过渡金属轻元素化合物的高温高压制备

过渡金属轻元素化合物(TMLEs)由于具备高硬度,高熔点,优异电学、磁学、超导等性质受到广泛关注,是一类具有优异力学性质的功能性材料。优异力学性质与功能性的结合,使TMLEs成为极端环境下使用的特种材料。然而,高熔点导致TMLEs的制备往往需要高温高压(HPHT)极端实验条件。目前,已经有了大量HPHT制备TMLEs的报道,然而,多数都只关注产物的性质,对在HPHT下TMLEs的生长机制报道较少。因此,总结HPHT制备的TMLEs、分析TMLEs的晶体生长过程,对理解TMLEs的晶体生长机理、探究新型TMLEs的制备具有重要意义。结合本课题组研究经验及其他相关文献总结了HPHT方法制备的过渡金属硼化物(TMBs)、碳化物(TMCs)和氮化物(TMNs)的晶体生长情况,分别从起始原料、温压条件、晶体形貌等方面分析了TMLEs的生长机制。总结如下:通过原料配比和温度控制是制备TMBs单一相的关键;提出硼亚结构单元是使TMBs形成台阶式生长模式的本质因素;碳源和氮源的选择决定了TMCs和TMNs的生长机制。同时提出,缺少利用HPHT制备TMLEs毫米级单晶的报道,限制了TMLEs部分本征的性质探究;并且,新型高轻元素含量的TMLEs结构依然有待开发。随着人类对材料的要求越来越苛刻,以及TMLEs的不断发展,TMLEs将在未来特种材料领域具有不可替代的地位。

过渡金属轻元素化合物高硬度多功能材料的设计

过渡金属在元素周期表中占有特殊位置,它们有较多的价电子、较高的电子密度、丰富的价态,通过在其中引入硼、碳、氮等易形成强共价键的轻元素原子形成化合物,是寻找新型多功能材料的重要手段.随着第一性原理计算理论的发展、电子计算机计算能力的提升、对硬度微观机制的理解的深入以及特定条件下物质对应的结构的预测软件的成熟,使得设计过渡金属化合物高硬度/超硬度新型多功能材料成为可能,目前这方面已经有了大量的工作.本文介绍了以硬度为主要性能的新型过渡金属化合物的设计基础,以及过渡金属轻元素化合物的研究现状,并对存在的问题进行了简述,可为新型高硬度多功能过渡金属化合物的设计及合成提供参考.

过渡族金属轻元素化合物薄膜强韧化的研究进展

由于过渡族金属具有极高的电子密度和抗压缩能力,而轻元素的共价键网络能强力抵抗形变,综合它们所长形成的化合物多为硬质(维氏硬度>20 GPa)甚至超硬材料(维氏硬度>40 GPa)。基于此,过渡族金属轻元素化合物薄膜为切削刀具、钻具、耐磨涂层和发动机部件等关键技术领域提供了重要的材料基础。然而,高硬度通常伴随着高脆性(低韧性),使裂纹萌生后快速扩展,导致材料在服役中突然断裂,从而降低材料的可靠性和使用寿命。因此,解决硬度与韧性的矛盾并实现材料综合性能的提高(强韧化)虽然极具挑战,但是意义重大。综述了过渡族金属轻元素化合物薄膜强韧化的常用手段和机理,介绍了在强韧化的基础上薄膜展现出的其他优异性能。通过全面总结分析,提出了薄膜强韧化亟待解决的科学问题和重要的研究方向。

过渡金属催化卤代芳烃合成苯胺类化合物的研究进展

苯胺类化合物是一种重要的有机中间体和基本化工原料,广泛应用于医药、农药、染料和功能材料等研究领域。发展高效、绿色的合成苯胺类化合物一直是备受关注的研究热点之一。过去数十年,过渡金属催化卤代芳烃合成苯胺类化合物的研究由于具有底物适用广泛、官能团兼容性好及高的反应选择性等优点,引起了化学家的研究兴趣与关注。本文综述了过渡金属催化卤代芳烃合成苯胺类化合物的研究进展,主要内容包括:(1)钯催化卤代芳烃合成苯胺类化合物;(2)铜催化卤代芳烃合成苯胺类化合物;(3)镍催化卤代芳烃合成苯胺类化合物。

过渡金属硫族化合物基于激子的光致发光调控研究进展

简单介绍了二维(2D)层状过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenide,TMD)材料中的激子,具体介绍了TMD材料的优缺点以及目前研究所面临的现状和问题,其中合成高产率、高性能的单层TMD是TMD作为下一代电子材料进一步发展的关键挑战。详细综述了基于TMD中的激子对调控光致发光方法的最新进展,包括化学掺杂、衬底工程、抑制激子-激子湮灭(EEA)等方法,最后总结和展望了TMD材料目前研究现状存在的主要问题以及未来的需求与挑战。

Laves相稀土-过渡族金属间化合物Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)的磁学性质及相变研究

主要研究了Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)稀土-过渡族金属间化合物体系的磁学性质及相变性质。利用X射线衍射表征物相,利用磁学测量系统对材料的磁学性能及磁性相变的种类和温度进行测定,利用热机械分析仪(TMA)测试得到了材料的热膨胀曲线。结果表明:随着体系中Dy元素含量的增加,材料的晶格常数和居里温度均呈现降低趋势。Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)体系在测试温度范围内发生了一级的铁磁相变,这弥补了相关领域的研究空白。除此之外,Tb1-xDyxCo1.95体系在发生磁性相变时的能量变化补偿了正常热胀冷缩,导致Tb_(1-x)Dy_(x)Co_(1.95)体系在一定温度范围内存在较小的热膨胀效应。

基于应力调控的二维过渡金属硫族化合物光学性质分析

阐述应力对二维过渡金属硫族化合物光学性质的调控效应,分析晶格畸变对其的影响,以及应力引起的晶格畸变和相应的光学性质变化,为设计和制备特定光学性能的二维材料提供指导。

大电流密度过渡金属硫族化合物析氢催化剂界面工程展望

氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及催化剂-基底、催化剂-电解液、催化剂-气体三个界面.界面性质会影响电化学传质行为、电荷传输行为和催化剂的力学性质,从而影响大电流密度下制氢性能.因此,优化界面结构和性质是提升大电流密度下电解水催化剂性能并解决电解水技术工业应用挑战的关键.二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)具有电子结构可调、活性位点丰富、合成方法多样等优势,自1976年首次应用于光电催化水分解反应、加氢脱硫反应以来,已有大量工作报道了TMDCs催化剂应用于HER.本文以TMDCs催化剂为例研究界面工程对大电流密度下HER的提升作用及机制.探讨了电化学反应中上述三个界面上发生的物理化学过程,系统分析了大电流密度下质量传输、电荷传输速率受限和力学强度不足三方面挑战,并总结了适用于大电流密度的催化剂性能描述符.分别归纳了针对以上三个界面的界面工程策略及相应作用,简要概括为:(1)催化剂-基底界面结合力增强、界面电阻降低、界面电子结构调控等策略;(2)催化剂-电解液界面形貌调控、表面化学、电解液环境调控等策略;(3)催化剂-气体界面疏气性调控、外场作用等策略.从反应机理研究、膜电极界面设计及电解槽界面性质调控三个角度对电解水反应界面工程未来的发展与应用提出了建议及展望.在反应机理方面,大电流条件下的界面性质如界面电阻、传质行为等仍需更深入的认识.在膜电极中,催化剂、离子交换膜、离子型聚合物、气体扩散层所形成的多元界面,尤其是催化剂-膜界面、催化剂-气体扩散层界面的结构仍需进一步优化以提升膜电极的活性及稳定性.在电解槽界面性质调控方面,催化剂-基底界面结合力等参数与催化剂寿命间的关系,电解过程中界面处的温度场及流场分布,适配于实际生产系统的电流密度等仍需深入研究.综上,本文从基本物理化学过程、策略及作用、挑战与展望等多个方面介绍了界面工程.本文有助于研究人员理解非均相电化学反应过程中界面的重要作用,提出催化剂、膜电极、电解槽界面设计新策略,并开发新型表征方法以深入对界面性质的认识,推动高效电解水技术的开发及应用.

Li-O_(2)电池过渡金属硫族化合物催化剂最新研究进展

环境污染和能源枯竭等问题对开发新的储能和转换装置提出了更高的需求。具有超高能量密度的Li-O_(2)电池有望成为替代传统化石能源极具潜力的候选。但Li-O_(2)电池滞后的反应动力学带来的实际能量密度低、稳定性不佳及倍率性能差等问题制约了其应用,因此迫切需要开发高效电催化剂来提高其滞后的反应动力学。过渡金属硫族化合物由于其类石墨烯结构特点以及本身优异的催化活性吸引了研究人员的广泛研究。本文介绍了过渡金属硫族化合物材料在非水系Li-O_(2)电池催化剂方面的最新研究进展,包括过渡金属硫化物、硒化物、碲化物以及双过渡金属硫族化合物催化剂对Li-O_(2)电池催化性能提高的影响,阐述了对过渡金属硫族化合物材料进行结构设计构建、相调控以及表面改性的方法,建立了其微观结构与氧还原和氧析出催化活性的联系,最后对过渡金属硫族化合物材料在Li-O_(2)电池中的进一步应用进行了展望。

我团队找到二维双层扭角过渡金属硫族化合物材料制备新方法

2024年1月21日从西北工业大学获悉,该校柔性电子研究院教授、博士生导师,中国科学院黄维院士团队王学文教授课题组,提出通过重构成核策略制备双层扭角过渡金属硫族化合物(TB-TMDCs)材料的新方法,实现了其层间扭转角度从0°~120°的制备,相关成果发表在《自然·通讯》上。

基于二维过渡金属硫属化合物的气体传感器研究进展

电化学传感器通过检测电学参数的变化来识别气体,从而实现气体的实时在线监测。由于其便捷性以及可接入物联网的特性,电化学传感器正逐渐成为气体传感器领域的重要发展方向。近几年,随着二硫化钼、二硫化锡、硫化亚锡以及硒化锡等二维过渡金属硫属化合物的兴起,越来越多的报道证明了二维过渡金属硫属化合物具有制作电气体传感器敏感元件的潜力。二维过渡金属硫属化合物表面与气体分子的接触面大,且具有半导体特性。总结了近些年二维过渡金属硫属化合物的最新研究进展,介绍二维过渡金属硫属化合物与气体分子的反应机理及其优势和特点,最后对二维过渡金属硫属化合物在气体传感器中的应用进行了展望。

染料敏化太阳能电池用过渡金属化合物对电极的研究进展

由于成本低、制作工艺简单、光电转换效率高,染料敏化太阳能电池被认为是传统太阳能电池最有力的竞争者之一。染料敏化太阳能电池常用的对电极是Pt电极,Pt价格高,储量少,因此寻找一种价格便宜且催化性能较好的材料代替Pt制备对电极是目前的研究热点。过渡金属化合物品种多、制备过程简单、价格低且催化性能好,近年来受到人们的广泛关注,是代替Pt制备染料敏化太阳能电池对电极最好的材料之一。本文综述了染料敏化太阳能电池过渡金属化合物对电极的研究现状,对过渡金属化合物对电极的性能特点及今后研究的重点进行了分析。

过渡金属催化醇的氧化在氮杂环化合物合成中的应用进展

醇氧化后生成的羰基化合物可以与胺形成亚胺中间体,再发生后续的环化反应,因此醇的氧化反应已被广泛地用于氮杂环化合物的合成.根据长期以来的研究经验,从不同类型氮杂环化合物产物出发,对过渡金属催化醇的氧化反应在合成氮杂环化合物中的应用进行了分类和综述,其中着重介绍了过渡金属催化醇的需氧和脱氢氧化在合成氮杂环化合物中的应用进展.

过渡金属二硫族化合物在FET中的应用研究进展

过渡金属二硫族化合物(Transition-metal dichalcogenides,TMDs)作为一组二维材料具有丰富的物理特性,近几年因其半导特性在半导体器件上具有重要的应用前景而引其了学界的普遍关注。总结了TMDs材料的制备方法及其在场效应管(FET)上的应用研究进展,并对存在的问题以及潜在的研究方向做了展望。

过渡金属敏化稀土化合物近红外发光性能研究进展

稀土元素由于具有特殊的电子构型而使得稀土原子或离子的化合物(配合物)有很多独特的物理和化学性质,尤其是稀土化合物的发光性能,但由于跃迁选择定则,稀土化合物的发光性能比较弱,需要用过渡金属离子对稀土化合物进行敏化,以增强其发光性能。在这个过程中,过渡金属离子的最低激发态不直接参与发光的辐射跃迁,却可以改善稀土化合物的发光性能。围绕过渡金属敏化稀土化合物发光的研究方法、研究成果以及其发展前景进行了综述。

过渡金属羰基化合物脱有机硫研究进展

硫化物的排放不仅会对环境造成严重的危害还会影响人的身体健康.因此,对于硫化物的净化处理和脱除引起了人们的广泛关注.相关研究表明,过渡金属羰基化合物可以高效、绿色环保地脱除汽油、天然气、煤等化石燃料里面的有机硫,避免传统脱硫的二次污染.此外,其脱硫产物还是有机功能材料和金属有机材料的先驱体,具有极高的应用价值.本文总结了过渡金属羰基化合物脱硫的原理,综述了国内外过渡金属羰基化合物脱有机硫的反应机理和研究进展,并对目前存在的问题和潜在的研究方向进行了讨论和展望.

过渡金属填隙化合物的制备方法及其催化性能的研究进展

介绍了过渡金属填隙化合物独特的晶体结构及其性质。综述了国内外近年来过渡金属填隙化合物的制备方法及其催化性能的研究进展,重点介绍了程序升温还原法、络合物分解法、化学气相沉积法等制备过渡金属填隙化合物的方法,以及过渡金属填隙化合物在NH3合成与分解反应、肼分解反应、加氢脱硫、加氢脱氮等反应中的应用。在上述反应中过渡金属填隙化合物均表现出较好的催化性能。对该领域的发展前景也进行了展望。

过渡金属化合物对P(SBR/N330)硫化胶的增强作用

用过渡金属及稀土化合物对高耐磨炭黑(N330)进行表面改性,探讨提高高耐磨炭黑填充型粉末丁苯橡胶(SBR)硫化胶的力学性能.结果表明,用Co(OH)3/NH4OH及铈化合物对N330进行表面改性后,能显著提高其硫化胶的300％定伸应力.拉伸断面形貌的SEM分析表明,N330经Co(OH)3/NH4OH及铈化合物改性后,其在SBR基体中的分散良好,界面粘合牢固.

过渡金属类立方烷原子簇化合物电子结构和二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用基于第一原理的含时密度泛函理论(TDDFT)对一系列具有类立方烷簇芯结构的过渡金属簇合物二阶非线性光学性质进行了研究。结果证明, 由于簇芯结构的对称性的影响, 这一类簇分子的二阶非线性光学系数的数值要小于三核欠完整类立方烷体系。通过对电子结构的分析, 发现二阶非线性光学性质主要是由簇芯内电荷的迁移造成的。轨道分析显示, -S原子对于电荷的迁移起主要的传递作用。定域化轨道分析证明簇分子中存在的多中心键有利于簇芯内电荷的迁移。分子模拟的研究表明:虽然类立方烷结构簇分子的值比较小, 但是通过合理的配体设计, 获得具有较大值非线性光学晶体是可能的。

层状过渡金属硫代亚磷酸盐及其夹层化合物

层状过渡金属硫代亚磷酸盐(MPS3)及其夹层物由于所表现出的特殊的固体物理化学性质而受到关注。本文将主要介绍层状过渡金属硫代亚磷酸盐及其夹层物的合成、结构及固体物理性质等方面的研究状况及进展。