多孔钴铬钼合金的上压渗流铸造工艺研究

将多孔钴铬钼合金材料用于人工活性骨的骨架材料。利用快速成型技术制得拟替换的骨骼的原型,再利用自行筛 选的两种填料颗粒以及上压渗流铸造工艺来制备多孔钴铬钼合金,探讨其制备的工艺参数。试验表明,采用该方法可以获 得连通性好和较高孔隙率的多孔钴铬钼合金,为其在人工骨骨架方面的应用研究打下了良好的基础。

多孔钴铬钼合金的真空离心渗流铸造工艺研究

将多孔钴铬钼合金用作人工骨的骨架材料,利用快速成形方法制得试样和浇注系统,用氧化锆熔模铸造工艺来获得铸造型腔,采用自行筛选的两种填料颗粒和真空离心渗流铸造工艺来制备多孔钴铬钼合金,并探讨其制备的工艺参数。试验表明,在浇注温度为1450℃,颗粒预热温度为700℃和离心旋转速度为400r/min时。可以获得连通性好和较高孔隙率的多孔钴铬钼合金材料。

选区激光熔化成形多孔钴铬合金的单元结构对力学性能的影响

钴铬合金是常用的人造骨骼材料,其多孔结构直接影响力学性能。应用选区激光熔化工艺成形多孔钴铬合金,设计4种常见的单元结构模型,通过数值模拟和实验验证,研究单元结构参数对多孔骨架抗压强度、弹性模量和应力应变关系等力学性能的影响。实验结果表明,具有交叉单元结构的多孔合金力学性能最优,结构中的形状突变会导致力学性能大幅降低,孔径的增大会降低合金力学性能,减小速率成反比例函数型减小。实验中所设计的A750和C结构的钴铬合金多孔骨具有较好的力学性能,满足人造骨骼的压缩性能需求。

造孔剂法制备多孔钴基生物材料及性能

以NH4HCO3为造孔剂,采用粉末冶金烧结工艺制备出多孔钴基生物材料。并借助XRD、金相显微镜、扫描电镜和力学试验机对多孔钴的微观结构、形貌和性能进行了检测与分析。结果表明,多孔钴的孔隙特征受到NH4HCO3造孔剂粒度、形貌、含量和烧结温度的影响。在850℃烧结温度下,添加19%（质量分数）、270~380μm的NH4HCO3造孔剂,制备出的多孔钴性能最优,其相组成为单一的α-Co相,孔隙率为64.3%,密度3.18 g/cm3,孔径尺寸300~400μm,弹性模量为1.17 GPa,抗压强度60.9 MPa,与人体松质骨力学性能相匹配。

ZIF67衍生硫化钴/多孔碳复合催化剂的制备及其电催化性能

采用离子交换法与热处理相结合的方法,以ZIF67为前驱体,硫代乙酰胺为硫源,制备出硫化钴/多孔碳(CoS/C)复合催化材料,并探讨了硫化时间对复合催化剂的形貌、结构及其氧还原(ORR)性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、N2吸附-脱附测定仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和旋转圆盘电极(RDE)技术表征催化剂的物理特征和电催化性能。研究结果显示,在碱性条件下该复合催化剂具有与20%(w/w)的商业Pt/C催化剂相媲美的ORR活性,其半波电位仅比Pt/C催化剂低31 mV。随着硫化时间的增加,硫化钴颗粒逐渐增大,催化剂中碳材料的无序程度出现先减小后增大的趋势。在硫化时间为10 min时,复合催化剂在0.1 mol·L^-1 KOH中表现出良好的电催化活性,且在ORR过程中复合催化剂的平均转移电子数可达到3.72,接近于4,说明氧气在该催化剂表面发生的是四电子转移过程。

铁诱导生长在碳布上三维纳米多孔铁钴羟基氧化物作为高效电催化析氧反应电极（英文）

开发高效、廉价的电极材料应用于电催化氧析出反应(OER)在水分解技术中起着至关重要的作用.提高催化剂催化活性的策略主要有两种,一是通过调整催化剂形貌和结构来增加催化活性位点数量,二是通过掺入其它组分来增强催化活性位点的反应活性.本工作结合这两种策略,通过原位电氧化方法成功合成了生长在碳布上具有独特三维结构的纳米多孔铁钴羟基氧化物(3D-FeCoOOH/CC),合成的电极材料直接用作电催化析氧反应的工作电极.以生长在碳布上的“微型棋子”阵列(MCPAs/CC)作为前驱体,先后通过在(NH4)2Fe(SO4)2溶液中进行Fe掺杂工艺和在碱性介质中原位电化学氧化制备了3D-FeCoOOH/CC.微观表征表明,MCPAs/CC上的“微型棋子”阵列完全转化为一层薄形涂层包覆在碳布纤维上.电化学测试结果表明,合成的3D-FeCoOOH/CC在1.0 mol L^-1 KOH溶液中表现出优异的OER催化活性,在电流密度为10 mA cm^-2时所需的过电势仅为259 mV,塔菲尔斜率为34.9 mV dec^-1,并且具有优异的稳定性.详细的表征表明,电化学表面积的增加、电导率的增高、FeCo双金属组成和独特的3D多孔结构共同使得3D-FeCoOOH/CC的催化OER活性增强.此外,本实验所应用的合成策略可以扩展到制备一系列其他过渡元素掺杂的Co基电极材料.利用选区电子衍射、红外光谱和XPS等技术证明了双金属羟基氧化物的合成.从扫描电子显微镜图和透射电子显微镜图可以看出,本实验所合成的3D-FeCoOOH/CC具有多孔结构,相应的元素分布图表明Fe和Co元素在催化剂中均匀分布.N2吸脱附测试进一步证明了多孔结构的生成.XPS测试结果表明,前驱体中Co元素为+2价,3D-CoOOH/CC中的Co元素为+3价,Co 2p电子结合能分别为780.5和795.7 eV,当将Fe引入其中时,3D-FeCoOOH/CC中的Co元素也为+3价,但Co 2p电子结合能变为780.9和796.1 eV.相比于3D-CoOOH/CC,3D-FeCoOOH/CC中Co元素的电子结合能增加了0.4 eV,这表明Fe的引入调节了Co原子的电子结构,并且Fe原子和Co原子之间存在强烈的相互作用.3D-FeCoOOH/CC在~785 eV处增强的Co的伴随峰表明Co原子的简并轨道被破坏引起Co 3d电子群重排,而Co 3d电子群的重排导致Co原子电子密度增加,有利于催化活性的增强.此外Fe元素的加入可以调节OH在催化剂上的吸附,从而增强催化活性.3D-FeCoOOH/CC表现出优异的电催化析氧性能,可以归因于以下几方面:首先,Fe元素掺入提高电极材料的电化学活性面积(ECSA)、电导率和质量传递;其次,Co与掺杂Fe之间的强烈相互作用调节了电子密度和OH在催化剂表面吸附;第三,3D-FeCoOOH/CC独特的3D多孔结构具有较大的表面积,有利于催化活性位点的暴露、电解质与催化剂的接触和产生氧气的释放;第四,独特的3D多孔电极材料具有良好的结构稳定性,从而使3D-FeCoOOH/CC具有更好的稳定性.得益于上述优势,本实验所合成的3D-FeCoOOH/CC电极表现出优异的电催化析氧性能.

多孔Co(OH)_2的制备及其超电容特性

利用十二烷基磺酸钠作为软模板、尿素作为水解剂合成了具有高比表面积（283 m＆2/g）纳米微孔结构的电化学电容器材料Co（OH）2.XRD测试表明,Co（OH）2具有层状结构.SEM分析表明,Co（OH）2具有20～30 nm的微孔的疏松结构.循环伏安、恒流充放电、交流阻抗和循环寿命测试均表明该材料具有良好的电容性能.单电极比电容可达到320 F/g.

新型多孔导电陶瓷负载银阴极在锌空气电池中的应用

锌空气电池具有能量密度高、成本低及环保等优势,其空气电极的优劣对电池的输出性能起到决定性的作用。本研究采用一种新型的多孔钙钛矿氧化物La_(0.7)Sr(0.3)CoO_(3-δ)(LSC)作为陶瓷基底,负载银纳米颗粒作为催化剂,研究其作为锌空电池空气电极的性能。通过调整制备过程中造孔剂(淀粉)的含量,优选出性能最佳的Ag-LSC空气电极(阴极),与锌阳极组装成锌空气电池,进行电化学性能测试。结果表明,当LSC基底的孔隙率为~32%且银含量30 mg/cm^2时,制备的多孔陶瓷负载银阴极组装的锌空气电池功率密度最高(141 mW/cm^2)。在Ag-LSC空气电极表面涂一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水材料后,锌空气电池的使用寿命得到显著延长。

Co_(40)Al_(60)合金的去合金化

研究了Co40A l60合金在24%NaOH溶液中的去合金化行为.在24%NaOH溶液中,80℃加搅拌腐蚀2 h条件下成功获得多孔钴结构.X射线衍射分析结果表明,腐蚀后的样品由钴(密排六方结构和面心立方结构)和少量的氧化钴组成,EDS结果显示腐蚀后样品中的钴的含量达到98.99%.并且通过场发射扫描电镜在腐蚀后的样品中观察到了多孔钴结构,利用氮气吸附法测得腐蚀后多孔钴的比表面积为42.65 m2/g,通过其吸脱附曲线可以得知实验获得的多孔钴为中孔结构,平均孔径为9 nm.

自牺牲模板法制备多孔MnCo_2O_(4.5)及其对高氯酸铵热分解的催化性能

采用自牺牲模板法制得了多孔MnCo_2O_(4.5)。即以硫酸钴和硫酸锰为原料,草酸为沉淀剂,通过水热技术预先合成出板块状草酸盐前驱体,继而将前驱体进行焙烧以脱除CO_2和H_2O,从而原位得到良好保持板块状形貌的多孔MnCo_2O_(4.5)。利用X射线衍射(XRD)、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和N_2吸附-脱附等手段对样品的物相、热分解行为、形貌及孔结构进行了表征。借助差示扫描量热(DSC)技术评价了多孔MnCo_2O_(4.5)对AP的热分解催化性能。结果表明,多孔MnCo_2O_(4.5)对AP热分解过程具有良好的催化活性,添加2%(质量分数)的MnCo_2O_(4.5)可使AP的高温分解峰值温度降低128℃,表观分解热提高557 J/g。

脱合金制备纳米多孔Co及其超级电容器和对偶氮染料的降解性能

在0.5%(质量分数,下同)NH4F和1 mol/L (NH4)2SO4混合溶液中进行电化学脱合金Zr56Al16Co28非晶合金,制备出纳米多孔Co。这种纳米多孔Co具有良好的超级电容器性能,其比电容在2 A/g的电流密度下能达318 F/g;同时,纳米多孔Co在方波电位下对直接蓝6和酸性橙II等偶氮染料具有优异的降解能力,降解效率均高于96%,其单位质量纳米多孔Co电极材料的降解能力是等质量Zr56Al16Co28非晶合金的3.5倍。

新型非贵金属碳材料的开发及其氧还原性能研究

高效碳基非贵金属氧还原催化剂的开发是燃料电池突破高成本壁垒,实现商业化应用的关键。本文以金属有机框架为前驱体,采用简易的硫化-烧结处理工艺设计获得了一种新型钴/氮掺杂的多孔碳材料。通过对制备工艺进行优化,提高了材料的氧还原催化活性,分析获得了材料的微观结构与氧还原性能之间的相互影响规律,为非贵金属催化剂的开发提供了参考依据。实验结果表明:前躯体包含Zn时,经过900℃高温热解,衍生的催化剂展示了与商用铂碳催化剂媲美的氧还原反应活性、优异的稳定性和良好的抗甲醇能力,其起始电位为1.009 V,半波电位为0.864V,极限电流密度为5.310 mA.cm^(-2)。