Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co_(3)O_(4)种子层和Co_(3)O_(4)薄膜,再在Co_(3)O_(4)薄膜上水热生长Fe_(2)O_(3)纳米棒,获得了高质量的Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料。通过改变Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe_(2)O_(3)组分的含量。结果表明,Fe_(2)O_(3)纳米棒覆盖在呈网状结构的Co_(3)O_(4)薄膜上,随着Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度即Fe_(2)O_(3)组分含量的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10^(10)Jones)。

S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)的构筑及光催化还原CO_(2)性能

通过在WO_(3)纳米片表面负载ZnFe_(2)O_(4)纳米颗粒,构建了一系列S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3),并研究了其光催化CO_(2)还原性能。在没有助催化剂和牺牲剂的条件下,所制备的ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)复合材料可对CO_(2)与水蒸汽进行光催化反应。优化后的材料光照5 h后CO_(2)还原产物CO和CH_(4)的产量分别为7.87和4.88μmol·g^(-1)。相对于单相组分,CO和CH_(4)的产量明显提高。光催化活性的提高,归因于ZnFe_(2)O_(4)和WO_(3)异质结的形成以及光生载流子的S型电荷传输模式。

络合剂对固相法Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂的CO_(2)加氢制甲醇反应性能的影响

为了促进催化剂中Cu物种的分散,在金属硝酸盐中分别加入草酸、甲酸和柠檬酸,采用固态研磨合成Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂.结果表明:草酸的加入对Cu的分散效果最好,在280℃,2 MPa,3.6 L·gcat^(-1)·h^(-1),V(H2)∶V(CO_(2))=3∶1时,甲醇收率最高,达到2.1 mmol·gcat^(-1)·h^(-1).但甲酸在高温下会分解为CO_(2)和H_(2),导致制备的CuO/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂部分还原,随后此催化剂在H_(2)预处理后被过度还原,形成Cu_(3)In_(7)合金相,导致甲醇产率降低.

Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)与稀盐酸反应实验装置的新设计

针对教材中Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)与稀盐酸的反应装置的不足之处,利用一次性注射器、具支试管、小气球等对实验装置进行了改进。新设计的实验装置简约,易于安装,可操作性强,完善了实验方法,解决了原实验存在的一些问题,有助于提高教学质量。

80-3Cr油管钢在CO_(2)驱环境下的性能研究与应用

针对CO_(2)驱高CO_(2)分压、高H_(2)S分压、低温井筒环境造成N80、P110管柱失效的问题,开展了80-3Cr、N80、P110三种管材的耐CO_(2)腐蚀、抗H_(2)S应力腐蚀开裂、耐低温冷脆对比评价试验。结果表明,不同CO_(2)工况条件下,N80、P110、80-3Cr油管在添加缓蚀剂情况下的腐蚀速率分别为0.0549 mm/a、0.0645 mm/a、0.0333 mm/a;80-3Cr油管的腐蚀速率明显低于N80、P110油管;80-3Cr油管在不同H_(2)S环境下均未出现应力腐蚀开裂,具有较好的抗H_(2)S应力腐蚀性能;在-20℃的低温环境下,N80和P110油管冲击功分别只有80-3Cr油管的62.6%和23.2%;80-3Cr油管在CO_(2)驱油现场应用后,管柱失效率从2019年的20%下降到0,取得显著效果。

不同形貌Co_(3)O_(4)的控制合成及其催化氧化甲苯性能

采用溶剂热方法控制合成了一系列具有球状、蝴蝶结状和块状的Co_(3)O_(4)催化剂,并评价其催化氧化消除甲苯的性能。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)、H2程序升温还原(H2-temperature programmed reduction,H2-TPR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等方法表征了这些催化剂的结构和表面性质,探讨其形貌结构与活性的关系。研究结果表明,在质量体积空速为40000 mL·g^(-1)·h^(-1)的条件下,所制备的具有不同形貌的三种催化剂中,球状Co_(3)O_(4)催化剂活性最佳,可以在246℃时使甲苯达到90%的转化(T_(90)),而蝴蝶结状和块状催化剂催化甲苯转化的T_(90)分别为250和263℃。而且球状Co_(3)O_(4)催化剂在250℃时,甲苯转化率可以在12 h内保持稳定。表征结果表明,在三种同为尖晶石相的Co_(3)O_(4)催化剂中,球状样品表面的Co3+和晶格氧含量最高,且其氧化能力最强,这可能是该样品具有优异催化氧化甲苯活性的原因。

Na_(2)CO_(3)-K_(2)CO_(3)-NaVO_(3)熔盐结构的拉曼光谱和理论计算

NaVO_(3)在Na_(2)CO_(3)-K_(2)CO_(3)熔盐体系中可原位催化电还原CO_(2)制备高附加值碳材料,对Na_(2)CO_(3)-K_(2)CO_(3)-NaVO_(3)体系熔盐结构进行研究有助于明晰电极过程机理和优化反应条件.本文采用拉曼光谱学和量子化学计算(基于Gaussian和Molclus程序)相结合的方法探究了1073 K下Na_(2)CO_(3)-K_(2)CO_(3)-NaVO_(3)熔盐体系的离子结构.结果表明,在该熔盐体系中,除了存在CO_(3)^(2-)以外,还存在由CO_(3)^(2-)和VO_(3)^(-)发生反应生成的VO_(4)^(3-),而不存在VO_(3)^(-);VO_(4)^(3-)所属C1空间点群,其中V-O键的对称伸缩振动模对应的拉曼特征峰位于802 cm^(-1)处;随着体系中NaVO_(3)质量分数由5%增加至15%,熔盐中VO_(4)^(3-)的相对含量急剧增加,而CO_(3)^(2-)的相对含量相应地减少.

鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。

SO_(2)对K2CO_(3)吸附CO_(2)性能影响的实验及DFT机理研究

电站锅炉的尾气在脱硫后含有微量的SO_(2),导致CO_(2)吸附剂性能变差。根据电厂烟气的组分,采用模拟烟气在实验室条件下对K2CO_(3)吸附剂的CO_(2)吸附性能及SO_(2)对CO_(2)吸附的影响进行实验研究。结合XRD分析,利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)对SO_(2)在K2CO_(3)吸附剂上的影响及CO_(2)吸附机理进行理论研究。结果表明,受SO_(2)分子S原子活跃的s轨道影响,S的p轨道及O原子活性均增强,与K2CO_(3)表面O原子价带顶能带简并,SO_(2)被优先吸附在K2CO_(3)表面的O顶位,并将CO_(2)推离吸附剂表面,导致吸附剂活性位点虽有空余却无法吸附CO_(2)。在实验中表现为:模拟烟气中CO_(2)体积浓度为10%时,气氛中体积浓度为0.007%的SO_(2)会使吸附剂的吸附量由1.65 mmol/g降低至1.01 mmol/g。提出CO_(2)与H2O在K2CO_(3)(001)表面的吸附机理,理论计算的反应活化能为40.7 kJ/mol,反应热为-54.9 kJ/mol。

ZIF-8@ZIF-67衍生的Co_(3)O_(4)-GN-CNT网络用作高性能锂离子电池负极

Co_(3)O_(4)由于较高的理论容量近年来被视为锂离子电池新型负极材料的热门候选之一,然而其较差的电导率和循环性能制约了其进一步发展。以ZIF-8@ZIF-67为自模板,三聚氰胺和g-C_(3)N_(4)为碳源,通过碳化和氧化处理制备了碳纳米管和石墨烯作为导电桥梁和外壳的Co_(3)O_(4)/C三维导电网络。颗粒纳米化的策略和锌的高温挥发造孔使其在0.5、2 A/g的电流密度下循环200、800圈后仍具有1 139.7、1 002.1 mAh/g的比容量,从0.2 A/g逐渐增大充放电的电流密度至10 A/g又恢复到0.2 A/g后比容量仍有初始容量的94.9%。该网络结构和同类材料相比表现出较为优异的循环和倍率性能。

BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)复合材料对PMS体系降解的效能优化

目的研究添加剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对所得BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)(BT/Co)复合材料表面Co^(2+)相对含量及催化活性的影响。方法采用溶胶-凝胶法结合高温焙烧合成了铁电BT/Co复合材料,用于激活过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)氧化降解水相中的亚甲基蓝(Methylene Blue,MB);通过有机污染物MB的氧化降解实验,探讨了CTAB与EDTA-2Na对获得BT/Co复合材料催化活性的影响。结果CTAB与EDTA-2Na作为添加剂,对所得BT/Co复合材料的相组成与微观结构无明显影响,但催化剂表面Co^(2+)相对含量呈现出明显变化。结论当EDTA-2Na为添加剂时,所得BT/Co复合材料表面Co^(2+)相对含量提高,活化PMS生成了较多的活性氧化物种,加速了MB的降解,10 min内MB的降解率达到99%。

K_(2)CO_(3)/KOH协同醇解废弃涤纶纺织品及其制备再生DMT的研究

废弃涤纶纺织品囤积量逐年上升,而对废弃涤纶纺织品的综合利用回收率却较低。化学法回收中乙二醇醇解-甲醇酯交换法是一种回收废弃涤纶纺织品的方法,然而乙二醇醇解-甲醇酯交换工艺过程中存在对苯二甲酸双羟基乙酯(BHET)单体产率低、低聚物含量高的问题。文章采用K_(2)CO_(3)/KOH协同醇解废弃涤纶纺织品,并结合响应面法优化了醇解工艺参数,通过甲醇酯交换法制得再生对苯二甲酸二甲酯(DMT),研究了K_(2)CO_(3)/KOH协同醇解对乙二醇醇解-甲醇酯交换产物的影响。结果表明,随着KOH添加量的增加,醇解产物中BHET含量呈现先增加后下降的趋势。当KOH的添加量达到2%时,BHET含量达到最高70.2%。同时,优化后的醇解工艺参数为:反应温度210℃、反应时间120 min、K_(2)CO_(3)质量分数2.0%、KOH质量分数2.4%。此时BHET的收率为73.1%;醇解产物与甲醇酯交换得到再生DMT产率为80.1%,通过减压升华纯化后得到再生DMT含量高于99%以上。

Ag/LaNi_(x)Co_(1-x)O_(3)触点材料的制备及电接触性能研究

本文运用溶胶-凝胶燃烧法合成了双钙钛矿型LaNi_(x)Co_(1-x)O_(3)(LNCO)纳米材料,利用粉末冶金和热挤压技术制备了相应的Ag/LNCO触点材料及元件样品。重点考察了不同Ni、Co含量对Ag/LNCO触点材料微观结构、物相组成、物理性能、力学性能及电寿命服役能力的影响,对其电弧侵蚀失效行为进行了研究,并与SnO2粉体增强Ag基触点材料进行对比。结果表明:溶胶凝胶法合成的LNCO纳米颗粒粒径为20-30 nm,经粉末冶金工艺制备的Ag/LaNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3)触点材料电学性能和电寿命都优于Ag/SnO_(2)触点材料,其电阻率低至2.10μΩ∙cm,电寿命性能达到51287次。表明Ag/LaNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3)触点材料性能较佳,是一种可以取代Ag/CdO的新型触点材料。

高分散Ru/Si_(3)N_(4)催化剂的制备及其在CO_(2)加氢中的应用

氮化硅是一种良好的载体,具有较高的水热稳定性和机械稳定性,其表面的氨基基团能够较好地锚定金属,显著提高金属分散度。但是,商品氮化硅比表面积较低,对金属分散作用仍然有限。因此,以自制的高比表面积氮化硅(Si_(3)N_(4))为载体,通过浸渍法制备了不同Ru负载量(质量分数分别为0.5%、1.0%和2.0%)的催化剂(分别为0.5%Ru/Si_(3)N_(4)、1.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)),并以商品氮化硅(Si_(3)N_(4)-C)为载体制备了2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C催化剂作为对照组。表征了催化剂的理化性质,测试了其在300℃、0.1 MPa下的CO_(2)加氢反应活性。结果显示,与Si_(3)N_(4)-C相比,Si_(3)N_(4)的比表面积较高(502 m^(2)/g),Si_(3)N_(4)作为载体显著提高了金属分散度,降低了金属粒径,催化剂暴露出更多的活性位点。0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的金属粒径较小,展现出强的H_(2)吸附能力,H难以解吸,抑制了中间物种CO加氢生成CH_(4)。随着Ru负载量增加,金属粒径增大,催化剂的CH_(4)选择性更好。Ru/Si_(3)N_(4)系列催化剂中,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)的CH_(4)选择性较高(98.8%)。空速为10000 m L/(g·h)时,0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的CO选择性为88.2%。与2.0%Ru/Si_(3)N_(4)相比,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的金属粒径更大,活性位点较少,活性更低。2.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的CO_(2)转化率分别为53.1%和9.2%。Si_(3)N_(4)有效提高了金属分散度,提高了催化剂的CO_(2)加氢反应活性;通过调控Ru负载量控制催化剂金属粒径,可实现对产物CO或CH_(4)选择性的调控。

水污染治理K_(2)CO_(3)-尿素活化毛竹制备分级多孔炭及其对RhB的吸附作用

以毛竹粉为原料,低腐蚀性K_(2)CO_(3)和尿素作为活化剂,制备毛竹基活性炭(PAC),分别利用SEM和N_(2)物理吸附仪(Autosorb-iQ)表征活性炭的表面形态和微观孔结构特点,研究不同p H值、时间和PAC用量等因素对PAC吸附RhB性能的影响,并分析其吸附规律。结果表明,当毛竹粉、K_(2)CO_(3)和尿素的质量比为4∶2∶1,热解温度为600℃,活化时间为60 min时,PAC具有微-介孔共存、高比表面积(2 554.85 m^(2)/g)和总孔容大(0.98cm^(3)/g)的特点。PAC对Rh B表现出良好的吸附效果,45℃时最大静态平衡吸附量达到707.29mg/g,且准二级动力学模型对PAC吸附RhB具有更好的拟合性,即吸附过程以化学吸附为速度控制步骤;吸附等温线试验则表明,Langmuir和Freundlic这2种模型与吸附过程均有较高的拟合度,但Langmuir模型的R^(2)更接近1,属于以单层吸附为主同时存在非均匀多层吸附的行为;热力学结果分析表明,PAC对RhB吸附过程的△G°<0,△H°>0,△S°>0,说明吸附行为是自发进行,且以化学吸附为主。

氮掺杂碳纳米管负载Co_(3)O_(4)氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B12,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co_(3)O_(4)纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co_(3)O_(4)@N/CNT)。得益于均匀分散的Co_(3)O_(4)纳米颗粒以及氮掺杂,Co_(3)O_(4)@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V(vs RHE),超越了商业Pt/C(0.820 V(vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co_(3)O_(4)@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。

三种莫来石对耐火材料抗Na_(2)CO_(3)熔体侵蚀性能的影响

化工废液中K^(+)、Na^(+)等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因,有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命,而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了Na_(2)CO_(3)熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程,从润湿性的角度探讨不同耐火材料抗碱液渗透的差异。分别以高纯烧结莫来石、电熔莫来石和普通烧结莫来石三种莫来石和红柱石、黏土为原料,通过机压成型、高温烧成制备莫来石质耐火材料。以Na_(2)CO_(3)为碱蚀熔剂,利用静态坩埚法在900℃下进行碱蚀试验,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试方法,对碱蚀前后的坩埚试样进行物相组成及显微结构分析,研究碱熔剂对不同基体的润湿性。结果表明,所有莫来石质耐火材料试样均未发生破坏,表现出较优的抗侵蚀性。各组试样抗Na_(2)CO_(3)熔体渗透的能力不同,高纯烧结莫来石制备的试样具有最优的抗侵蚀和抗渗透能力,而电熔莫来石和普通烧结莫来石试样的抗渗透能力较差,这与Na_(2)CO_(3)熔体对它们的润湿难易程度有关。本试验从高温润湿性角度分析了不同耐火材料之间的抗碱蚀能力差异,为研究和生产具有优良抗侵蚀性能的铝硅系耐火材料提供了新的思路和理论依据。

V-Vo-Co_(3)O_(4)催化剂的制备及其析氧性能的研究

阳极的析氧反应(OER)是限制电解水制氢的主要因素,传统的OER电催化剂由于活性低、稳定性差等缺点无法实现大规模使用。过渡金属氧化物Co_(3)O_(4)是一种很有前景的OER催化剂,但较弱的导电性仍然制约着其电催化性能。通过对Co_(3)O_(4)进行改性以增强电催化活性及稳定性,分别在NaBH4和VCl_(3)水溶液中两步浸泡法合成了富氧空位、V掺杂的Co_(3)O_(4)催化剂。利用XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、SAED、拉曼光谱、XPS等手段对催化剂的相纯度、晶体结构、微观形貌、含有的官能团及化学键等性质进行测试和分析,并对催化剂进行电化学性能测试。结果表明:氧空位的引入使晶格间距有所增大,V成功掺杂到了Vo-Co_(3)O_(4)/NF(Vo指氧空位)结构中;氧空位和V掺杂协同提高了Co_(3)O_(4)/NF的OER性能。在1 mol/L KOH中,V-Vo-Co_(3)O_(4)/NF仅需253 mV/270 mV的过电位就能驱动50(mA·cm^(-2))/100(mA·cm^(-2))的电流密度,Tafel斜率为71.5 mV/dec,并具有100 h的稳定性。其性能的提升主要归因于V掺杂及氧空位的引入对Co_(3)O_(4)电子构型的调控,低结晶度的表面暴露了更多活性位点,以及亲水性的增强有利于OER过程中反应中间体的吸附和解吸。

硫酸铵强化石膏溶解矿化制备高纯CaCO_(3)

近年来,利用固废石膏矿化CO_(2)联产CaCO_(3)及硫酸铵工艺技术受到广泛关注,然而由于固废石膏成分复杂,分离纯化困难,成本与矿化产品品质难以兼顾导致其无法大规模工业化利用。为此,以硫酸钙及磷石膏为原料,提出以石膏矿化液相产物硫酸铵溶液强化硫酸钙溶解浸出,液固分离后再进行矿化的间接矿化工艺。试验研究了溶解强化过程中硫酸铵浓度及溶解浸出时间对硫酸钙溶解特性的影响,以及矿化过程中氨水浓度、温度、矿化反应时间等因素对矿化过程和矿化产物的影响。确定了优化的溶解与矿化工艺条件,基于此,进一步研究磷石膏的间接矿化过程,结果表明,与直接矿化相比,间接矿化可使CaCO_(3)产品纯度由82.2%提高至98.6%,且产品粒度D_(50)由22.00μm降至10.98μm。间接矿化工艺可有效强化石膏溶解浸出过程,避免引入外加介质,并制备高纯度轻质CaCO_(3),相关研究可为固废石膏矿化CO_(2)技术的经济应用提供基础支持。

金属有机框架衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料制备及其光催化性能

金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-67衍生Co_(3)O_(4)十二面体纳米块在室温下与SnO_(2)复合,制备出立方体Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合光催化剂.煅烧后形成的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)材料禁带宽度明显降低,荧光淬灭明显,说明Co_(3)O_(4)的加入拓展了SnO_(2)的光响应范围至可见光甚至红外光区域,同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离.以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标反应物,在可见光下考察了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)的光催化降解活性,发现Co_(3)O_(4)/SnO_(2)在60 min内可以降解89.6%的Rh B,分别是纯SnO_(2)和纯ZIF-67的4.5倍和3倍.同时,Co_(3)O_(4)/SnO_(2)表现出了良好的光反应能力和稳定性.基于以上实验结果并结合自由基淬灭实验,提出了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料光催化降解有机染料RhB的机理.