外交变磁场对碳纸原位负载MOFs衍生氮掺杂多孔碳OER性能的影响

采用溶剂热法在碳纸(carbon paper, CP)表面分别原位负载2种金属有机框架(metal organic frame, MOFs)前驱体(记为Zn-MOF-74和ZIF-8),经900℃高温热处理后前驱体衍生为氮掺杂多孔碳,得到氮掺杂多孔碳@CP电催化剂材料,分别记为CP-Zn-MOF-74-900-N2和CP-ZIF-8-900-N2。研究CP的组成、孔结构以及外磁场强度对电催化剂OER(oxygen evolution reaction,析氧反应)性能的影响。结果表明,原位负载的ZIF-8在CP的纤维表面形成致密的棱形十二面体颗粒层,热处理后在纤维表面形成均匀的纳米级氮掺杂碳材料。ZIF-8-900-N2的比表面积为1 559 m2/g,孔径为0.57 nm,孔容为1.59 cm3/g,具有最佳的磁性能和磁致发热性能。碳纸和氮掺杂多孔碳@CP材料中,CP-ZIF-8-900-N2具有最小的OER过电势和Tafel斜率,分别为334 mV(电流密度为10 mA/cm2,经过iR矫正)和187 mV/dec (decade,十进)。当存在外磁场时,随磁场强度增大,催化剂的OE...     

高温刻蚀硼掺杂金刚石电极材料的形貌与电化学性能

采用热丝化学气相沉积法在硅表面制备硼掺杂金刚石电极薄膜,在800℃热处理氧化刻蚀后,得到表面具有不规则孔隙结构的多孔硼掺杂金刚石薄膜电极,研究热处理刻蚀时间对电极表面形貌及材料内sp~3相碳与sp~2相碳的比例(sp~3/sp~2)的影响。结果表明,热处理的最佳时间为30min,热处理后电极的电化学活性面积是未经热处理电极的2.14倍。用硼掺杂金刚石电极对以活性蓝19作为目标有机物废水进行降解,经过热处理的电极对活性蓝19色度移除率是未经热处理电极的2.43倍,废水中的化学需氧量移除率是未经热处理电极的1.89倍,且达到相同化学需氧量移除率的能耗低于未处理电极的能耗。该刻蚀技术未造成硼掺杂金刚石电极表面污染,适用于大面积刻蚀以提高电极比表面积,在水处理领域具有广阔的应用前景。     

聚苯胺/碳复合材料的导电性

采用原位聚合法制得聚苯胺/碳复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、四探针测试仪和电化学工作站对试样进行表征测试。结果表明,掺杂不同碳材料对聚苯胺(PANI)复合材料的导电性影响较大、微观形貌变化明显,其中掺杂石墨烯制得的复合材料电导率是纯PANI电导率的2.5倍,掺杂r-GO/Fe_3O_4制得的复合材料的电导率最高且阻抗最小,电导率达6.49 s/cm。掺杂后制得的PANI复合材料中,PANI的衍射峰及特征吸收峰依然存在,碳材料的掺杂改性未破坏PANI的性质,且可增强复合材料的导电性。     

铈组轻稀土离子La~(3+)、Ce~(3+)、Pr~(3+)在卤化银感光乳剂中的掺杂效应

铈组轻稀土离子La~(3+)、Ce~(3+)、Pr~(3+)在碘溴化银照相乳剂中掺杂,将影响该乳剂的感光性能。La~(3+)的表面掺杂导致乳剂减感,其重要原因之一在于La~(3+)的加入使乳剂相对吸收光能量减低,对卤化银光解产生不利影响;Ce~(3+)的体相掺杂使乳剂增感,可归因于Ce~(3+)在碘溴化银中起到了深化电子陷阱的作用,从而有利于潜影形成与集中;Pr~(3+)则无论是体相掺杂或表面掺杂都具有提高乳剂感光度和反差的作用,但体相掺杂较表面掺杂还有降低灰雾的效果。     

K_2CO_3活化合成的甘蔗渣衍生多孔碳用于CO_2吸附

环境中化石燃料的大量使用导致CO_2浓度不断增加,这是全球变暖的主要原因。为了解决这一问题,开发一种高效廉价的吸附材料至关重要。以甘蔗渣为碳源,尿素为N源,通过碳化和K_2CO_3活化制备出N掺杂多孔碳。多孔碳的物理化学性质用N_2解吸等温线、傅里叶红外光谱、元素分析、扫描电子显微镜观察和X射线衍射等方法进行表征。结果表明:该材料具有高度发达的孔隙、较高的N含量和较高的石墨化程度。当尿素与甘蔗渣混合比是2、碳化温度是800℃、K_2CO_3浸渍比是3时,多孔碳的比表面积高达2 486.67 m~2·g~(-1),同时CO_2吸附量高达250.73 mg·g~(-1)。由此可见以廉价的甘蔗渣制备N掺杂的多孔碳用于吸附CO_2具有广阔的应用前景。     

La_(0.9)Rb_(0.1)Co_(1-x)Fe_xO_(3-δ)钙钛矿催化剂上NO_x辅助碳烟燃烧性能的研究

通过柠檬酸溶胶凝胶法制备了La_(0.9)Rb_(0.1)Co_(1-x)Fe_xO_(3-δ)(x=0.1～0.8)系列钙钛矿催化剂。通过X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、NO_x程序升温脱附(NO_x-TPD)及X射线光电子能谱(XPS)考察了Fe含量变化对催化剂结构、NO_x辅助碳烟燃烧反应活性、催化剂氧化还原活性、催化剂表面Fe和Co的化学状态以及NO_x储存能力的影响。结果表明:所制备的催化剂均保持钙钛矿结构,Co与Fe的共掺杂改变了B位金属的化学状态,催化剂表面存在Co~(2+)和更高价态的Fe物种。相比纯LaCoO_3和LaFeO_3,La_(0.9)Rb_(0.1)Co_(1-x)Fe_xO_(3-δ)(x=0.1～0.8)催化剂碳烟燃烧的特征温度T_(50)分别下降约30和70℃,碳烟燃烧的速度也随之加快。同时,在NO_x辅助碳烟燃烧过程中,NO氧化所生成的NO_2可与碳烟反应生成N_2,其中La_(0.9)Rb_(0.1)Co_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)催化剂具有最高的NO_x消除能力,在381℃时达到36.4%。     

烧结碳气氛对CVD涂层刀片基体脱β层厚度的影响

为了研究烧结气氛对硬质合金脱β层厚度的影响，本研究以WC、Co、Ti(C,N)、(Ti,W)C和(Ta,Nb)C粉末为原料，通过脱氮气氛烧结制备了WC-(Ti,W)C-Ti(C,N)-(Ta,Nb)C-Co梯度硬质合金，并分析了Ti(C,N)含量和烧结碳气氛对合金微观组织与性能的影响规律。结果表明，添加Ti(C,N)将促进立方相向合金内部扩散，钴往外的扩散驱动力增强，在合金表面形成岛状或层状覆钴现象。烧结气氛主要是通过合金表面的碳含量来影响液相和立方相的迁移来影响脱β层的形成，随烧结炉碳气氛升高，脱β层厚度减少，添加0.9%Ti(C,N)制备的梯度硬质合金在低、中、高3种碳浓度气氛中脱β层厚度分别为20.2μm、10.7μm、0μm，因此，碳浓度气氛是影响脱β层厚度的一个重要因素。     

焦炉煤气非预转化竖炉还原

焦炉煤气采用非预转化还原是其应用于竖炉工艺的最佳方案,技术上可行、经济上合理。建立了竖炉物料平衡和热平衡相结合的计算机程序。因CH_4在竖炉内转化耗热,要求采取大循环量和高温还原解决竖炉热平衡。气量较传统工艺增加50％,能耗降低9.6％。实验作出了金属铁催化下的甲烷转化及水煤气反应速度常数:对含CH_4气体在数:对含CH_4气体在金属化球团上的析碳率进行实验研究,得出了相应的动力学式:(CH_4)可实现对DRI碳量的定量控制和调节。实验发现:950℃以下,H_2O的控碳能力强于CO_2。     

Eu(TTFA)_3掺杂的SiO_2微球制备及光学特性研究

采用改进的碱催化法和种子法分别制备出Eu~(3+)掺杂球形二氧化硅胶体微球,实验表明改进的碱催化法制备出的产物表面有絮状物质较多,且形貌不理想;采用种子法制备的Eu~(3+)掺杂二氧化硅合成的最终产物表面光滑、粒径均匀、单分散性和球形度均较好的Eu~(3+)掺杂的二氧化硅胶体微球。采用种子法掺杂不同浓度的Eu~(3+),其在紫外光的激发下,表现出明显的Eu~(3+)特征红光发射,并分析Eu(TTFA)_3掺杂SiO_2微球的发射光谱特性。最后得出种子法制备Eu~(3+)掺杂二氧化硅胶体微球的较佳浓度是4.5%(摩尔分数)。     

氢燃料电池中钛双极板研究进展

钛及钛合金密度低、比强度高且在酸性环境中耐蚀性优异,在氢燃料电池双极板中具有较高的应用价值。回顾了近年来氢燃料电池用钛双极板的研究进展,详述了钛双极板表面改性技术的研究成果,包括掺杂合金元素、钛表面涂覆金属基涂层(贵金属、金属碳/氮化物等)和碳基涂层(石墨、无定型碳等)。涂层结构组织的复合化和纳米化,有利于提升钛双极板的耐蚀性、导电性和疏水性,其对于提升氢燃料电池的性能及保证其运行的稳定性和耐久性具有重要作用。     

掺杂不同质量分数Y_2O_3、MgO对Al_2O_3陶瓷显微结构及介电性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备了不同质量分数Y_2O_3单独掺杂及不同质量分数Y_2O_3、MgO共同掺杂的Al_2O_3陶瓷,研究了烧结助剂掺杂质量分数对Al_2O_3陶瓷显微结构及介电性能的影响。结果表明,孔隙率是影响Al_2O_3陶瓷介电性能的主要因素;单独掺杂质量分数为0.25% Y_2O_3时,Al_2O_3陶瓷得到最优的介电性能,介电常数(ε_r)为9.5±0.2,介质损耗(tanδ)稳定在10~(-3)数量级以内;同时掺杂Y_2O_3和MgO能进一步改善其介电性能,当两者质量分数均为0.25%时,得到最优值,介电常数(ε_r)为10.3±0.2,介质损耗(tanδ)稳定在8×10~(-4)以下。     

镁、锌和锶离子掺杂硅酸钙涂层成骨行为比较研究

等离子体喷涂硅酸钙(Ca-Si)涂层中掺入Mg~(2+)、Zn~(2+)和Sr~(2+)能够显著降低生理环境下涂层降解速率并可改善涂层的生物性能。然而,涂层生物性能的提高机理并不明确,尤其是掺入离子的贡献仍缺少直接的证据。本文通过减小涂层表面物理特征差异以及Ca和Si离子释放的干扰,考察Mg~(2+)、Zn~(2+)和Sr~(2+)掺杂对硅酸钙基涂层(Ca_2MgSi_2O_7,Ca_2ZnSi_2O_7和Sr-CaSiO_3)促成骨能力的影响。通过优化工艺参数,获得具有相似粗糙度、结晶度和表面形貌的涂层样品。涂层样品在浸泡过程中释放的Ca和Si离子浓度接近。结果表明,MC3T3-E1细胞在Mg掺杂的涂层表面粘附与增殖最显著。Zn掺杂涂层表面能够显著促进成骨分化早期标记物(COL-I和ALP)基因表达。Sr掺杂涂层表面能够显著促进成骨分化晚期标记物(OPN和OC)基因表达并能诱导矿化骨节大量形成。Mg~(2+)、Zn~(2+)和Sr~(2+)在成骨不同阶段的调控作用能够为骨修复涂层材料设计提供一定的理论基础。     

过渡金属功能化硼、氮掺杂碳纳米复合材料的电解水制氢研究进展

可持续地制氢是实现未来氢经济的必要前提。近年来，过渡金属功能化杂原子掺杂碳纳米复合材料，因为其在电催化领域的优点，引起了研究者的广泛关注。其中，与其它杂原子掺杂或未掺杂的碳纳米复合材料相比，硼(B)、氮(N)杂原子共掺杂纳米复合材料在电解水制氢催化中表现出极大的优势。本综述重点介绍了近年来过渡金属功能化的B,N杂原子掺杂碳纳米复合材料的设计、制备、及其电解水制氢催化性能提高的策略。本文考虑了这些特殊结构的纳米材料作为潜在电催化剂的广泛应用。最后，对B,N掺杂碳纳米复合材料电催化剂的发展进行了展望。     

Si-C相图的研究及碳对硅单晶质量的影响

本文用气相掺杂法得到低氧区熔硅晶体中熔点附近碳的固溶度为8·6×10~(17)cm~(-3)。并指出不同的碳含量对晶体结构缺陷产生的影响。当1423K≤T≤1573K时,碳的固溶度表达式为[C]=3.0×10~(26)exp(-66kcal/RT)cm~(-3)。求出了Si-C相图的硅侧。     

Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料组织结构和吸波性能的影响

研究了Co掺杂对还原氧化石墨烯(RGO)/Fe₃O₄复合材料结构、形貌和吸波性能的影响规律.采用一步水热法分别制备RGO/Fe₃O₄和Co掺杂的RGO/Fe₃O₄复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析Co掺杂对复合材料的微观形貌、相组成及表面元素价态的影响;利用矢量网络分析仪测定两种复合材料在2~18 GHz频率范围内的相对复介电常数和复磁导率,模拟计算了Co掺杂对RGO/Fe₃O₄复合吸波性能的影响规律.结果表明:部分Co参与了水热反应生成了CoCO₃、Co₃O₄和Co₂O₃,还有部分Co以单质形式存在,其通过正负电荷吸引机制,影响Fe3+在氧化石墨烯(GO)表面的配位,使得负载在还原氧化石墨烯(RGO)表面的Fe₃O₄纳米颗粒部分迁移至RGO片层间;Co掺杂改善了复合材料的导电能力和磁损耗能力,使复合材料的吸波能力显著增强.反射率模拟结果表明:掺杂后与掺杂前相比,当匹配厚度d=2.00 mm时,最大反射损耗提高3.44 dB,有效吸收频带拓宽2.88 GHz;当匹配厚度d=2.50 mm时,最大反射损耗提高8.45 dB,有效吸收频带拓宽2.73 GHz.Co掺杂对RGO/Fe₃O₄复合材料的结构和形貌有显著影响,并有效改善复合材料的吸波性能.      

Ba1-xKxPbO3系导电陶瓷的电性能研究

采用Ba(OH)2·8H2O, Pb(CH3COO)2·3H2O和KOH为原料, 柠檬酸和乙二胺四乙酸(EDTA)为复合螯合剂, 采用溶胶凝胶工艺制备了K掺杂BaPbO3(BPO)陶瓷, 讨论了不同的K受主掺杂浓度对BPO导电陶瓷的电导率和阻温特性的影响.实验结果表明: 采用Sol-Gel法获得了均一相、化学计量比的K掺杂BPO陶瓷;K-BPO陶瓷的室温电阻率随K掺杂量呈倒"S"形状变化, 当掺杂量为3%～5%(摩尔分数)时室温电阻率最低, 约为4.5×10-4 Ω·cm;另外, 与BaTiO3系PTC陶瓷不同, PBO陶瓷引入受主杂质K后, 不但可以降低材料的室温电阻率, 而且可以使材料呈现出一定的PTC效应.     

金属有机框架(MOFs)衍生物的制备及其在电催化方面的应用

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和有机配体组成的、由中等强度的配位键连接起来的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs具有比表面积大、孔隙度高、结构多样性及孔道表面可修饰等特点,因此, MOFs衍生材料在催化领域得到了广泛的研究和应用。近年来,在电化学催化领域,大量的由MOFs衍生得到的碳纳米材料或纳米颗粒与碳的复合物被运用于电催化时表现出优异的催化性能。为了制备出具有不同催化功能且高效的MOFs衍生物催化剂,需要重点关注MOFs材料本身的特性(结构、杂原子掺杂等)与热处理条件(活化气氛、温度、时间和加热梯度)等条件对催化剂电催化性能的影响。因此,主要从不同金属中心离子的角度介绍了以MOFs为前驱体制备多孔碳纳米材料、纳米颗粒/碳复合物的方法及其在还原反应(ORR),析氢反应(HER)两大电化学催化方面的应用,并对MOFs衍生物催化剂未来的发展趋势进行了展望。     

重铬酸钾滴定法测定碳包覆磷酸铁锂中全铁

实际磷酸铁锂样品颗粒表面常包覆一层碳, 碳的存在可能对酸溶解样品有一定的影响。通过试验确定试样经盐酸加热10 min溶解后, 过滤除碳, 在酸性条件下以TiCl₃为还原剂将少量的Fe³⁺还原, 然后加入15 mL硫磷混酸, 滴加3~4滴5 g/L二苯胺磺酸钠溶液后, 采用重铬酸钾滴定法测定碳包覆磷酸铁锂中全铁含量。实际磷酸铁锂样品通常掺杂的金属元素对测定没有干扰。采用实验方法对实际样品的全铁含量进行测定, 相对标准偏差(RSD)小于0.2%, 加标回收率为99.7%~100.3%, 适合于实际生产和科研中碳包覆磷酸铁锂中全铁含量的测定。     

氮掺杂碳包覆多孔硅微球的制备及电化学性能

以铝硅合金(AlSi)粉末为原料,采用脱合金法获得多孔硅(porous silicon, P-Si)微球。再采用原位化学聚合法在P-Si微球表面包覆聚吡咯(PPy),得到PPy包覆的P-Si微球(P-Si@PPy),最后将P-Si@PPy置于Ar气氛中在800℃下煅烧3 h得到氮掺杂碳包覆多孔硅(nitrogen-doped carbon-coated porous silicon, P-Si@NC)微球。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等手段对材料的形貌、结构及电化学性能进行表征。结果表明,多孔硅微球直径在1μm左右,氮掺杂碳层的厚度约为18 nm。将P-Si@NC复合材料应用于锂离子电池负极,在0.1 A/g电流密度下首次放电比容量高达2 609.2 m Ah/g,首次库伦效率达87.52%,充放电循环50次后放电比容量仍能达到1 574.8 m Ah/g,展示出优异的电化学性能。P-Si@NC微球的多孔结构为嵌/脱锂过程中硅的膨胀/收缩提供了缓冲空间,氮掺杂碳层既作为保护层维持颗粒的完整性,又加速了锂离子和电子转移。     

不同载体对镍基催化剂的XPS影响

La掺杂的BaTiO3粉体与未掺杂BaTiO3粉体颗粒大小相仿,前者更为分散。通过XPS试验发现,Ni(2p)的结合能在Ni/B中比在Ni/A中为小,说明Ni/B中的Ni具有更大的电子密度;同样,La、Ce掺杂的镍基BaTiO3催化剂表明稀土元素的掺入能使镍基BaTiO3催化剂表面的镍电子密度增大。Ni/A表面的Ni含量少得多,表面分布较散。BaTiO3和La掺杂BaTiO3的XPS能谱基本相同。