固体氧化物燃料电池Cu/Ni-LSCM阳极中n(Cu)/n(Ni)对碳沉积影响数值模拟研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)使用碳氢化合物为燃料时,多孔阳极易出现严重的积碳的现象,导致阳极催化活性降低,电池功率密度下降以及电池寿命急剧衰减。铬酸镧基钙钛矿材料在高温氧化和还原气氛下具有较好的稳定性、电催化活性和抗积碳性能。建立LSCM以及Cu/Ni-LSCM中CH_(4)与CO_(2)干重整动力学模型,模型耦合了动量传递、质量传递、化学反应动力学、域微分方程以及气体在多孔介质中的传质模型,并利用该模型研究了Cu/Ni-LSCM阳极材料的抗积碳性能、催化活性以及孔隙率随时间的变化情况。得出结论:Cu的引入可以明显降低碳沉积速率,在一定基础上增加燃料转化率。其中CH_(4)热分解是形成积碳的主要原因。与此同时,模拟结果显示阳极燃料入口处为碳沉积最为严重的区域。

Cu/Ce负载对赤泥脱除中低温烟气中NO的促进作用

本研究对酸洗赤泥催化剂进行Cu、Ce、Cu/Ce浸渍负载,并研究了金属改性赤泥对烟气中NOx的催化转化性能。研究结果表明,Cu负载催化剂中的Cu+与Cu^(2+),有效促进了赤泥对低温烟气(200–300℃)中的NO转化率,Cu的负载量达到6%时,赤泥的最高NO转化率达到了90.7%;而Ce负载催化剂中的Ce^(3+)与Ce^(4+),有效促进了赤泥对中温烟气(200–400℃)中的NO转化率,Ce的负载量达到8%时,赤泥的最高NO转化率达到了94.0%;Cu/Ce负载催化剂表现出比单金属负载催化剂更好的低温NO转化率,最佳的负载Cu:Ce比例为1∶1,双金属负载催化剂表现出比Cu负载催化剂更好的中温(300–400℃)中的NO转化率,最高达到了95.5%。其原因是,在Cu/Ce协同作用下,Cu+以及Cu^(2+)的还原过程分别从229、302℃降至201以及247℃,同时使发生Fe2O3→FeO的还原过程的温度降低,促使ACRM-Cu1Ce1具有更强的低温氧化还原能力,同时,双金属负载使催化剂具有更高的弱酸性峰,也使催化剂的强、弱酸性峰都向低温偏移,并使负载后的赤泥具有了较高的Fe离子平均氧化态以及较高的Cu+含量,促进了赤泥催化剂对低温NO的转化率。

Cu、Sn、Ag同位素在古金属制品溯源研究中的应用

近年来,随着同位素分析方法的不断突破和新一代多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试技术的广泛应用,Cu、Sn、Ag等非传统同位素在古代金属制品溯源研究中显示出较好的应用前景。本文综述了近20年来Cu、Sn、Ag同位素在古代金属制品应用研究的相关进展,并展望了其应用前景:①由于不同矿床之间Cu、Sn、Ag同位素存较大重叠,这些同位素均难以作为独立的证据追溯金属制品的地质来源;②Cu同位素在原生矿石与表生矿石之间存在较大的分馏,是示踪铜矿石类型的可靠方法,Ag同位素也具推断银矿石类型的潜力;③将Cu、Sn、Ag同位素与Pb同位素、微量元素相结合,并采用合理的统计方法,开展综合溯源研究将是今后应用非传统同位素进行古代金属制品溯源研究的发展方向。

贝氏体钢时效处理富Cu团簇析出特点及其第一性原理计算

研究低碳贝氏体钢(15Cr12CuSiMoMn)时效处理过程中富Cu团簇的析出演变特点,并基于第一性原理计算,采用特殊准随机结构(Special quasirandom structures,SQS)、Solid-State Nudged Elastic Band(SSNEB)方法构建Fe-Cu二元体系的无序固溶体结构模型,模拟计算相变能量路径,分析并表征析出相析出演变规律与模拟计算之间的相互联系。结果表明,实验钢在指定温度(500℃)进行时效热处理,时效处理各阶段实验钢中弥散析出约2.6~53 nm的富Cu团簇,以共格、非共格状态存在于基体中,经模拟计算,BCC-Cu向9R-Cu转变过程中需在开始阶段克服8.9 meV的能垒,之后从9R-Cu向孪晶FCC-Cu+9R-Cu结构转变过程中需要克服4.9 meV的能垒,非稳态BCC富Cu团簇与稳定态的FCC Cu之间具有0.14 eV/atom的形成能差,当Cu含量超过21.6%(原子分数)后,富Cu团簇从BCC结构不断向稳定的纯FCC-Cu结构演变。从能量角度分析了富Cu团簇析出倾向,解释了富Cu团簇的析出惯序,有利于优化贝氏体组织,为含Cu贝氏体沉淀钢的深入研究及相关领域的开发拓展提供理论参考依据。

Cu含量以及Cu/Mg比对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响

研究了Cu含量和Cu/Mg比对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响。结果表明Al-Si-Cu-Mg合金凝固组织是否形成Mg_(2)Si、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)以及θ-Al_(2)Cu取决于Cu含量以及Cu/Mg比。当Cu/Mg比相对低时形成Mg_(2)Si中间相,而Cu/Mg比高时则倾向于生成Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。当Cu/Mg比相同时,高Cu含量和高Mg含量都会促进Q相θ相的形成。通过观察T6热处理后的组织发现Cu含量以及Cu/Mg比控制了初生相的溶解以及析出相的形成,从而影响合金的强度与韧性。通过控制Cu含量及Cu/Mg比使Al-9Si-2Cu-0.5Mg合金中析出较少数量的初生相,再通过热处理析出大量的Q′强化相,使合金具有较高的强度和相对适中的伸长率。

Cu(Ⅱ)催化NaOCl氧化碘帕醇的效果和过程解析

本文研究Cu(Ⅱ)催化NaOCl氧化非离子型碘代X射线造影剂—碘帕醇(IPM),对IPM降解过程中Cu的回收和形态进行解析,考察Cu(Ⅱ)、NaOCl浓度和卤素离子对IPM降解效果及碘代消毒副产物-碘仿的生成影响;采用XRD、XPS分析Cu(Ⅱ)反应后的产物晶型和形态变化,结合循环伏安曲线和计时电流表征Cu(Ⅲ)的生成,推测Cu(Ⅱ)催化NaOCl氧化IPM的机理.利用HPLC/MS/MS分析中间产物,推测IPM的降解路径.结果表明,与Co(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)相比,Cu(Ⅱ)显著提高了NaOCl的分解率和IPM的氧化效果,25℃、pH=6.71,500r/min,NaOCl和Cu(Ⅱ)浓度分别为0.5和0.05mmol/L,60min,8.0mg/L IPM的降解率达到77.51%;HO·、活性氯自由基和Cu(Ⅲ)都有助于Cu(Ⅱ)/NaOCl氧化IPM,且Cu(Ⅲ)的贡献随pH值升高而增大.NaOCl浓度在0.1~2.5mmol/L范围增加,IPM降解率增加;Cu(Ⅱ)浓度在0.005~0.5mmol/L存在适宜值.HPLC/MS/MS共检测出13种产物,IPM的降解途径主要包括:侧链酰胺键水解和氧化,碘取代、羟基加成.Cl^(−)、Br^(−)和I^(−)(1~5mmol/L)在影响IPM氧化效果的同时,Br^(-)显著促进了CHI_(3)的生成,生成量达到48.28μg/L.

CTAB改性Cu-BTC材料的合成及其吸附分离二甲苯异构体的性能

通过水热法合成Cu-BTC晶体的过程中添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),通过调节CTAB的添加量对吸附材料的形貌和孔结构进行改性,改性后的Cu-BTC材料与原Cu-BTC相比,其对对二甲苯(PX)的静态吸附量明显提高,且高于间二甲苯(MX)和邻二甲苯(OX),从而提高了异构体的吸附选择性。研究了二甲苯异构体在Cu-BTC-CTAB材料上的静态吸附性能和吸附动力学性能。在298K、318K和338K温度下进行了一系列二甲苯有机蒸气吸附平衡实验,得到了静态吸附速率曲线和吸附等温线。改性材料中CTAB添加量为0.08%的Cu-BTC-CTAB样品对PX的吸附量和选择性最优。动力学研究表明,二甲苯异构体在Cu-BTC-CTAB上的吸附过程可以用一级动力学模型来描述。

g-C_(3)N_(4)锚定Cu(Ⅰ)高选择性催化CCl_(4)合成2,4,4,4-四氯丁腈

以尿素和Cu(NO_(3))_(2)·3H_(2)O为前体,采用热缩合法制备了不同Cu负载量的氮化碳(g-C_(3)N_(4))基催化剂Cu/CNn(n=1、2、3),采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、比表面积测试、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对其结构和形貌进行了表征,比较了不同Cu负载量的Cu/CNn催化CCl_(4)与丙烯腈(AN)的原子转移自由基加成(ATRA)反应合成2,4,4,4-四氯丁腈(TBN)的催化性能。结果表明,Cu/CN1呈现优异的催化性能,以乙腈(MeCN)为溶剂,n(Cu/CN1)∶n(AN)=1∶1000,120℃反应12h,TBN的选择性可达96.5%,产率可达83.3%,Cu/CN作为多相催化剂,经过滤处理便可重复利用,使用7次其催化活性仍能稳定保持。基于相关的实验结果,提出了Cu/CN催化CCl_(4)和AN的ATRA反应的氧化-还原循环机理。实验结果揭示了Cu与g-C_(3)N_(4)载体的协同作用机制,为CCl_(4)深加工开发高效的催化体系提供了新的思路。

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.

PEI/SA/Cu三元体系改性荷正电纳滤膜及其脱盐性能

通过将海藻酸钠(SA)与聚乙烯亚胺(PEI)共混作为二次界面聚合反应的水相溶液,SA与PEI强相互作用使SA嵌入到聚酰胺层中,从而提高膜的致密性.随后通过Cu^(2+)与SA结合提高膜表面荷正电性,提高膜对多价阳离子的截留性能.对比研究了SA和Cu^(2+)浓度对复合膜物化性质、表面形貌及分离性能的影响.结果表明,荷正电纳滤膜的最佳制备条件为:SA质量分数为0.01%,Cu^(2+)浓度为25 mmol/L,所对应的PS/Cu-3复合膜亲水性提高.与Control-PEI膜相比,其通量提高了257%,为(40.0±0.8)L/(m^(2)·h),对MgCl2的截留率从92.0%提升至97.1%,且具有良好的耐压性和稳定性.

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

粉煤灰提铝残渣制备4A分子筛及Cu(Ⅱ)吸附研究

4A分子筛由于其优异的阳离子交换能力,成为处理重金属废水优良的吸附材料。为了达到以废治废的目的,以粉煤灰酸法提铝残渣为原料制备地质聚合物,再经水热原位转化合成体型化4A分子筛。采用XRD、FT-IR、SEM、BET、TGA等手段对4A沸石进行表征,探讨吸附时间、Cu(Ⅱ)初始浓度、吸附剂用量及溶液p H对其吸附性能的影响,并结合动力学方程和吸附等温线模型对其吸附过程进行研究。结果表明,所合成的4A分子筛孔隙发达且微孔含量较多,总比表面积为71.85 m^(2)/g,其中微孔比表面积为53.91 m^(2)/g,微孔孔径主要集中在1.3 nm左右。体型化4A分子筛吸附Cu(Ⅱ)的最佳条件为吸附时间为240 min、Cu(Ⅱ)初始质量浓度为100 mg/L、吸附剂用量为2.0 g/L、溶液p H为6~9,此时吸附量为32.97 mg/g,Cu(Ⅱ)的去除率可达65.93%。吸附过程符合准二级动力学模型,以化学吸附为主。Langmuir模型拟合效果较好,表明Cu(Ⅱ)在合成4A沸石上的吸附过程为单分子层吸附,且拟合得到的Cu(Ⅱ)的最大吸附量为37.05 mg/g。

基于层状锌铝复合氢氧化物前驱体优化制备Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)气相醛加氢催化剂

以偏铝酸钠作为铝源通过一步法、两步法和混合法引入Cu制备基于ZnAl-LDH前驱体的3种不同的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,对催化剂及其前驱体结构性质进行表征,结合辛烯醛(2-乙基-2-己烯醛,EPA)加氢反应评价结果,探究不同制备方法、不同铝的引入方式对ZnAl_(2)O_(4)尖晶石形成的影响,考察不同条件下所得催化剂的结构与反应性能之间的构效关系。结果表明:与工业催化剂相比,在辛烯醛气相加氢反应中混合法制得的催化剂与工业催化剂活性相当,产物选择性在空速1.5 h^(-1)时高于工业剂1.9%,在空速4.0 h^(-1)时高于工业剂2.5%;以偏铝酸钠作为铝源制备的ZnAl-LDH前驱物大大提高锌铝结合效率,减少非结合Al_(2)O_(3)的产生,提高产物选择性,同时实现380℃低温焙烧条件下ZnAl-LDH向ZnAl_(2)O_(4)尖晶石的转变,避免传统的高温焙烧过程中CuO的烧结。

以创新型人才培养为导向的探究型综合化学实验设计——以“空心CuS微米球的合成及光催化性能研究”为例

化学学科的科技创新是支撑我国建设科技强国的重要力量,因此亟需培养高质量化学类创新型人才以服务国家战略需求。化学前沿领域的新成果、新方法、新技术不断涌现,将前沿科研成果合理地融入到综合化学实验教学中,能够深化教学内容,促进学生学术创新、质疑思辨和团队协作等能力的提升。通过以空心CuS微米球的合成及光催化性能研究为例,探究了如何以创新型人才培养为导向对探究型综合化学实验进行设计,以有效发挥综合化学实验课程培养创新型科学研究人才的功效。

不锈钢表面Al/Cu涂层制备与第一性原理计算

为了研究Al/Cu涂层中金属间化合物的生成顺序和形成机理,在304不锈钢基体表面制备了Al/Cu涂层。对试样进行热处理使得Al/Cu涂层原位反应生成金属间化合物,随后测试了涂层的高温抗氧化性能。采用第一性原理计算Al-Cu金属间化合物的焓、熵、吉布斯自由能和热容等数据。将热力学和扩散动力学相结合,提出有效生成自由能模型来预测化合物在Al/Cu界面的生成顺序。结果表明:Al/Cu涂层中首先形成Al_(2)Cu相,在Al/Cu界面处出现了AlCu相,加热时间增加至20 h后出现了富Cu的Al_(4)Cu_(9)相。由第一性原理计算得出,Al-Cu金属间化合物的形成顺序为Al_(2)Cu→AlCu→Al_(4)Cu_(9),与实验结果一致。此外,氧化实验结果表明,涂层具有良好高温抗氧化性能。

ERP全景视频VVC帧内编码CU快速划分算法

针对等矩柱状投影(equirectangular projection,ERP)全景视频多功能视频编码(versatile video coding,VVC)帧内编码复杂度过高的问题,提出一种编码单元(coding unit,CU)快速划分算法。根据ERP采样特性,将编码帧分为不同纬度区域。基于不同纬度区域CU四叉树深度的分布特性和相邻CU的相关性,对当前CU的划分模式进行提前终止决策;利用梯度差异评估当前CU纹理特性,跳过冗余的水平或垂直划分模式。针对纹理模糊CU,通过纬度采样权重加权的二次比较,判断是否跳过垂直划分模式;利用二维哈尔小波变换系数评估当前CU子块间的差异,判断是否跳过三叉树划分模式。实验结果表明,在全帧内模式下,与VVC官方测试平台相比,所提算法能节省43.85%的编码时间,码率仅增加0.85%,视频质量没有明显下降。

(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的制备与表征

利用磁控溅射技术制备由金属(Ag,Cu)膜、介质层TiO_(2)膜组成的双层汽车玻璃隔热膜样品。利用单因素分析法考察了溅射时间、溅射功率和Ar溅射流量三个因素对(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜透光隔热性能的影响。实验结果表明,在在本底真空度3×10^(-3) Pa,溅射气压2.1 Pa条件下,靶基距均为70 mm时,金属(Ag,Cu)膜溅射时间18 s,溅射功率80 W,Ar溅射流量20 sccm;介质层TiO_(2)膜溅射时间50 min,溅射功率115 W,溅射流量25 sccm时,(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的透光隔热性能最佳。

流变压铸Al-15Cu合金的组织与力学性能

Al-Cu合金因其高的强度、硬度及高温力学性能,在交通领域具有重要应用。为探明高Cu含量铝合金力学性能特点,本文采用流变压铸成形Al-15Cu合金,研究浇注温度等参数对该合金流变压铸件力学性能的影响。结果表明,随着浇注温度的增加,初生α-Al晶粒平均等效直径由55μm降低到30μm,而平均形状系数随浇注温度变化不明显;施加电磁搅拌对初生α-Al晶粒有一定的细化作用。Al-15Cu合金流变压铸件的强度和塑性随浇注温度先增加后降低。浇注温度为610℃和施加电磁搅拌条件下的拉伸试样密度、抗拉强度和伸长率最高,分别为2.961 g/cm~3、260 MPa和2%。在300℃拉伸条件下,流变铸件性能随浇注温度变化的规律与常温时一致,抗拉强度和伸长率分别可达118 MPa和8%。

Fe@Cu-Ni材料降解罗丹明B的机理与途径

文章采用直接还原法制备了Fe@Cu-Ni微电解材料,并探究了其对罗丹明B(Rh B)的降解效果。采用SEM、XRD和XPS对Fe@Cu-Ni进行了表征,分析了Fe@Cu-Ni对Rh B的降解机理和降解路径。Fe@Cu-Ni的枝晶结构为电子传递和富集提供了发散路径,有利于电荷转移。电子转移通道末端的Cu_(2)O和Fe与Ni掺杂对氧还原反应生成H_(2)O_(2)起着重要作用。由原位产生的H_(2)O_(2)催化生成的·OH是降解Rh B的关键活性物质。通过LC-MS/MS对Rh B的降解中间体进行了鉴定,结果表明,Rh B的降解主要来自于·H和·OH的协同作用。当pH=2、Fe@Cu-Ni催化剂用量为0.5 g/L、Rh B初始浓度为20 mg/L时,Rh B的降解效率可达98.7%。该研究强调了Fe@Cu-Ni复合材料在消除染料残留方面的潜力。

自然时效对Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板组织性能的影响

商用7×××系铝合金产品人工时效前一般会经历自然时效,自然时效时间的长短直接决定产品的生产制备流程。本试验研究了工业化制备的Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板在不同的自然时效阶段经人工时效处理后的组织及性能,并重点分析了短时自然时效(0.125~21 d)及长时自然时效(30~360 d)对合金不同时效状态的影响。研究结果表明:自然时效0.125~21 d,T6态合金的强度持续降低,抗拉和屈服强度的降幅分别为14 MPa和17 MPa,伸长率在13.6%~15.6%的范围内波动;基体析出相主要为GPII区和η′相,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~360 d时,T6态合金的强度、伸长率和断裂韧性均在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相主要为η′相且分布密集,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~105 d时,T76态合金的拉伸性能和断裂韧性同样在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相尺寸粗大、分布分散,主要为η′相和η相,晶界析出相同样呈断续分布。