铜锌双金属催化剂在电化学还原CO_(2)领域的研究进展

电化学还原CO_(2)(CO_(2)ER)不仅能够实现CO_(2)的资源化利用,生产出高附加值化学品,同时也有助于推动绿色低碳发展,实现可持续发展。在CO_(2)ER领域,相较于单金属催化剂,双金属催化剂特别是Cu-Zn双金属催化剂,因其经济环保、活性位点丰富及电子结构可调等特性备受关注,这些优点使其在C—C偶联形成多碳(C2+)产物的过程中具有显著优势。综述了Cu-Zn双金属催化剂在CO_(2)ER领域的研究进展,归纳了界面协同效应、表面吸脱附和界面缺陷等因素影响CO_(2)ER过程中的电子转移或电子-质子耦合机制,进而揭示其催化生成不同还原产物的反应机理。此外,针对Cu-Zn双金属催化剂在CO_(2)ER生成特定产物过程中的性能进行分类讨论,重点探讨催化剂的制备方法以及电解池的类型对催化剂性能的影响。最后,就CO_(2)ER领域催化剂在活性、稳定性及产物选择性等方面所面临的挑战进行展望。

双金属MOFs碳化材料的结构对锂硫电池正极性能的影响

利用硝酸钴和铁氰化钾在水溶液中沉淀反应以及ZIF-8在水溶液中的部分分解,分别制备了2种组成相近但结构不同的双金属有机框架前驱体Co-Fe precursor和ZCF precursor。经过多巴胺包覆,对2种产品在氩气气氛下退火获得碳化产物。将碳化产物与纳米硫粉混合得到的碳/硫复合材料(E-CoFeCN@C/S、E-ZCF@C/S)分别作为正极,组装扣式锂硫电池并测试电化学性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析仪进行形貌和结构分析。在组成相似的情况下,核壳结构碳载体(E-CoFeCN@C)与发散式结构碳载体(E-ZCF@C)对锂硫电池性能的影响呈现出“此消彼长”的特点:E-ZCF@C/S在循环伏安测试中表现出更小的极化以及更强的电流响应,在电化学阻抗测试中表现出更低的电荷转移阻抗,表明该材料有利于促进正极电荷传递过程,即加快电极反应动力学。E-ZCF@C/S在0.2C倍率下放电初始比容量为1211.3mAh/g,在2C倍率下放电初始比容量为794mAh/g,均优于E-CoFeCN@C/S。而核壳结构的优势主要体现在容量衰减方面,E-CoFeCN@C/S在0.2C倍率下经过100次循环后平均衰减率为0.074%(E-ZCF@C/S为0.26%),在2C倍率下循环300次后平均衰减率为0.047%(E-ZCF@C/S为0.13%),说明核壳结构对活性物质的锚固作用明显而对电荷转移不利。

轴向载荷下双金属机械复合管界面紧密度研究

为研究应用于油气田集输和海洋工程等领域的双金属机械复合管界面的紧密度特性,建立了液压成型及轴向载荷下双金属机械复合管力学模型,对比了梯形加载、递增式加载与脉动加载液压成型工艺对复合管界面紧密度的影响,探究了轴向载荷下成型压力与结构参数对复合管界面紧密度的影响规律。结果表明,脉动加载液压成型工艺与梯形加载、递增式加载加工工艺相比,管间残余接触压力提升45%,可以更好地保证双金属复合管成型的稳定性;提高成型后的残余接触压力,有助于增强复合管抗载能力;外基管壁厚对复合管承载力的影响最大;内衬管单独承受拉伸载荷时界面分离现象最明显,增加内衬管壁厚能延缓界面分离。

弯曲载荷下双金属机械复合管内衬层屈曲失效机理

双金属机械复合管是油气田集输管线防腐控制的主要措施之一,而内衬层的失效是制约复合管工程应用的关键难题。为研究双金属机械复合管内衬层屈曲失效机理,建立弯曲载荷下复合管力学模型,研究成型压力、工作内压及复合管结构参数对内衬层失效模式的影响规律。结果表明:增加成型后的残余接触压力有助于提高内衬层的抗屈曲能力;较高的工作内压能够延缓内衬层屈曲时间,减小其褶皱幅值;成型前复合管层间初始间隙减小有利于提高内衬层抗屈曲能力;随着外基管壁厚、内衬管壁厚、复合管内径的增加,内衬管的抗屈曲能力增强。

层状锌铝双金属氧化物的制备及其吸附-光催化性能

采用前驱体煅烧法制备具有吸附-光催化双功能的层状锌铝双金属氧化物(LDOs)。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV⁃Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)等表征探究了双金属比例、煅烧温度对其吸附-光催化降解四环素(TC)性能的影响。结果表明,当Zn、Al物质的量之比为2∶1,煅烧温度为400℃时,可形成具有优异吸附-光催化活性的Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)。吸附实验表明,Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)对TC是化学吸附限制的非均相单分子层吸附,且高温利于吸附。利用自由基猝灭实验结合电子顺磁共振(EPR)测试证实光生空穴(h^(+))、羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O_(2)^(-))作为活性物种参与TC的协同降解。

双金属复合管海水海砂混凝土短柱的轴压性能与承载力分析

基于有限元程序ABAQUS,建立双金属复合管海水海砂混凝土(SSCFBT)短柱构件的精细化有限元模型,对轴压状态下模型的破坏形态、荷载-变形关系、内力分配和钢-混凝土界面接触作用进行研究,并开展参数分析。结果表明:双金属复合管与内填混凝土之间的共同工作性能良好,其荷载-变形曲线可分为3种类型,由双金属复合管对混凝土的约束效应系数决定。通过参数分析,得到了不同参数对SSCFBT短柱轴压承载力的影响规律,并验证了已有相关计算公式用于预测SSCFBT短柱轴压承载力的可行性。

L360QS+UNS N08825双金属复合管热丝TIG自动焊接工艺

双金属复合管作为一种油气输送管道材料,具有较强的耐蚀性能,特别适用于输送强腐蚀性介质。我国川渝地区的油气资源含有较高的硫化氢(H2S)和其他硫化物,管道内部形成了复杂的腐蚀环境,易导致管道内壁腐蚀、应力腐蚀开裂等多种失效形式。川渝地区油气管道常采用镍基合金、不锈钢等高性能的耐腐蚀材料,其中铁山坡项目中选用了L360QS+UNS N08825双金属复合管作为输送管道材质。针对825镍基复合管传统手工焊接方式效率不高,质量受人为因素影响大的问题,通过焊材匹配、自动焊接设备选型、焊接工艺参数优化等手段,开展焊接试验,研发了L360QS+UNS N08825双金属复合管热丝TIG自动焊接工艺,并在铁山坡项目中进行了实施应用,取得了显著的效果,一次焊接合格率可达99.2%,同时针对焊接缺陷返修和易出现的质量问题进行了分析,提出了相应的工艺措施。该工艺对于同类材质管道焊接具有重要的指导意义和参考价值。

低合金钢/不锈钢双金属复合结构件界面行为研究进展

低合金钢/不锈钢双金属复合结构件兼具优异的耐蚀性能和较低的生产成本,被应用于含CO2、H2S油田地面集输管道等领域,但由于低合金钢与不锈钢热物性能存在差异,在冶金结合过程中,双金属界面附近会存在较大的残余应力,在残余应力与腐蚀介质的双重作用下,双金属复合结构件界面附近容易发生应力腐蚀开裂。简要介绍了低合金钢/不锈钢双金属复合结构件的制造技术,对双金属连接界面附近不锈钢侧合金元素的扩散、应力腐蚀开裂的研究现状和关键技术进行了总结,分析了低合金钢/不锈钢双金属结构件过渡材料的选用原则,并提出了过渡材料或焊接材料的选用建议,为双金属复合结构件的研究和应用提供参考。

增材制造铜/钢双金属材料研究进展

铜/钢双金属材料具有力学强度高、物理化学性能优良等优势,在交通运输、电力能源和建筑工业等领域应用前景广阔。然而,传统熔铸工艺在制造铜/钢双金属材料时,容易在铜/钢界面处产生偏析现象,在一定程度上限制了铜/钢双金属材料的发展。与传统工艺相比,增材制造技术不仅能实现复杂加工零件的快速制造,而且在成形过程中较短的保温时间能缓和或消除异种金属材料界面产生的冶金缺陷,进而增强铜/钢双金属材料的力学性能。由于双金属材料是近年来的研究热点,有关增材制造铜/钢双金属材料的综述性文章较少,故综述了近年来激光、电子束及电弧增材制造技术制造铜/钢双金属材料的研究发展现状,分析了各技术的优缺点,并从制备方法、工艺参数及界面合金元素等角度,分析了影响材料界面组织性能变化的关键因素。发现在增材制造铜/钢双金属材料方面,目前激光增材制造技术主要应用于精度要求较高的小尺寸零部件,电子束增材制造技术适用于某些具有特殊性能的合金,如钛合金,而电弧增材制造技术适用于精度要求较低的大型复杂零部件。在铜/钢双金属材料增材制造过程中,界面处易形成显微组织分布不均匀、界面晶粒尺寸差异较大等现象,导致界面处产生应力集中,从而造成材料断裂失效。为解决上述难题,学者们已深入研究第二相形成机理,并采用优化界面处Cu-Fe比例和控制脆相金属间化合物等方式提高铜/钢双金属材料的性能。最后,对目前增材制造铜/钢双金属材料的研究发展现状进行了总结与展望,未来在冶金学和热力学方向上对铜/钢双金属材料仍需进行系统性理论研究,对双金属材料而言需要建立相关模拟数据库,以期为相关从业人员提供精细化指导建议。新型增材制造技术或复合增材制造技术的开发与应用都将成为未来增材制造铜/钢双金属材料研究的重点发展方向。

双金属有机骨架在肿瘤诊疗中的研究进展

双金属有机骨架(BMOFs)是以2种不同的金属离子作为节点与有机配体通过配位键连接起来的一类新型杂化材料。BMOFs具有比表面积大、负载量高、组成及孔径可调等优点,可以用作合成具有可控的尺寸、组成和结构的功能纳米材料的模板或前驱体。与单金属MOFs相比,BMOFs在生物医学领域具有更好的离子协同效应、催化选择性和结构稳定性。本综述总结了BMOFs用于肿瘤单一治疗和联合治疗以及在磁共振成像等方面应用的最新研究进展。最后讨论了BMOFs在肿瘤诊疗中存在的挑战和未来发展趋势。

铝钢双金属液固复合铸造研究现状

随着资源短缺、环境污染等问题日益凸显,节能减排成为全世界追逐的目标,汽车工业中用轻质铝合金代替传统的钢或铸铁的趋势越来越明显。铝钢双金属兼具铝合金和钢或铸铁的性能优势,是极具潜力的缸体、活塞等发动机零部件材料。双金属复合铸造因具有工艺简单、结构受限小等优点而被广泛关注。铝钢液固双金属复合铸造的主要挑战包括基体表面易氧化、Al对Fe润湿性差和界面处形成硬脆金属间化合物,导致双金属结合性能不理想。近年来,研究人员在提高铝钢液固复合铸造双金属界面结合强度方面开展了大量研究。本文对常用的铝钢液固复合铸造工艺及其质量影响因素进行了概括,并总结了近年来铝钢液固复合铸造双金属界面相组成和演变过程的研究现状,最后对铝钢液固复合铸造在提高界面结合强度方面的研究进展进行了综述。在此基础上,本文对铝钢双金属液固复合铸造未来研究和发展方向进行了总结和展望。

可用于近紫外LED芯片的铕-铱双金属配合物红光共聚荧光粉

本研究以Ir配合物FIrPic作为Eu离子的配体,合成了一种新的Eu-Ir双金属配合物Eu(FIrPic)_(2)(Phen)UA,并通过自由基聚合成功制备了红色发光荧光共聚物PM-Eu-Ir,适用于商用近紫外芯片型LED。在不影响Eu^(3+)离子的荧光发射特性的前提下,加入Ir-配合物可以有效地敏化Eu^(3+)离子,增强其对400 nm紫外光的吸收。在365 nm紫外光激发下,共聚物PM-Eu-Ir在612 nm处显示出最强的发射峰,其CIE坐标为(0.461,0.254),这与365 nm近紫外芯片非常吻合。红色共聚荧光粉PM-Eu-Ir的微观形貌为典型的多层空间网络结构,除了表现出明显的红光发射和634.54μs的荧光寿命外,还在25~250℃的宽温范围内具有优异的热稳定性。使用共聚物PM-Eu-Ir制作的LED发出的红光亮度为149800 cd/m^(2)。研究结果表明,所制备的共聚荧光粉可作为红光元件用于制造近紫外芯片白光LED。

金属磁记忆检测技术在双金属复合管道上的探索应用

采用双金属复合管被认为是解决高腐蚀性油气田地面集输管线腐蚀问题的一种相对安全的办法,但目前国内应用过程中存在管道失效及检测难等问题。金属磁记忆检测技术应用于检测埋地双金属复合管,并通过对磁异常危险等级较高位置进行开挖验证,配合测厚和磁饱和-脉冲涡流等无损检测技术,取得了良好的应用效果。检测结果明确了金属磁记忆检测技术在一定程度上可以满足埋地双金属复合管的应力集中程度检测需求,有一定的推广价值。

锂铝层状双金属氢氧化物的制备及其锂脱嵌过程

锂铝层状双金属氢氧化物(Li/Al-LDHs)是一种适用于高镁锂比卤水中提锂的吸附剂,但其存在吸附容量偏低、吸附机理与适用条件不够清晰等问题。本工作以铝粉、氢氧化锂为原料制备Li/Al-LDHs,考察了适用条件下溶液中阴阳离子对吸附过程的影响并进行了不同溶液组成下的提锂性能测试,结合红外光谱测试和X射线光电子能谱等表征明晰了锂脱嵌机理。结果表明,Li/Al-LDHs在卤水中的最大吸附容量为8.350mg/g,阳离子选择性顺序为Li^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。Li/Al-LDHs对Li^(+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,吸附过程主要是基于尺寸筛分效应进行的,Li^(+)进入吸附剂层间的空位后需要等量的阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等)进行电荷平衡,其吸锂容量随溶液体系总离子浓度的增加而变大,因此更适用于从高含盐量卤水中提锂。研究结果可为后续废旧金属铝制取Li/Al-LDHs用于盐湖卤水提锂提供技术参考。

Ni-Pt/MgAl_(2)O_(4)双金属催化剂构筑及其对不同构型烃类蒸汽重整制氢性能的影响

航空煤油成分复杂,由上百种不同构型的烃类组成,然而正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃这几类主要组分的构型和性质差异甚大,导致其蒸汽重整反应特性存在较大差异。本论文在前期研发Ni/MgAl_(2)O_(4)基础上,引入Pt构建Ni-Pt双金属催化剂,系统考察了该催化剂对不同构型组分重整反应性能的差异,并对不同构型组分在该催化剂上的重整反应路径进行了阐述。结果表明:液相还原法引人Pt能够使双金属催化剂具有合适的酸性和良好的金属Ni分散性,Ni-Pt两种金属协同效应,不仅能够提高单Ni催化剂活性,同时能够减少Ni烧结,优化催化剂稳定性;另外,不同构型组分在双金属催化剂上的重整性能具有显著差异,其中正癸烷重整的产气率以及H,选择性较为优异。不同构型烃类燃料的反应活性为:甲基环已烷>正癸烷>乙苯。由于甲基环已烷在反应过程中C-C键键能弱,易开环形成链状自由基与水发生重整反应,乙苯具有芳香烃结构且不易开环,重整反应所需能量较高。

甲烷和甲醇双燃料重整制氢Pt基双金属结构催化剂的优化

以蜂窝结构FeCrAl为基体,制备了Pt-Rh(Cu)/Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_(2)/Al_(2)O_(3)双金属结构催化剂,对催化剂形貌物性和制氢性能进行了分析,通过搭建实验装置对催化剂进行了制氢性能的评价。结果表明:所制备Pt-Rh/Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_(2)/Al_(2)O_(3)/FeCrAl表面形貌均一,无明显色差和堵孔,催化剂表面存在大量的表面孔隙,呈现出蛛网多孔形式,易于实现催化剂负载,使得催化剂具有较高的气体吸附和反应空间;Pt与Cu物质的量比为1∶15时在所制备的Pt系催化剂中新鲜态活性最高,对于甲醇和甲烷蒸汽重整反应具有75%以上的转化率,且氢气体积分数较高;与Pt-Cu相比,Pt-Rh催化剂稳定性高,活性组分团聚程度较低;所制备的双金属催化剂可同时适用于甲烷和甲醇双燃料,具有非常好的氢气选择性。

铁/银双金属改性椰壳活性炭对水中As(Ⅲ)的去除研究

采用热解法制备铁/银双金属改性椰壳活性炭(FeAg@AC),研究其对水体中As(Ⅲ)的吸附特性。表征结果证明,单质铁与单质银以纳米小球的形态成功负载于椰壳活性炭上,粒径在10~100 nm不等;在FeAg@AC除As(Ⅲ)过程中,Fe^(0)作为电子供体,Ag^(0)作为催化剂,最终砷以As(Ⅴ)的形式固定附着于FeAg@AC表面。吸附实验结果表明,当As(Ⅲ)初始质量浓度为11.03 mg/L、pH=7、反应时间为24 h时,FeAg@AC对As(Ⅲ)的去除率高达92.10%;PO_(4)^(3-)与CO_(3)^(2-)对As(Ⅲ)的去除具有抑制作用。准二级动力学和Freundlich模型更好拟合As(Ⅲ)的去除,化学吸附起主导作用。

层状双金属氢氧化物(LDH)去除磷酸盐的性能研究

我国水体特别是湖泊的富营养化与氮磷营养盐的超标排放有关.如果集中式污水处理厂的除磷效果不理想,将易引发尾水总磷超标,因此对污水处理厂二级处理过程的效能挖潜是当下污水处理厂提标改造的重点.层状双金属氢氧化物(LDH)是新型纳米吸附剂,可实现水体中磷元素的高效去除.研究中采用共沉淀法制备Mg/Al层状双金属氢氧化物(Mg/Al-LDH)及其煅烧产物(Mg/Al-LDO),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和Zeta电位等方法表征其组成和微观形貌,借助吸附动力学和吸附等温线探究Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附特点和作用机理.结果表明:①当磷酸盐的初始质量浓度为10 mg/L(以P计)时,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附在2 h内快速增加并完成90%的吸附率,且它们的拟二级动力学模型(R^(2)值均大于0.999)比拟一级动力学模型能更好地模拟磷酸盐吸附过程,因而可以认为Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的除磷过程主要通过化学吸附或化学键合来实现.②由于Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的等温吸附数据更符合Langmuir等温吸附模型(R^(2)值均大于0.994),说明溶液中的磷酸根应以单分子层方式吸附在Mg/Al-LDH或Mg/Al-LDO上,它们在298 K下的最大饱和吸附量分别为84.5和122.7 mg/g.③Mg/Al-LDO在pH为3.0~11.0范围内具有的界面正电性,以及吸附磷酸盐后部分恢复原有层状结构的能力,使得Mg/Al-LDO在宽pH范围内具有比Mg/Al-LDH更强的脱磷能力.研究显示,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO可实现含磷水样的高效快速去除,从而为今后市政污水处理技术的革新提供新思路.

AgNi双金属改性多面体钒酸铋的制备及光催化性能

采用简单的水热法制备了多面体钒酸铋(BVO)材料,又通过化学还原法首次在BVO上原位合成了一种小尺寸的AgNi双金属助催化剂并研究了其光催化性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)光谱、N2吸附-脱附等手段对制备的AgNi/BVO材料的理化性能进行了表征。结果表明,AgNi双金属广泛负载在这种特殊形貌的BVO多面体表面,大大增加了金属的附着位点,同时AgNi负载也提高了BVO的结晶性。银表面等离子体谐振效应与镍的共格界面效应增强了BVO催化剂对可见光的吸收,增强了光生电子的分离,提高了光催化活性。光催化降解MB (亚甲基蓝)实验表明,当Ag、Ni的质量比为3∶1时,AgNi/BVO的催化活性最高,在可见光照射下其反应速率常数是BVO的5.4倍,该光催化剂在4次循环后仍能保持良好的光催化活性。

AuCu双金属合金修饰共价有机框架用于高效光催化析氢

共价有机框架(COFs)是一种具有π-π共轭结构和分子结构可调的晶体多孔有机材料,在光催化领域具有广阔的应用前景。然而,未改性的COFs材料具有反应动力学缓慢的缺点,因此需要引入助催化剂以降低其表面催化反应的势垒,从而加速反应过程。此工作中,采用双金属合金作为助催化剂,以提高COFs的光催化析氢性能。通过调控AuCu合金的比例,发现Au_(1)Cu_(5)/COF-TpPa具有最高的光催化产氢速率(8.24 mmol·g^(-1)·h^(-1)),甚至高于Pt修饰的COF-TpPa的产氢速率(6.51 mmol·g^(-1)·h^(-1))。经过系统性的表征测试和理论计算分析,Au_(1)Cu_(5)/COF-TpPa表现出高的载流子分离效率和低的H^(*)生成能垒,从而具有高的光催化性能。本研究为利用双金属合金改性COF基光催化剂奠定了理论基础。