尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的研究进展

尖晶石结构过渡金属氧化物的纳米阵列相对其纳米线和纳米颗粒具有独特的优势,在能源存储、催化、磁性和光电等诸多领域具有重要的应用。概述了水/溶剂热法制备尖晶石结构过渡金属氧化物纳米阵列的过程中影响其结构形貌的多种因素(基底、反应温度、反应时间和原料等),探讨了纳米阵列的结构形貌与性能之间的关联性,简介了尖晶石结构过渡金属氧化物分级结构纳米阵列的相关研究,希望能为设计开发多功能或功能集成化的纳米阵列并拓宽其应用范围起到推动作用。

过渡金属氧化物对气溶胶灭火剂燃烧性能的影响研究

为有效降低热气溶胶灭火剂的燃烧温度,以KNO_(3)作为氧化剂,蔗糖和乌洛托品作为可燃剂,酚醛树脂作为粘合剂设计了气溶胶灭火剂的基本配方,并通过灭火试验和喷射试验研究了CuO、Fe_3O_4、Fe_2O_(3)、Co_2O_(3)、MnO_(2)等5种过渡金属氧化物添加剂对气溶胶灭火剂的灭火效率、残渣率、燃烧温度及稳定性的影响。结果表明:过渡金属氧化物的添加有助于缩短灭火剂燃烧时间和降低灭火剂燃烧温度;添加CuO的配方的燃烧温度降低最明显,从370.2℃降低至255.7℃,并且燃烧性能更加稳定,这是由于CuO的加入抑制了高温火焰的产生。

可充放锌空电池用过渡金属氧化物双功能催化剂研究进展

近年来,可充放锌-空气二次电池因其高理论比能密度、高安全性、环境友好、低成本等优点,引起了广泛的关注,被认为是未来电网和电动汽车供电的可行选择之一.锌空电池中,氧还原反应和析氧反应催化剂的活性和稳定性对电池的能量密度、功率密度和寿命有重要影响,因此,开发高效、稳定的氧还原/析氧反应双功能催化剂已经成为一个重要研究方向.本文介绍了不同种类过渡金属氧化物催化剂的活性来源及其在锌空电池能量密度、充/放电电压、循环寿命等方面的表现,总结了当下研究现状中提高催化性能的策略和方法.

钠离子电池过渡金属氧化物正极材料研究进展

近年来,钠离子电池(SIBs)由于资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为储能领域的研究热点。然而,钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率,成为制约储钠材料发展的主要因素,而发展高性能的嵌钠正极材料是提高钠离子电池比能量和推进其应用的关键。围绕近几年氧化物类嵌钠正极材料体系方面的研究工作,综述了SIBs中过渡金属氧化物正极材料近十年的研究进展,并探讨过渡金属氧化物正极材料的结构和提高电化学性能的关系,分析了提高正极材料可逆容量、电压、结构稳定性的可能途径,为SIBs电极材料的发展提供参考。

CuO及其他过渡金属氧化物纳米结构材料在锂离子电池中的研究进展

锂离子电池(LIBs)因其能量密度高、体积小、质量轻等优点在便携式储能设备中广受欢迎。然而,传统商用LIBs存在可逆容量低、循环性能差、成本高、安全性差等问题,需要进一步提高其功率密度、能量密度、寿命和安全性。过渡金属氧化物负极材料提供的可逆容量与传统石墨材料相比高2~3倍,且具有更高的嵌锂电位和更高的安全性。同时,纳米结构电极材料由于其高比容量、快速的电子/离子转移速率,以及具有可减轻体积膨胀的自由空间等优点,成为电池电极的理想材料。本文综述了氧化铜(CuO)纳米结构材料用于LIBs的研究进展,包括球状、线状、片状等纳米结构,还阐述了它们的优势;还介绍了其他过渡金属氧化物纳米结构材料在LIBs中的应用;最后,讨论了CuO及其他过渡金属氧化物纳米结构材料未来在LIBs中应用的机遇和挑战。

钠离子电池过渡金属氧化物正极材料研究进展

相对于锂资源的稀缺,钠资源在地球上储量丰富,因此,钠离子电池具有高性价比的特点,在储能和小动力领域应用,比锂离子电池更具有优势。目前,正极材料是影响钠离子电池产业化的一个关键环节,本文阐述了其中一类典型的正极材料即如过渡金属氧化物的研究进展,探索材料制备方法、结构稳定性与电化学性能之间的相互影响情况,为钠离子电池正极材料的研究及应用提供参考。

钠离子电池过渡金属氧化物改性研究进展

由于金属钠具有资源丰富、分布广泛、价格低等优势,因此钠离子电池被认为是锂电池极具发展潜力的替代品之一。虽然钠离子电池正极材料中的过渡金属氧化物的导电性和稳定性良好,但是金属氧化物存在容易发生相变、比容量较低及循环稳定性较差等缺点。文章归纳过渡金属氧化物现有的改性方法,如离子掺杂、表面包覆、微观结构设计等,综述过渡金属氧化物正极材料的改性方法,为钠离子电池过渡金属氧化物正极材料的改性研究提供理论和实验基础。

活性炭负载过渡金属氧化物低温同时脱硫脱硝性能研究

为提高活性炭低温脱硫脱硝性能,本文采用超声辅助等体积浸渍法制备V_(2)O_(5)/AC、CeO_(2)/AC、Fe-Ce/AC、Mn-Ce/AC,4种负载过渡金属氧化物的改性活性炭,并采用BET、XRD、FT-IR和NH_(3)-TPD等表征手段对各种活性炭材料的物化性质进行了探究,同时研究了改性活性炭在不同组分模拟烟气中的低温脱硫脱硝性能。试验结果表明:在无氨条件下,烟气中10%的H_(2)O对AC、V_(2)O_(5)/AC、CeO_(2)/AC、Fe-Ce/AC和Mn-Ce/AC的吸附效果具有促进作用,其中Mn-Ce/AC具有最大的NO和SO_(2)吸附容量,分别为5.4、10.2 mg/g;在氨存在的条件下同时脱硫脱硝,Fe-Ce/AC表现出最佳的NO催化性能(48.2%)和较大的SO_(2)吸附容量(13.2 mg/g)。

过渡金属氧化物对高氯酸钾基彩色发烟剂的催化作用研究

为研究过渡金属氧化物对高氯酸钾基彩色发烟剂的催化作用,分别以Fe_(2)O_(3)、Co_(2)O_(3)、CuO作为催化剂,与高氯酸钾和乳糖混合组成烟火药,并加入40%的次甲基蓝染料制备成蓝色发烟剂,采用TG-DTA、TG-FTIR、高速摄影仪和高速红外热像仪研究了烟火药的热分解、燃烧性能以及发烟剂的发烟效果。结果表明:燃烧反应主要是固态的高氯酸钾和液态的乳糖发生反应生成CO_(2),催化剂的添加加速了这一反应过程,3种金属氧化物的催化效果由好至差依次为Fe_(2)O_(3)、Co_(2)O_(3)、CuO;Fe_(2)O_(3)的添加使药剂的放热峰提前14℃,燃烧速率提升2倍以上;加入Fe_(2)O_(3)的发烟剂的发烟时间为11.55 s,其形成的烟雾较浓、发烟持续性较好、药剂反应较充分。

钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展

层状过渡金属氧化物是目前最具潜力的钠离子电池正极材料之一,因其理论容量较高且易于合成受到了广泛关注。旨在综述钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展。首先简要概述了层状过渡金属氧化物材料的结构特点及目前存在的不足,介绍了P2相和O3相层状过渡金属氧化物的钠离子配位构型及传输路径;此外,针对充放电过程中存在不可逆相变、空气敏感性高、电化学性能有待提高等问题,从组分调控、结构设计及表面包覆三类改性方法入手,总结了P2、O3相层状过渡金属氧化物近几年的改性研究成果;最后,对钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的产业化发展前景及潜在研究方向进行了展望。

过渡金属氧化物界面二维电子气及其超导电性研究

过渡金属氧化物异质界面形成的二维电子气(2DEG)因其丰富的物理性质而备受研究人员关注,其中最具代表性的是能带绝缘体LaAlO 3和SrTiO 3形成的界面.此界面高迁移率的2DEG展现出超导电性、铁磁性、超导和铁磁共存等性质,其他过渡金属氧化物界面系统也显示出高迁移率和类似的新奇量子现象.本文主要介绍过渡金属氧化物异质界面2DEG的超导电性及其研究进展,并着重展示近年来北京师范大学在本领域取得的研究成果.

过渡金属氧化物中新奇量子态与电荷-自旋互转换研究进展

为了满足信息技术时代下海量数据的高效存储及处理,具有低功耗、非易失性的自旋电子器件受到极大关注.能够高效产生自旋流的自旋源材料是新型自旋-轨道力矩器件的重要组成部分.近二十年来,在探索具有高效产生自旋流的材料体系,以及理解材料相关物理机制两方面都取得了较大的进展.最近,在过渡金属氧化物中涌现出许多与产生自旋流密切相关的新奇量子态,成为自旋源的新兴材料体系被广泛研究.研究结果表明,过渡金属氧化物具有对电子结构高度敏感、显著且灵活可调的电荷-自旋转换效率,具有巨大的应用潜力.本文主要综述了过渡金属氧化物中新奇的电子能带结构及其与电荷-自旋互转换的关联机制,并对未来的发展趋势进行了展望.

过渡金属氧化物插层化学及其电催化应用的新进展

插层化学是指客体插入到主体形成插层化合物的过程.近年来,插层化学作为一种有效的材料结构修饰方法,已广泛应用于电化学储能和转换领域.过渡金属氧化物由于其结构和成分的可调性,在插层性能和应用方面取得了很大进展,但仍存在插层机理及性质变化原因不明确等问题.本文首先对过渡金属氧化物的插层机理进行了综合评述,分析归纳了常见的插层制备方法,然后总结了插层过渡金属氧化物在电催化中研究的最新进展,最后对该领域未来面临的机遇和挑战进行了展望.

多孔过渡金属氧化物光催化降解VOCs

挥发性有机物(VOCs)是大气污染物的主要组分之一,具有毒性,易对环境和人体健康产生威胁,因此受到广泛关注。目前,催化氧化法是有效降解VOCs的方法之一。光催化具有价廉、无毒、节能和高效等优势,逐渐成为研究重点。过渡金属氧化物凭借抗中毒、热稳定性好、使用寿命长、对氧化反应的选择性高等优势,成为去除VOCs催化剂的绝佳候选者。多孔结构可以扩大催化材料的比表面积,增加活性位点,更好地促进VOCs的催化降解。本文综述VOCs的去除方法,分析催化剂的选择,展望技术发展方向,以期更好地利用多孔过渡金属氧化物作为光催化剂,有效去除VOCs,保护大气环境。

金属-有机骨架材料衍生的铜基过渡金属氧化物用于CO-SCR反应

本文以Cu-MOFs为模板,采用浸渍法负载不同的过渡金属(Co、Mn和Fe)后,通过热解制备了具有规则形貌、性能优异且稳定的含碳骨架的双金属氧化物催化剂。进行了CO+NO反应的活性测试,确定具有良好催化能力的是Co负载的Co-CuO_(x)/C。采用TG、XRD、SEM、TEM、EDX和H_(2)-TPR等技术,对制备的样品进行表征研究,考察了不同的负载金属对催化剂的微观结构的影响。

稀土及过渡金属氧化物改性纳米碳酸钙/天然橡胶复合材料的结构与性能

用镧、铈、钐、钬和镱稀土 (Ln)氧化物 (Ln2 O3 )及锌、钴和镍过渡金属 (TM)氧化物 (TMO)制备了稀土氢氧化物包覆纳米碳酸钙 [NCaCO3 -Ln(OH) 3 ]和过渡金属氢氧化物包覆纳米碳酸钙 [NCaCO3 -TM(OH) 2 ]。将二者分别加入 1 0 0份 (质量 ,下同 )天然胶乳 (NRL)中 ,保持体系的pH值约为 1 2 ,于 85℃下恒温搅拌 1h ,采用凝聚共沉法制备了稀土氧化物改性纳米碳酸钙 /天然橡胶复合材料 [NR/NCaCO3 -Ln(OH) 3 ]及过渡金属氧化物改性纳米碳酸钙 /天然橡胶复合材料 [NR/NCaCO3 -TM(OH) 2 ]。结果表明 ,所选用的Ln2 O3 与TMO对NCaCO3 均具有优良的改性作用 ,对硫化胶有显著的增强作用 ,其中以La2 O3 ,Sm2 O3 ,ZnO的改性效果为佳 ,且三者最佳用量依次为 0 5 0 ,1 0 0 ,2 5份。扫描电子显微镜分析表明 ,NCaCO3 -La(OH) 3 ,NCaCO3 -Sm(OH) 3 ,NCaCO3 -Zn(OH) 2 与NRL的界面结合牢固 ,并形成拉丝结构。动态力学分析表明 ,与未改性纳米碳酸钙填充天然橡胶 (NR/NCaCO3 )的硫化胶相比 ,NR/NCaCO3 -Sm(OH) 3 和NR/NCaCO3 -Zn(OH) 2 硫化胶的玻璃化转变温度稍有上升 ,内耗也略有增大。

层状嵌锂多元过渡金属氧化物的研究

综述了近几年来锂离子电池正极材料层状多元过渡金属氧化物的研究进展,重点讨论了具有协同作用的Ni、Co、Mn三元复合型层状正极材料LiCoxMnyNi1-x -yO2 (0 <x <0 . 5 ,0 <y <0 . 5 )及部分二元过渡金属氧化物正极材料锂镍锰氧化物和锂钴锰氧化物的制备方法,以及多元素过渡金属氧化物体系的电化学反应机理及其元素配比变化对材料综合电性能的影响。进一步分析了今后几年这类层状多元过渡金属正极材料研究的可能热点及该类材料走向规模化应用的关键因素。

过渡金属氧化物催化氧化NO实验研究

采用沉淀法制备出一系列过渡金属氧化物催化剂,在内径为10 mm的固定床反应器中考察其对低浓度NO的催化氧化活性,催化反应活性顺序为:Mn>Cr>Co>Cu>Fe>Zn,并考察了以锰为活性组分采用低温固相法、流变相法和浸渍法制备的催化剂催化氧化NO的活性。实验结果表明,采用流变相法和低温固相法制备的锰氧化物催化剂,在反应温度150℃,NO浓度为5×10-4,O2为3%,N2为平衡气,空速51 000 h-1条件下,NO转化率分别为65%和57%;采用浸渍法制备的Mn/TiO2-10%催化剂,在反应温度200℃,空速相同的条件下,NO转化率为47%。

过渡金属氧化物对阻燃剂聚磷酸铵热分解的影响机制

过渡金属氧化物(MO)可以显著影响聚磷酸铵(APP)的热分解过程,进而改善APP复配膨胀阻燃聚合物材料的阻燃效率。将ZnO、Fe2O3、TiO2掺入到APP中,采用热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射分析(XRD),考察了3种MO对APP热分解行为的影响,分析了相互作用过程中金属原子和磷原子化学结合状态的变化以及高温热分解产物的物相结构。TGA和XPS图谱分析结果表明,MO可降低APP的起始热分解温度,并催化APP释放NH3和H2O,而在热分解后期由于金属磷酸盐的形成可显著增加APP的高温残留量。3种MO催化APP热分解脱NH3和H2O的活性由大到小的顺序是:ZnO>Fe2O3>TiO2,而对APP凝聚相热分解P-O产物的交联能力从大到小的顺序为:Fe2O3>ZnO>TiO2。XRD结果显示,ZnO在高温下与APP反应生成了Zn(PO3)2晶体,而Fe2O3和TiO2与APP反应分别生成了Fe4(P2O7)3和TiP2O7晶体。

过渡金属氧化物对硅橡胶耐热性的影响

采用液相沉淀法制备一系列的过渡金属氧化物，将它们作为耐热添加剂，研究了对高温硫化硅橡胶耐热性能的影响。通过热空气老化及热失重分析，研究了不同的过渡金属氧化物的热稳定效果，分析了作用机制。