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。

Pb系简单钙钛矿氧化物PbMO_(3)(M=3d过渡族金属)的高温高压制备及物性研究

系统总结了近十几年利用高压技术制备简单钙钛矿功能氧化物材料PbMO_(3)(M=3d过渡族金属)及其物性研究方面的进展,重点关注M元素变化过程中的晶体结构、电子结构、磁性和电输运性质的演化,以及高压调控下的结构相变、电荷转移和绝缘体金属化等行为,同时也对该领域中一些亟需解决的问题做了展望。

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。

金属氧化物/炭复合材料抑制锂硫电池穿梭效应的研究进展

锂硫电池因理论能量密度高、生产成本低和环境友好等优点被认为是最有前途的下一代电化学储能装置之一。然而,硫和硫化锂的低导电性、严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学等问题阻碍了锂硫电池的大规模商业化应用。炭材料因高比表面积,良好导电性与结构多样性而备受关注,然而非极性炭材料难以与极性多硫化物紧密结合,导致活性材料大量损失和严重的穿梭效应。金属氧化物具有极性强和丰富吸附位点的优点,将过渡金属氧化物与炭材料结合,有助于增强对多硫化物的化学吸附和电化学反应活性。本文首先介绍了锂硫电池的基本原理和存在的主要问题,然后讨论了近年来过渡金属氧化物/炭复合材料在合成方法和结构设计(1D,2D,3D)方面的研究进展。此外,详细介绍了异质结构设计、空位工程和晶面调控策略的代表性工作并讨论了其机理。最后,对过渡金属氧化物/炭复合材料用于锂硫电池中的发展进行了总结和展望。

CuCo_(2)O_(4)/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了CuCo_(2)O_(4)/NiFe层状双金属氢氧化物(LDH)(CuCo_(2)O_(4)/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo_(2)O_(4)和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo_(2)O_(4)处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心CuCo_(2)O_(4)免受强碱腐蚀。因此,在1.0 mol·L^(-1)KOH溶液中,将CuCo_(2)O_(4)/NiFe-LDH@NF用作OER催化剂时,仅需191mV的低过电位即可实现10 mA·cm^(-2)的电流密度和31 mV·dec^(-1)的低Tafel斜率。此外,CuCo_(2)O_(4)/NiFe-LDH@NF在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。

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。

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.

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.

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。

钙钛矿氧化物专题·前言

钙钛矿氧化物具有ABO_(3)化学式,是地球上含量最多的矿物之一。1839年,德国化学家古斯塔夫·罗斯在俄罗斯乌拉尔山发现了第一种钙钛矿氧化物材料:钛酸钙(CaTiO_(3))。为纪念俄罗斯矿物学家Lev Perovski,钙钛矿的英文名字被命为Perovskite。钙钛矿的A、B位具有极为丰富的离子组合方式(A位容纳较大的阳离子;B位容纳较小的阳离子,如磁性过渡金属离子),元素周期表中约90%的金属元素可以占据这两个位置之一。

有序多孔过渡金属氧化物及其负载贵金属催化剂对挥发性有机物氧化的催化性能（英文）

大部分的挥发性有机物(VOCs)污染环境,危害人身健康.目前,我国虽然已开展了治理VOCs污染的工作,但还缺乏有效的、拥有自主知识产权的VOCs治理技术,因此研发新型高效VOCs处理技术迫在眉睫.催化氧化法是公认的最有效消除VOCs的途径之一,而高性能催化剂的研发是实现该过程的关键.近年来,人们围绕消除VOCs的高效且价廉的催化剂的研发开展了卓有成效的工作,许多过渡金属氧化物、混合或复合金属氧化物及其负载贵金属催化剂均被认为是有效的催化氧化材料.与体相材料相比,多孔材料具有发达的孔道结构和高的比表面积,一方面有利于反应物的扩散、吸附和脱附,因而具有更高的催化活性和选择性;另一方面有利于活性组分(如贵金属等)在多孔材料表面的高分散,抑制活性组分的烧结,因而具有更好的催化稳定性.本文简述了近年来多孔金属氧化物在环境污染物消除领域的研究进展,阐述了以有序介孔或大孔过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物和负载贵金属催化剂的制备及其对典型VOCs(如苯系物、醇类、醛类及酮类等)氧化的催化性能,重点介绍了四类催化材料,包括有序介孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Co_3O_4,MnO_2,Fe_2O_3,Cr_2O_3和LaFeO_3等)催化剂,有序介孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co_3O_4,Au/MnO_2和Pd/Co_3O_4等)催化剂,三维有序大孔过渡金属氧化物或复合氧化物(Fe_2O_3,LaMnO_3,La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3和La_2CuO_4等)催化剂,以及三维有序大孔金属氧化物负载贵金属(Au/Co_3O_4,Au/LaCoO_3,Au/La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3和AuPd/Co_3O_4等)催化剂的制备及其物化性质与对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、甲醛、甲烷或氯甲烷等VOCs氧化的催化性能之间的相关性.借助二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯微球等硬模板,采用纳米浇铸法可制备出二维或三维的有序单一或多级孔道结构的金属氧化物.研究表明,多孔金属氧化物的催化性能远优于其体相甚至纳米催化剂的.有序多孔材料的优异催化性能与其拥有大的比表面积、高的吸附氧物种浓度、优良的低温还原性、独特的孔道结构、活性组分的高分散以及贵金属与氧化物载体之间的强相互作用等有关.探明影响催化剂活性的因素有利于从原子水平上认识催化过程,为新型高效催化剂的设计与制备奠定基础.本文还指出了此类研究中存在的一些问题,例如利用硬模板法制备多孔材料的缺点是目标催化剂的收率低,硬模板浪费严重,大规模制备多孔催化剂势必增加制备成本,这些问题有待于妥善解决.与此同时,还展望了VOCs消除技术的未来发展趋势,采用多种技术联用的方法有望最大程度地提高VOCs的消除效率.

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%。

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。

过渡金属/稀土金属氧化物纳米粒子催化AP热分解研究

为研究过渡金属氧化物与稀土金属氧化物纳米粒子对高氯酸铵热分解的催化作用,分别制备了过渡金属氧化物纳米粒子(Fe2O3,CuO和Co2O3)和稀土金属氧化物纳米粒子(CeO2,Nd2O3和Y2O3),并进行相互组合。采用多种手段分析表征,发现不同的纳米金属氧化物及其组合物有不同的催化活性,以纳米Co2O3和Y2O3对AP热分解的催化效果最好。其催化机理认为是纳米催化剂与AP的离解产物形成不同形式络合物实现的。