喷雾热解法加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响

【目的】为了探究喷雾热解过程中加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响,分析热解炉内的流量场和浓度场的变化情况,实现对热解炉的设计优化。【方法】采用数值模拟的方法,建立喷雾热解炉的物理模型,分别探讨加热壁温对铈锆固溶体在热解炉的不同阶段及热解炉中水蒸气分布和HCl分布的影响。【结果】当热解温度为850℃时,液滴的反应主要分2个阶段,在炉膛高度为0~0.05 m处,为加热蒸发阶段,在炉膛高度为0.05~0.6 m处,为稳态热解阶段。当炉壁温度为550~650℃时,在炉膛高度为0.9 m处温度变化放缓,喷雾处于稳定热解阶段;而壁温在750~850℃时,在炉膛高度为0.6 m处温度变化放缓;当壁温为850℃时,在炉膛高度为0.1~0.6 m处的温度曲线斜率最大,液滴达到稳定蒸发阶段的时间缩短,水分蒸发变快,热解时间变短。【结论】炉壁加热区的温度越高,HCl生成的速度越快,速度的最大值越小,在炉膛高度为0.4 m处速度变化最大,达到1.6 m/s左右;并且整体HCl生成的量随温度的升高而增大,平均速度变化随着热空气温度的升高而减小。

K^(+)诱导Mn-Ce固溶体增强酸性和活性氧协同促进NH_(3)-SCR

本文采用水热驱动将K离子引入制备的Mn-Ce固溶体晶格中(MnCeOx),优化其结构特征并用于NH_(3)-SCR反应.H_2-TPR和O_(2)-TPD结果表明,K的加入极大的弱化了Mn-O键,进而导致催化剂的还原性和氧脱附能力的提升;XPS,NH_(3)-TPD和原位红外(insitu DRIFTs)结果表明,K的引入可以增强Mn/Ce元素间的电子转移,同时提高催化剂中氧缺陷的数量以及Br?nsted酸性位对NH_(3)的吸附能力.因此,在增强的酸性位点与缺陷吸附活性氧的协同作用下,促进了催化剂MnCeK_yO_(x)在NH_(3)-SCR反应中的活性和反应速率.当K、Ce、Mn元素的比例为1:5:5时,在较低温度(120℃)下,MnCeK_1Ox催化剂的NO转化率为94.6%,在40~260℃的较宽温度范围内可以实现NO的高效转化.采用in situ FTIR对NH_(3)和NO原位吸附和反应过程进行分析,结果表明NH_(3)的吸附比NO更敏感.对于MnCeO_(x),NH_(3)首先吸附在Lewis酸位点上,然后结合在BrФnsted酸位点上,导致单配位基和双配位基硝酸盐同时聚集;对于Mn CeK_(1O)_(x),NH_(3)同时吸附在Lewis和BrФnsted酸性位上,其中间产物仅为单配位基硝酸盐.结果表明K离子的添加可以有效的提升Mn-Ce固溶体在NH_(3)-SCR反应中的效率.

熔体旋甩工艺对Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb_(0.015)固溶体微结构和热电性能的影响研究

Mg_(2)(Si,Sn)基材料是环境友好的热电材料,具有较好的应用前景。本工作采用熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术(MS+SPS)制备了单相的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体,通过将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)技术(MA+SPS)结合制备的相同样品进行对比,研究MS工艺对样品微结构以及热电性能的影响。结果表明,MS得到的固溶体薄带主要由200~500 nm的小颗粒组成,将薄带研磨制粉经SPS烧结后得到的致密块体具有明显细化的晶粒和分布均匀的共格纳米析出相。与MA+SPS工艺制备的样品相比,MS+SPS制备的固溶体的迁移率明显降低,在一定温度范围内,电阻率略有升高,Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低。MS+SPS制备的Mg_(2)(Si_(0.4)Sn_(0.6))Sb0.015固溶体热电性能明显提高,在643 K时其最大ZT值达到1.30。

ZnCaZr固溶体催化异丁烷-CO_(2)氧化脱氢制异丁烯的研究

本研究采用一锅式共沉淀法制备了xZn-CaZr固溶体催化剂并将其应用于CO_(2)-BDH反应,通过多种手段探明该系列催化剂的理化性质并结合催化性能阐述其构效关系及表面氧化还原机制。研究表明,xZn-CaZr催化剂在Zn含量为6%−12%的情况下形成了Zn物种高度分散的固溶体结构,且氧缺陷的数量与Zn的含量成正比。在xZn-CaZr催化剂上,晶格氧的数量和氧迁移率是决定催化性能的关键因素,其中,0.4Zn-CaZr催化剂展示出最佳的催化活性,而0.2Zn-CaZr催化剂展示出最佳的反应稳定性。该研究为进一步开发绿色高性能的CO_(2)-BDH催化剂提供了参考价值。

不同铝铁比铁相固溶体对硅酸三钙水化的影响

主要研究了不同铝铁比的铁相固溶体对硅酸三钙(C3S)水化性能的影响.结果表明,铁相固溶体对C3S的水化具有抑制作用,并且其铝铁比越低,该抑制作用越明显.借助等温量热仪、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)等测试手段发现,铁相固溶体水化后产生偏铁酸根离子和偏铝酸根离子,其中偏铁酸根离子会阻碍氢氧化钙的沉淀,从而抑制C3S的水化,而偏铝酸根离子可以减轻偏铁酸根离子对C3S水化的抑制作用.

纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体微观光谱特征及氧化还原性能研究

采用水热法合成Fe^(3+)、Al^(3+)、Co^(2+)及La^(3+)共掺杂纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)(x=0.00~0.05)固溶体,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)以及与H2的程序升温还原反应(TPR)等方法对固溶体的微观结构、形貌、光谱特征和氧化还原活性进行系统表征及分析。XRD结果表明,Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体均呈CeO_(2)立方萤石结构,当掺杂量增加到x=0.04时,在36.6°处出现了微弱的Co_(3)O_(4)杂相,可以确定掺杂离子在CeO_(2)晶格中的固溶度x<0.04。样品的(111)衍射峰位向高角度偏移,表明掺杂离子引起晶格发生畸变。TEM及SEM结果显示样品为球形纳米颗粒,掺杂离子引起晶面间距变小。紫外吸收光谱表明,与纯CeO_(2)相比,掺杂样品的吸收边逐渐红移,在560~780 nm范围观察到掺杂离子的紫外吸收峰。掺杂引起样品能隙降低,从2.84 eV(纯CeO_(2))逐渐降低至2.10 eV(x=0.05)。其原因可归结为掺杂离子在CeO_(2)的价带和导带之间形成新的杂质能级,允许电子从价带跃迁到较低的杂质能级上,继而降低了跃迁能隙。由于掺杂离子引起晶格内部发生畸变以及氧空位比例增大,阻碍了电子的高能跃迁,也可引起能隙减小。荧光光谱证明,掺杂样品的发射峰强度明显降低。Raman光谱表明,掺杂引起F_(2g)峰位发生偏移,峰强减小,峰宽变大。同时,对应于氧空位峰的相对强度逐渐提高。荧光光谱及Raman光谱均证明掺杂离子引起固溶体晶格畸变程度增加,氧空位浓度提高。H_(2)-TPR测试表明,掺杂可以有效降低CeO_(2)的氧化还原反应温度,提高氧化还原活性,当x=0.03的样品表面还原温度最低,还原峰的面积最大,即氧化还原反应活性最佳,表明样品的氧化还原性能与晶粒尺寸、晶格缺陷及氧空位浓度密切相关。通过以上研究证明,四种离子共掺杂CeO_(2)能够有效修饰微观晶体结构,在较低掺杂浓度下即可显著改善样品的催化活性。

CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)-Bi(Fe_(0.93)Mn_(0.05)Ti_(0.02))O_(3)铁电固溶体薄膜的制备及储能特性

采用金属有机分解法结合旋涂技术,在Pt(111)/TiO_(2)/SiO_(2)/Si衬底上制备(1-x)CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)-xBi(Fe_(0.93)Mn_(0.05)Ti_(0.02))O_(3)(CBT-xBFMT,x=0,0.05,0.10,0.15)固溶体薄膜,通过X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、铁电分析仪和阻抗分析仪,系统研究了CBT基薄膜的储能性能。结果表明,所制备的薄膜均呈现出多晶铋层状结构,无杂相生成。BFMT的引入增大了薄膜的最大极化强度P_(m)和抗击穿场强E_(b),并降低了漏电流密度。随着BFMT固溶量的增加,CBT-xBFMT薄膜的抗击穿场强E_(b)先增大后减小,在x=0.10处达到最大;最大极化强度P_(m)逐渐增加,在x=0.10处极化强度差最大;最大抗击穿场强和最大极化强度差的共同作用使CBT-0.10BFMT薄膜具有最佳储能特性,有效储能密度W_(rec)和储能效率η分别为82.8 J/cm^(3)和78.3%,且储能稳定性(25~150℃)良好。CBT-0.10BFMT铁电薄膜有望应用于环境友好型小型能量储存器件。

模板法制备多孔Bi_(0.5)La_(0.5)VO_(4)固溶体光催化还原CO_(2)

光催化还原CO_(2)为有价值的化学品为缓解温室效应提供了理想的途径。本工作中,采用纳米球形SiO_(2)模板剂抑制光催化剂颗粒的生长从而合成高比表面积的多孔Bi_(0.5)La_(0.5)VO_(4)(BLV)固溶体光催化材料。得益于纳米SiO_(2)的限域效应,硬模板法制备的固溶体的粒径明显小于固相法制备的体相固溶体。N_(2)吸脱附测试结果显示950℃焙烧下制备的多孔BLV的比表面积为固相法的11.9倍。光催化CO_(2)还原活性评价表明多孔BLV-950固溶体的CO析出速率达0.58μmol·g^(-1)·h^(-1),是体相BLV的3.9倍。这归因于多孔BLV较体相具有更高的载流子分离效率和更低的CO_(2)还原界面阻力。

GaN/ZnO固溶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

GaN/ZnO固溶体具有良好的光催化活性。为研究不同ZnO物质的量对GaN/ZnO固溶体能带结构和光吸收性能的影响,构建了一系列GaN/ZnO固溶体的随机原子结构模型。基于密度泛函理论计算不同ZnO物质的量对GaN/ZnO固溶体模型电子结构和光学性质的影响。研究结果表明:ZnO/GaN固溶体形成能与结合能均为负值,结构稳定。随着ZnO物质的量的增加,固溶体的带隙先呈现下降趋势,最后呈现小幅上升趋势。对于ZnO物质的量分数在13.89%至22.22%的GaN/ZnO固溶体,可以观察到光吸收峰强度在可见光区各个波长范围内均有较强吸收。通过研究不同ZnO物质的量对GaN/ZnO固溶体能带结构和光吸收性能的影响,为GaN/ZnO固溶体光催化材料的设计与制备提供了理论参考。

(Sr,Ba)_(2)LaAlO_(5)∶Bi^(3+)固溶体荧光粉的发光特性研究

通过高温固相法成功合成了一系列Sr_(2)LaAlO_(5)∶xBi^(3+)蓝色荧光粉,并通过等价阳离子取代,合成了一系列发光颜色可调的Sr_(2-y)Ba_(y)LaAlO_(5)∶0.02Bi^(3+)固溶体荧光粉。通过X射线衍射、发射光谱、激发光谱、荧光显微和量子产率测试对荧光粉的物相结构及发光特性进行表征,并分析了阳离子取代对发光特性的影响。在322 nm激发下,Sr_(2)LaAlO_(5)∶xBi^(3+)荧光粉的发射峰位于452 nm。在最优的Bi^(3+)掺杂浓度下,通过Ba2+取代Sr2+,发现Sr_(2-y)Ba_(y)LaAlO_(5)∶0.02Bi^(3+)荧光粉的发光在蓝绿色区域规律红移,荧光粉的光谱变化主要是由于晶体场劈裂和散射效应造成的。此外,随着激发波长增加,Sr_(2)LaAlO_(5)∶0.02Bi^(3+)荧光粉发射光谱逐渐红移,表明Bi^(3+)占据不同的阳离子位点,形成多个发光中心。得益于多激发和多发射的发光特性,制备的Sr_(2-y)Ba_(y)LaAlO_(5)∶0.02Bi^(3+)固溶体荧光粉可以成为防伪应用中的潜在候选材料。

0D Cd-In-S固溶体的制备及其光催化降解性能研究

由于含有S 3p轨道,窄带隙金属硫化物的价带具有更高能级位置,能利用可见光降解有机污染物。文章通过一步法制备0D Cd-In-S三元固溶体,并考察其在可见光下催化降解甲基橙(methyl orange,MO)的性能。通过X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试手段对固溶体纳米颗粒的结构、形貌和光学性能进行表征。研究发现,与CdS、In_(2)S_(3)相比,合金化后的Cd-In-S固溶体具有更为优异的性质,其中Cd_(0.7)In_(0.3)S_(1.15)在60 min内对MO的降解效率可达93.47%,远高于纯CdS和In_(2)S_(3);电化学研究数据表明,高降解效率来自于适宜的带隙位置和带宽以及更高的光生电子空穴对分离效率。

自蔓延高温合成V_(1.8)Nb_(0.2)AlC 固溶体研究

文章以钒粉、铌粉、铝粉、石墨粉为原料,按照V∶Nb∶Al∶C=1.8∶0.2∶1∶1(物质的量比)配制原料混合物,采用自蔓延高温合成技术制备了V_(1.8)Nb_(0.2)AlC固溶体。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析仪(EDS)等分析技术对合成产物的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,随着Nb元素的引入,V2AlC的(002)和(110)的特征峰分别从13.62°和63.92°向下移动到13.24°和63.36°,表明V_(1.8)Nb_(0.2)AlC形成了固溶体,V_(1.8)Nb_(0.2)AlC固溶体具有典型MAX相的页岩层状形貌。

纳米结构Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)固溶体透明陶瓷的热压烧结和性能研究

笔者通过溶胶-凝胶燃烧法成功合成了Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)纳米粉体,研究了ZrO_(2)与热压烧结工艺对Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)固溶体透明陶瓷组织与性能的影响。结果表明,Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)粉体晶粒尺寸随ZrO_(2)掺入量的增加而减小。热压过程中,ZrO_(2)可以有效抑制晶界迁移,提高陶瓷致密度、透过率及强度和韧性。在优化的1300℃,30 min,40 MPa工艺下烧结,Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-10 mol%ZrO_(2)固溶体透明陶瓷的综合性能最好,其平均晶粒尺寸仅94 nm、致密度98.5%、硬度10.44 GPa,断裂韧性1.42 MPa·m^(1/2)、在3~6μm红外波段最大透过率达到72%。

BiOF_(1-x)Cl_(x)固溶体的光电性质优化及第一性原理研究

BiOF和BiOCl都是紫外光响应降解有机污染物的高效典型光催化剂,但其光吸收带边分别为4.00eV和3.77eV,只能吸收部分紫外光进行催化反应,因此光催化效率受到限制。受到半导体能带弯曲现象的启发,本文采用团簇展开方法(cluster expansion,CE)并结合第一性原理计算,搜索了BiOF_(1-x)Cl_(x)有序及无序固溶体的晶体结构,计算了这些固溶体的热力学性质和光电性质。计算结果表明,在BiOF_(1-x)Cl_(x)的有序固溶体中,Cl-更倾向于优先取代同一层的F-;在BiOF_(1-x)Cl_(x)的无序固溶体中,Cl-随机取代F-。以BiOF_(0.50)Cl_(0.50)为例,无序固溶体的形成焓ΔH比有序固溶体高60meV·(f.u.)-1。BiOF_(1-x)Cl_(x)(0<x<1)的有序及无序固溶体多为间接带隙半导体,且带隙大小呈现不同程度的能带弯曲。低温时,BiOF_(1-x)Cl_(x)固溶体多为有序固溶体,x=0.17时,能带弯曲程度最大。高温时,无序BiOF_(1-x)Cl_(x)固溶体更容易形成,且x=0.60时,能带弯曲程度最大,吸收带边红移至3.59eV,带边吸收强度提升了2个数量级。基于本工作的计算结果,我们预测BiOF和BiOCl形成的固溶体在紫外区的光吸收范围和吸光效率,会得到进一步的提升。

天津大学的CO_(2)加氢制甲醇固溶体催化剂研究获进展

近日,天津大学的研究团队通过原位还原法构筑具有不同尺寸Cu的CuGaZrO_(x)固溶体催化剂,发现单原子Cu和Ga中心间的协同作用有利于CO_(2)加氢选择性生成甲醇,同时抑制副产物CO的生成。相关研究成果发表于《美国化学会·催化》杂志。

n型Pb_(1+x)SeTe_(x)固溶体的自蔓延高温合成及热电性能调控

热电材料能实现热能与电能之间的直接转化,因而受到广泛关注。铅基硫属化合物是一类具有较高热电转化效率的材料,其中,PbSe和PbTe是这类材料的代表。与Te相比,Se元素的地壳丰度高、成本低,所以PbSe更具研究价值和应用潜力。但PbSe的晶格热导相对较高,载流子浓度较低,抑制了热电性能的提升。而固溶能有效降低晶格热导率,提升热电性能,且PbTe和PbSe具有相似的能带结构,能简化输运研究,因此将PbTe与PbSe固溶,有望获得较高的热电性能。另外,在目前的研究中,PbSe的合成通常采用机械合金化、熔融退火等方式,耗费大量的时间和能量,生产成本高,不利于实际使用。本文使用自蔓延高温合成与放电等离子体烧结相结合的方式,快速制备了n型Pb_(1+x)SeTe_(x)固溶体。同时,由于载流子浓度的优化及合金散射的作用,电学性能和热学性能得到了提升,晶格热导率在773 K时降低到0.67W/(m·K),相较于纯PbSe降低了35%,无量纲优值ZT值在773 K时达到了1.1,相较于纯PbSe提升了83%。以上研究为自蔓延制备工艺在热电领域的广泛应用提供了参考。

(ZrCa)_(x)Y_(2-2x)W_(3)O_(12)固溶体吸水性及热膨胀性能研究

采用固相烧结法制备出(ZrCa)_(x)Y_(2-2x)W_(3)O_(12)(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0)固溶体,并利用XRD、拉曼光谱、热分析及热膨胀仪对材料的结构、吸水性及热膨胀性进行研究。结果表明,随着(ZrCa)^(6+)含量的增加,固溶体的吸水性明显降低,结晶水释放后,该系列固溶体的热膨胀系数呈规律性变化。当x=0.6时,(ZrCa)_(0.6)Y_(0.8)W_(3)O_(12)为近零膨胀,且其线性热膨胀系数a_l为2.79×10^(-7) K^(-1)(453~1 000 K)。

Ti-Zr-Nb固溶体合金动态压缩强度的机器学习模型优化

Ti-Zr-Nb固溶体合金具有优异的强塑性匹配和撞击释能活性,在杀爆战斗部毁伤元和聚能战斗部药型罩材料领域极具应用价值.为了实现Ti-Zr-Nb合金及类似固溶体合金的动态力学性能精准预测,并支撑战斗部材料的精准设计与成分优化,采用粉末冶金法制备了56种Ti-Zr-Nb合金,并测试了材料的动态压缩强度,在此基础上开展了Ti-Zr-Nb合金动态压缩强度预测的机器学习模型优化、主控参量筛选研究,优化后的模型实现了合金动态压缩强度的预测误差<8%,并揭示了影响合金动态压缩强度的3个关键主控参量及权重排序:Δχ>G>δG.采用优化后的模型成功设计了具有更高动态压缩强度的合金成分,经试验验证,所设计的材料动态压缩强度达到3100 MPa,高于同类固溶体合金.

纳米Ce_(0.92)M_(0.08)O_(2)(M=Co,Mn,Fe,La)固溶体的制备及其氧化还原性能

采用水热法制备Ce_(0.92)M_(0.08O_(2))(M=Co,Mn,Fe,La)固溶体,系统分析固溶体的微观结构、光谱特征及氧化还原性能。研究结果表明,Co离子掺杂样品中观察到Co_(3)O_(4)杂相,而另外三种离子均完全溶解在CeO_(2)中形成固溶体。样品为纳米尺寸,晶格常数与掺杂离子半径密切相关,样品的能隙明显降低,而且掺杂离子能够明显提高固溶体的氧空位浓度,氧空位浓度由小到大的顺序依次为:CeO_(2)<La<Fe<Co<Mn。此外,掺杂样品与H_(2)反应的还原峰温度均低于纯CeO_(2),且与H_(2)的反应量明显高于未掺杂样品。

Y掺杂的V基固溶体膜的结构和氢渗透性能

V基固溶体合金具有较高的氢溶解度和氢渗透速率,但氢分离应用存在氢脆和高温内扩散问题。本研究制备了V_(92−x)Fe_(8)Y_(x)、V_(92−x)F_(e)4Pd_(4)Y_(x)(x=0,0.2)合金,探讨Y掺杂(0.2%)对V基固溶体合金结构和氢渗透性能的影响。结果表明:Y掺杂的V基固溶体偏析出第二相,V_(91.8)Fe_(8)Y_(0.2)合金偏析出富Y的Y-V化合物,V_(91.8)Fe_(4)Pd_(4)Y_(0.2)偏析出富Pd的Pd-Y-V化合物相。Y掺杂降低了合金的氢溶解度,提高了抗氢脆性能。V_(91.8)Fe_(4)Pd_(4)Y_(0.2)膜片氢渗透系数为5.93×10^(−8)mol∙m^(−1)∙s^(−1)∙Pa^(−0.5)(723 K),大约是纯Pd膜氢渗透系数的4倍。高温氢渗透持久性测试后(723 K,10 h),V_(92)Fe_(8)和V_(92)Fe_(4)Pd_(4)膜片氢通量均降到0,V91.8Fe4Pd4Y0.2膜片氢通量保持为8.28×10^(−6)mol∙m^(−1)∙s^(−1)。结构分析表明,微量Y掺杂(0.2%)在一定程度上能抑制渗氢过程中Pd膜与V基底互扩散现象,进而改善高温下膜片氢渗透稳定性。