳定性及环境友好的脱硝催化材料。本工作采用草酸共沉淀法制备Mn-Fe-O催化材料,并对其进行不同含量CeO2修饰,用于低温NH3-SCR脱硝催化反应。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原或脱附(H2-TPR、NH3-TPD)等手段对催化剂进行了表征。催化结果表明,在相同反应条件下适量CeO2修饰后的Mn-Fe-O样品比纯Mn-Fe-O表现出更优异的NH3-SCR脱硝催化性能,在80℃时NO转化率在95%以上,且具有较高的N2选择性。CeO2修饰提高了Mn-Fe-O氧化物表面的Fe^3+、Mn^3+和Mn4+含量及表面酸性位点数量,从而有助于NH3的吸附及催化反应的进行,并且Fe^2+/Fe^3+、Mn^2+/Mn^3+/Mn^4+以及Ce^3+/Ce^4+电子对之间的相互氧化还原反应提高了催化剂的氧化还原能力及稳定性。     

CaxSr1-xBi2Nb2O9无铅压电陶瓷制备及其高温稳定性研究

采用传统固相法制备了Ca_xSr_1-xBi₂Nb₂O₉ (x=0、0.10、0.25、0.40)无铅压电陶瓷, 研究了Ca²⁺掺杂量对其微观结构、电学性能及其高温稳定性的影响。掺入Ca²⁺并未改变SrBi₂Nb₂O₉陶瓷的晶体结构; 随着Ca²⁺掺杂量的增加, 陶瓷晶粒由片状向长条状转变; 陶瓷的矫顽场(E_c)下降, 剩余极化强度(P_r)先增大后减小; 陶瓷的居里温度由450℃升高到672℃。当x=0.10时, 陶瓷具有较好的综合性能: 2P_r=14.8 μC/cm², d₃₃=22 pC/N, T_c=488℃; 当退火温度达到400℃时, 压电常数d₃₃仍达到20 pC/N, 说明该材料具有较好的温度稳定性, 可以在400℃的高温环境中应用。     

Al-Mg-Sc-Ti合金中Al3(Scx,Ti1-x)粒子的析出行为

用激冷铸造法制备Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti合金,研究了在不同温度退火后其硬度随时间的变化,并用金相显微镜(OM)和透射电镜(TEM)研究了这种合金中Al₃(Sc_x,Ti_1-x)第二相粒子的存在形式和形成机制。结果表明：用急冷铸造法制备的Al-5.5Mg-0.25Sc-0.04Ti铸态合金中Sc和Ti原子主要以固溶的形式存在于α(Al)基体中,在电镜下很难观察到这些粒子。铸态合金在较低温度(低于250℃)下退火时其硬度提高得比较慢,退火较长时间才能出现硬度的峰值;而在比较高的温度(高于350℃)退火硬度提高得非常快,很快出现峰值。但是,硬度出现峰值后继续退火则大幅度降低;在300℃退火硬度的热稳定性比较高。硬度的变化,与次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出密切相关。在较低温度下次生Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子的析出不充分且粒径较小,对晶界、亚晶界和位错的钉扎作用较弱;而在过高的温度下Al₃(Sc_x,Ti_1-x)粒子发生粗化,使合金的性能降低。