基于3D打印技术的甲烷水蒸气重整研究

天然气(主要成分为甲烷)重整是天然气高效清洁利用的重要途径,重整获得富含氢气的重整气,可供固体氧化物燃料电池进行高效发电。甲烷水蒸气重整需要反应器以及负载其上的重整催化剂,基于3D打印技术的多孔结构具有良好的耐高温、抗氧化和结构稳定性等特点,负载Ni基催化剂用于甲烷催化重整可有效提升反应器稳定性,但相关研究较少。采用浸渍法将Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂负载于3D打印制备的多孔结构和金属泡沫反应器,通过催化剂形貌、分布规律、相结构以及热稳定性的表征,研究了重整反应温度、浆料配比、反应器结构等因素对甲烷水蒸气重整效果的影响。结果显示,催化剂的最佳配比是PVA含量为3.5%(若无特殊说明,均为质量分数),Ni含量为19%,CeO₂和γ-Al₂O₃的含量分别为16%和2.5%。重整测试结果表明,负载催化剂前,重整反应温度低于700℃时,Inconel625和泡沫Ni多孔反应器重整得到的氢气浓度均低于13%(体积分数),而重整反应温度高于800℃时,Inco...     

CO_2甲烷化Ni基分子筛催化剂的研究进展

综述了镍基分子筛催化剂在CO_2甲烷化反应中的研究进展,系统总结了不同分子筛催化剂对CO_2甲烷化反应性能的影响,分析了不同分子筛载体结构与活性组分之间的相互作用及其对活性组分Ni的分散度、颗粒尺寸、抗烧结性之间的关系,阐释了不同孔结构分子筛催化剂的构效关系及其抗烧结和抗积碳的反应机理,展望了Ni基分子筛催化剂在甲烷化反应的应用前景。     

限域功能材料在甲烷重整催化剂中的应用

甲烷和二氧化碳重整所用的镍基催化剂在高温下易积炭烧结而失活，限域功能材料可将活性组分限定在材料孔道内部，提高活性组分镍的分散度，防止其烧结和积炭。综述了限域功能材料的类型，以及核壳结构材料、纳米管材料、层状结构材料和介孔材料等在甲烷重整反应中的研究现状，并对限域功能材料的发展进行展望。     

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。     

两电子氧还原电催化合成过氧化氢的研究进展

过氧化氢(H₂O₂)是一种环境友好的通用氧化剂，被广泛应用于化学合成、废水处理以及纸浆和纺织品漂白等领域。当前工业大量合成H₂O₂主要采用蒽醌法，该方法能耗高，工艺步骤多，三废排放大且产物储运过程中存在安全隐患。利用电催化剂将氧气在阴极侧进行两电子氧还原反应(2e^-ORR)可实现按需现场合成H₂O₂,是近年来广受关注的一种方法。电催化剂的活性、选择性和稳定性直接决定了2e^-ORR的反应效率。本文简要介绍了2e^-ORR机理及催化剂性能评价方法，主要综述了用于2e^-ORR合成H₂O₂的贵金属基和碳基催化剂在结构优化、组成掺杂、活性位点调控和表/界面设计等方面的重要研究进展，在此基础上就电催化合成H₂O₂存在的挑战和未来需要解决的关键问题进行了展望。     

光热协同催化甲烷二氧化碳重整反应研究进展

在光热协同催化条件下的甲烷二氧化碳重整(CRM)反应耦合了光效应和热效应，可在低温下反应生成合成气(CO和H₂),减少碳排放的同时将太阳能转化为化学能储存起来，是实现双碳目标的有效策略之一。催化剂是光热协同催化CRM反应的核心，同时调控热催化活性中心(活性金属)的结构性质和吸光材料(载体)的光学特性以及活性组分与吸光材料的协同作用，使光热协同催化剂的热催化性能及光催化性能同时得到提高，是研发高效光热协同催化剂的有效途径之一。介绍了光热协同催化CRM反应的机理及相关金属催化剂和半导体材料的研究进展，并展望了其未来发展趋势。     

镍铁水滑石/聚S,S-二氧-二苯并噻吩复合材料的合成及其光催化产氢性能

镍铁水滑石(LDH)(Ni₇Fe₁)易于合成、来源丰富、价格低廉,是目前催化体系中性能优良的催化剂之一,可望用于替代成本高昂的贵金属催化剂。采用原位聚合法将二维层状结构的Ni₇Fe₁与聚S,S-二氧-二苯并噻吩(PDBTSO)复合,制备了无机/有机复合材料Ni₇Fe₁/PDBTSO,并验证了其光催化性能。实验得到：复合材料15-Ni₇Fe₁/PDBTSO相较于添加3wt%Pt助催化剂PDBTSO的光催化产氢效率提高了22.6%,其产氢效率达到36.8 mmol·g^-1·h^-1且具有良好的循环稳定性,表明Ni₇Fe₁为替代光催化制氢反应中贵金属助催化剂理想的候选材料之一。结合XRD、FTIR、TEM和XPS等手段进一步讨论了复合材料光催化产氢的机制。Ni₇Fe₁/PDBTSO高效的光催...     

45钢表面Ni/WC复合熔覆层的形成机制

采用真空熔覆技术在45钢表面制备Ni +WC复合熔覆层并进行阶段性取样,研究镍基复合涂层的形成机制。结果表明：在45钢表面生成与基体冶金熔合、WC硬质颗粒分布均匀的Ni基复合熔覆层。整个熔覆层由4 mm厚的复合层、1 mm厚的过渡层、20 μm厚的扩散熔合区以及250 μm厚的扩散影响区组成。复合层区由WC和分解形成的富W复相碳化物包围在Ni颗粒周围组成;复合熔覆层的主要组成相有γ-Ni固溶体、Cr₇C₃、Ni_2.9Cr_0.7Fe_0.36、Cr₂₃C₆、Ni₃Fe、Ni₃Si、Ni₃B、W₂C以及C等;真空熔覆过程包括：镍基合金颗粒达到熔点(900℃)前升温阶段颗粒间微烧结颈的形成、升温达到熔点(1020℃)开始的镍基合金颗粒熔融以及保温阶段(1060℃)的熔合扩散与WC颗粒微区位置的调整。     

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<...     

金属镍铜负载钒氧化物的高效电解产氢性能

镍基电极材料是碱性电解水中最具工业应用前景的过渡金属催化剂,而其缓慢的析氢反应动力学及低活失活问题仍亟待解决。本研究以泡沫镍(NF)为基底,采用一步循环伏安法制备了主晶相为独立分相的多晶态金属镍铜合金、夹杂有少量非晶态V₂O₅相、具有三维多孔团簇结构的金属镍铜负载钒氧化物电催化剂(VO_x-NiCu/NF)。纳米颗粒、团簇交织形成的微米孔及泡沫镍的一级微孔共同构成了VO_x-NiCu/NF的三级多孔微纳结构,使其电催化活性面积增加了28倍,并在析氢反应中表现出优异的催化性能。在碱性介质中,获得-10 mA·cm^-2的析氢电流密度,VO_x-NiCu/NF需要的过电势(η₁₀)仅为35 mV,表现出类铂的催化活性,具有优异的长效稳定性及强劲的耐用性。电极表面形成的多孔团簇结构,显著增加了催化活性位点并为物质传递提供大量通道。镍铜合金及非晶态V₂O₅相,在一定程度协同改善了材料的固有析氢活性。理想的组...     

DBD转化CO2的研究现状及进展

为了更高效地进行CO₂的转化利用,许多学者开展了多种CO₂转化方法的研究。介电阻挡放电（dielectric barrier discharge,DBD）能在低温常压的环境下还原CO₂,是CO₂转化利用的重要方法之一。为了设计出更好的DBD反应器、更佳的反应条件和催化剂,总结了近年来DBD转化CO₂的相关研究。通过分析不同研究中过程参数、稀释性气体和催化剂等因素对CO₂转化量和能量效率的影响,发现催化剂能大幅度提高DBD转化CO₂的反应效率,并介绍了DBD中一些常用的催化剂。最后简要分析了此类研究的可能发展趋势。     

SPS界面反应增强机制调控的软磁复合材料磁性能和电阻率

设计软磁复合材料(SMCs)的绝缘层要兼顾软磁性能和电阻率。本研究以Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合体系为例, 研究界面MnO₂氧化剂对样品软磁性能和电阻率的影响, 揭示提高软磁性能和电阻率的SMCs界面放电等离子烧结(SPS)氧化还原机制。采用球磨法制备添加0、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt% MnO₂的核壳结构Fe@Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)复合粉末, 随后SPS烧结制备Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)块体SMCs样品, 通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征该样品的结构特征, 用精密电阻测试仪和振动样品磁强计测试该样品的电阻率和磁性能。研究发现, 添加0.5wt% MnO₂的Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)块体SMCs样品比未添加样品电阻率提高33.7%、饱和磁化强度提高6.9%。研究结果表明, SPS烧结增强SMCs界面快速氧化还原反应, MnO₂氧化剂的添加使界面铁氧体离子浓度变化, 降低了B位电子跃迁频率, 提高有效波尔磁子数及B-B磁超交换作用, 表现出同时提高SMCs的软磁性能和电阻率的多重效应。     

Genesis of Active Pt/CeO2 Catalyst for Dry Reforming of Methane by Reduction and Aggregation of Isolated Platinum Atoms into Clusters

Atomically dispersed metal catalysts offer the advantages of efficient metal utilization and high selectivities for reactions of technological importance. Such catalysts have been suggested to be strong candidates for dry reforming of methane (DRM), offering prospects of high selectivity for synthesis gas without coke formation, which requires ensembles of metal sites and is a challenge to overcome in DRM catalysis. However, investigations of the structures of isolated metal sites on metal oxide supports under DRM conditions are lacking, and the catalytically active sites remain undetermined. Data characterizing the DRM reaction-driven structural evolution of a cerium oxide-supported catalyst, initially incorporating atomically dispersed platinum, and the corresponding changes in catalyst performance are reported. X-ray absorption and infrared spectra show that the reduction and agglomeration of isolated cationic platinum atoms to form small platinum clusters/nanoparticles are necessary for DRM activity. Density functional theory calculations of the energy barriers for methane dissociation on atomically dispersed platinum and on platinum clusters support these observations. The results emphasize the need for in-operando experiments to assess the active sites in such catalysts. The inferences about the catalytically active species are suggested to pertain to a broad class of catalytic conversions involving the rate-limiting dissociation of light alkanes.     

锌电沉积阳极的研究进展

锌电沉积生产中,传统铅阳极因成本低、导电性好、易加工等优点而被广泛应用,但铅阳极在电解过程中的腐蚀也导致锌产物污染、电解液污染及阳极损耗等问题.提高阳极的电化学活性及耐蚀稳定性成为锌电沉积工艺的重要研究方向之一.近年来,学者们基于铅阳极的耐腐蚀机制,研发了多种电化学性能优异的耐腐蚀阳极,包括铅合金阳极、复合PbO2阳极...     

硅元素掺杂改性尖晶石型锰酸锂的研究进展

尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)具有理论比容量高、热稳定性高、价格低廉、循环性能良好等特点,深受研究者的亲睐,目前已有固相法、燃烧合成法和共沉淀等多种制备方法。为了进一步改善该材料的循环性能,研究者提出了元素掺杂的策略,元素掺杂改性是基于改变材料的晶体结构或材料中部分元素的平均价态来提高材料的电化学性能和结构的稳定性。Si⁴⁺掺杂可以取代材料中的部分Mn⁴⁺,从而使材料产生Jahn-Teller效应的离子数降低和尖晶石锰酸锂的八面体体积扩大,提高电化学性能。为此,综述了近几年来单一硅元素掺杂及硅与其他元素复合掺杂改性尖晶石型锰酸锂正极材料的研究进展。     

MoS2催化活化单过硫酸盐降解有机污染物研究现状

随着城镇化进程加快,大量含难降解有机污染物的工业废水和生活污水因不合理处置而进入水体,对水环境质量造成严重威胁。过渡金属离子催化活化单过硫酸盐(PMS)产生活性氧去除水中难降解有机物的催化体系的研究已有大量文献报道,但存在金属离子二次污染和催化剂难以回收等问题。MoS₂作为优异的二维半导体材料,在储能和催化领域颇具优势并实现产业化生产。在水处理领域,研究发现MoS₂作为非均相金属催化剂能够有效活化PMS去除水中难降解有机物。本文主要综述了MoS₂作为催化剂、金属离子助催化剂或复合型共催化剂活化PMS体系降解水中有机污染物的研究进展,归纳并比较上述催化体系对污染物的降解效能,对催化反应机制进行探讨分析,并针对目前存在的问题提出相关研究展望。      

自蔓延高温合成氮化硅多孔陶瓷的研究进展

多孔氮化硅陶瓷兼具有高气孔率和陶瓷的优异性能, 在吸声减震、过滤等领域具有非常广泛的应用。然而, 目前常规的制备方法如气压/常压烧结、反应烧结-重烧结以及碳热还原烧结存在烧结时间长、能耗高、设备要求高等不足, 导致多孔Si₃N₄陶瓷的制备成本居高不下。因此, 探索新的快速、低成本的制备方法具有重要意义。近年来, 采用自蔓延高温合成法直接制备多孔氮化硅陶瓷展现出巨大潜力, 其可以利用Si粉氮化的剧烈放热同时完成多孔氮化硅陶瓷的烧结。本文综述了自蔓延反应的引发以及所制备多孔氮化硅陶瓷的微观形貌、力学性能和可靠性。通过组分设计和工艺优化, 可以制备得到氮化完全、晶粒发育良好、力学性能与可靠性优异的多孔氮化硅陶瓷。此外还综述了自蔓延合成多孔Si₃N₄陶瓷晶界相性质与高温力学性能之间的关系, 最后展望了自蔓延高温合成多孔Si₃N₄陶瓷的发展方向。     

Synthesis and sintering of hydroxyapatite–zirconia composites

Hydroxyapatite (HA) has been synthesised in presence of 10–30 wt.% of m-ZrO₂ by solid state reaction between tricalcium phosphate (TCP) and Ca(OH)₂ at 1000 °C for 8 h. The m-ZrO₂ was partly converted into t-ZrO₂ by partial consumption of CaO which in turn resulted in a mixture of β-TCP and HA. On sintering these HA–β-TCP–ZrO₂ composite powders at 1100–1400 °C for 2 h, the HA is further decomposed into β-TCP and CaO. The CaO so produced reacts further with m-ZrO₂/t-ZrO₂ generating a mixture of t-ZrO₂ and CaZrO₃ in different proportions. These various phases formed interfere with the sinterability of the composites due to their differential shrinkages leading to a overall reduced density as compared to that of pure HA. The composites show a T-onset of decomposition at around 1150 °C and a 40% HA yield was obtained at the highest sintering temperature of 1400 °C. The products were subjected to XRD for phase analysis and the microstructural features were studied by SEM.     

非贵金属/碳氮复合材料电催化析氧反应的研究进展

析氧反应(OER)是一种复杂的四电子转移反应,其动力学缓慢、所需能量高,制约了电解水制氢等新型能源技术的发展.近年来,非贵金属复合材料因其优异的催化活性以及相比于贵金属基催化剂的成本优势而受到广泛关注.本文概述了这一研究领域的最新进展,首先简要介绍析氧反应的机理以及材料催化性能的评价方法,重点关注非贵金属/碳氮复合材料...     

共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜

中空纤维陶瓷膜具有装填密度高, 传质阻力低, 使用寿命长等优点, 被广泛用于膜分离领域。高度非对称结构的中空纤维膜有利于同时实现高通量与高截留率, 本研究采用共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜, 内外层纺丝液分别掺杂平均粒径为1 μm和300 nm的α-Al₂O₃粉体。系统考察了内层纺丝液TiO₂掺杂量、外层纺丝液Al₂O₃/聚醚砜(PESf)质量比和煅烧温度对膜的结构与性能的影响。结果表明, 在内层纺丝液TiO₂掺杂量为2wt%, 外层纺丝液Al₂O₃/PESf质量比为5.60, 烧结温度为1350 ℃的最优条件下, 中空纤维膜断裂负荷为24 N、平均孔径为0.15 μm、去油率为97.5%。