铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基于此,采用第一性原理计算方法,研究了铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响.结果发现,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的存在形式、电荷态及相对稳定性有重要影响.从形成能观点来看,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的形成有利,且α-Al_(2)O_(3)中空位型点缺陷对氢的捕陷能力因铀的引入显著增加.研究结果对α-Al_(2)O_(3)基内壁阻氚涂层在氚工艺系统铀床中应用的可靠性评估具有重要的指导意义.

Si掺杂对Ga_(2)O_(3)/BP异质结光电性能调控的第一性原理研究

近年来,氧化镓(Ga_(2)O_(3))是新一代超宽禁带(4.9 eV)半导体,基于优越的热稳定和化学稳定性、高击穿场强和可见光透过率等优点,在日盲紫外探测器和透明光电器件领域中引起了广泛的关注.但是,Ga_(2)O_(3)基光电器件存在迁移率较低而限制其应用的现象,而构建合适的Ga_(2)O_(3)异质结是改善光电探测器的光电性能的有效手段之一.基于第一性原理构建β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结模型,研究了氧空位(Vo)和Si掺杂对β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结光电性质的调控以及相关机理.结果显示:β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结结构有效降低β-Ga_(2)O_(3)功函数,提高灵敏度,Si掺杂降低结合能,增强稳定性;β-Ga_(2)O_(3)/BP异质结有效减小带隙,Si掺杂以及氧空位的存在,进一步减小带隙,增强光导电性,并且Si掺杂引起了光电导各向异性.此结果对改善Ga_(2)O_(3)基异质结光电性能提供理论参考.

β-Ga_(2)O_(3)热电性能的第一性原理计算

通过使用第一性原理计算方法和玻尔兹曼输运理论,计算了β-Ga_(2)O_(3)的电学、热学和热电性质,并得出了热电性能因子随载流子浓度和温度的变化规律.此外,还考虑了声子散射和极性光学声子散射对平均电子弛豫时间的影响,并详细描述了不同载流子浓度和温度下β-Ga_(2)O_(3)的Seebeck系数、电导率、电热导率和功率因数的计算结果.最后,给出了β-Ga_(2)O_(3)的热电性能因子随载流子浓度和温度的变化趋势.结果表明,在高载流子浓度和高温下,β-Ga_(2)O_(3)具有较高的热电性能因子.

Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S S型异质结的构筑及其光解水产氢性能研究

采用超声辅助研磨煅烧法制备了Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S S型异质结光催化剂,通过X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、固体紫外漫反射等测试技术表征了样品的物相、形貌、化学元素组成以及光吸收能力等物理化学性质。在可见光加近红外光照射下进行了光催化析氢性能测试,结果表明,Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S复合材料的光解水产氢性能均优于纯相的Mn_(0.3)Cd_(0.7)S和Cu_(3)Mo_(2)O_(9),其中Cu 3Mo 2O 9的质量分数为1%的Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S显示出最佳的产氢速率(1.554 mmol·h^(-1)·g^(-1)),是Mn 0.3 Cd_(0.7)S的5.5倍。且经过四次循环实验后仍保持较好的光催化活性。此外,根据电化学测试以及红外热成像结果提出了合理的机理,Cu 3Mo 2O 9的光热效应与S型异质结的协同作用是Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/Mn_(0.3)Cd_(0.7)S光催化活性提高的关键。

铈掺杂对α-Bi_(2)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂丙烯选择性氧化性能的影响

采用快速微波辅助水热法制备了4种不同的Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂。在制备过程中通过调节铈的掺杂量可以改变合成催化剂的形貌和结构,成功地提高了Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂的比表面积。结果表明,煅烧温度为500℃、pH为3、掺杂量x=0.05时制备的Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂具有最高的丙烯选择性氧化性能,丙烯转化率为42.1%,丙烯醛选择性为88.3%。Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂的性能与结晶度呈负相关。用XPS表征了Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)的氧迁移率,Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)的催化性能与其氧流动性呈正相关。

基于密度泛函理论的团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)催化性质研究

基于拓扑学原理和密度泛函理论,本文探究团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的催化反应作用机理及其活性产生的原因,使用Gaussian09程序,在B3LYP/Lanl2dz水平下,对团簇的初始构型进行全参数优化和运算分析。对Co_(2)Mo_(2)P_(3)中各个原子对其HOMO和LUMO轨道的贡献进行研究,得到Co对其前线轨道的贡献率为53.511%、59.013%,Co原子在该团簇中是潜在的活性位点。通过观察态密度图和HOMO-LUMO图,发现Co原子是引起费米能量级两边峰值的主要因素。进一步的能隙差和库普曼斯定理分析显示,构型1(4)和3(4)具有较强的得失电子能力,并且拥有比其他构型更强的催化活性,这些结果为深入理解团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的催化性能提供了有力支持。本研究的发现为团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)在催化反应中的应用机制和活性产生的原因提供了重要理论依据,为进一步优化催化性能,设计高效催化剂提供了有益参考。

基于密度泛函理论的团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的磁学性质

为探究微观状态下非晶态合金Co-Mo-P三元体系的磁学性质,基于拓扑学原理对团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)进行空间立体结构设计,使用密度泛函理论在B3LYP/Lanl2dz水平下对设计构型进行优化分析,得到8种稳定构型,其中二重态和四重态各4种,运用Gaussian09和Multiwfn软件对团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的原子轨道成单电子数分布、电子自旋磁矩和自旋态密度进行微观层面理论分析.结果表明:s轨道和p轨道成单电子数较少,对团簇磁性的贡献较小;d轨道上成单α电子对团簇磁性贡献最大;Co是团簇中产生磁性的主要贡献原子.s轨道和p轨道上均出现了α电子和β电子自旋方向变化的现象;s轨道会在某一点上改变自身的电子自旋方向,而d轨道不会改变自身的电子自旋方向,p轨道与s轨道一样会改变方向.电子自旋密度图对称性最差的是d轨道.

负膨胀材料Sc_(2)Mo_(3)O_(12)的变温拉曼研究

Sc_(2)Mo_(3)O_(12)具有由宽温区负热膨胀性能而被广泛关注,相变温度决定了其负热膨胀温区。为研究Sc_(2)Mo_(3)O_(12)的结构和相变温度,对其93~303K的变温拉曼光谱进行了分析。结果显示,Sc_(2)Mo_(3)O_(12)单斜相转变为正交相的相变温度为178K。通过Origin软件对变温拉曼光谱进行洛伦兹拟合,Sc_(2)Mo_(3)O_(12)低波数的拉曼模随温度升高发生蓝移,低波数拉曼峰是其正交相晶体结构中的多面体平动和天平动,Sc-O-Mo桥氧原子横向热振动使得多面体发生旋转耦合,对其负热膨胀有较大贡献。

CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及光催化性能研究

采用溶剂热法成功合成了一种新型的Z型CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)三元复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS和紫外-可见漫反射光谱仪对光催化材料的相结构、形貌、原子价态和光响应性能等进行表征,通过可见光降解苯酚评价其光催化活性。结果表明,具有零维结构的CdS、一维结构的In_(2)O_(3)和三维结构的g-C_(3)N_(4)形成了0D/1D/3D三元复合材料,该材料在180 min可有效降解90%的苯酚,降解速率是CdS的2.9倍、g-C_(3)N_(4)的6倍,且具有较高的稳定性。复合材料光催化能力的增强主要归因于三维多孔g-C_(3)N_(4)与CdS和In_(2)O_(3)形成的三维空间电场。三维多孔结构不仅有利于污染物的高效吸附,而且为光催化反应提供活性位点,三维空间和网络互连结构有利于光生电荷的定向迁移,增加载流子寿命。

CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)的制备及其对高浓度有机废水的臭氧催化降解研究

为有效降解高浓度造纸废水有机物,通过电化学沉积法分别在磷酸盐中性缓冲溶液和纯水中制得CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)和CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)。通过对CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)、CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)以及LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)进行XRD、SEM、析氧过电位和电阻抗等物性表征发现,CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)具有更强催化氧化性及稳定性。对高浓度造纸废水臭氧催化氧化降解3 h后,CeO_(2)-Ps-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)对废水COD的降解率为76.5%,而相同条件下CeO_(2)-LaCoO_(3)/Al_(2)O_(3)和LaCoO_(3)/Al2O_(3)的化学需氧量(COD)降解率分别为68.5%和63.5%。

活性金属Ni d电荷密度对Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂菲加氢性能的影响

高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢饱和过程的速控步骤,其吸附活化困难不易解决,催化剂活性难以满足加氢需求。根据稠环芳烃与过渡金属间π络合吸附机理,在反应物吸附活化过程中,稠环芳烃分子和活性金属分别充当电子供体和电子受体,故Ni基催化剂中活性金属Ni处于缺电子状态时利于生成全氢菲,但关于Ni缺电子量及其电子结构如何影响催化剂菲、对称八氢菲加氢性能的原因需进一步探究。此外,基于负载型Ni_(2)P催化剂稳定性高、耐硫、耐氮性强等优势,采用次磷酸盐歧化法通过调变P/Ni物质的量比制备具有不同Ni d电荷密度的Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂,考察Ni d电荷密度对菲、对称八氢菲吸附和反应性能的影响规律。结果表明,在320℃、5 MPa、空速1 309 h-1反应条件下,Ni-2.5P/Al_(2)O_(3)催化剂转换频率fTO最高(44.64×10^(-3)s^(-1))。通过吸附活化熵描述菲、对称八氢菲与催化剂表面间相互作用强度,发现菲、对称八氢菲在不同Ni-xP/Al_(2)O_(3)催化剂表面吸附强度不同。通过定量计算Ni d电荷密度,明确了Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂用于菲加氢反应时适宜Ni d电荷密度约-0.24 e,对称八氢菲加氢反应适宜的Ni d电荷密度约-0.05 e。

超声功率对连杆轴瓦Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性能的影响

用超声-喷射电沉积方法研究了超声波功率对连杆轴瓦表面Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨率电子显微镜(TEM)对Ni-Al_(2)O_(3)镀层的表面形貌、物相组成、组织结构进行分析,用摩擦磨损试验机及纳米显微硬度计对镀层的显微硬度及耐磨性能进行研究。结果表明:超声波功率通过空化效应及微射流作用搅拌镀液,可使Al_(2)O_(3)纳米粒子更好的悬浮在镀液中,从而影响镀层耐磨性。当超声波功率为200 W时,Ni-Al_(2)O_(3)镀层中Ni峰低且宽,镀层晶粒细小,结构致密,显微硬度达到639.2HV,摩擦因数和磨损质量损失分别为0.53和0.27 mg。涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦磨损量仅为0.31 mg,耐磨性高于未涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦。

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。

纳米Al_(2)O_(3)改性沥青的制备及其性能研究

为了研究纳米Al_(2)O_(3)改性剂对A-70#基质沥青物理性能、流变特性的影响及其微观改性机理。基于室内试验制备了不同掺量(1%、2%、3%、4%、5%)的纳米Al_(2)O_(3)改性沥青,对其进行三大指标、黏度、流变、抗老化性能及其傅里叶红外光谱试验测试。结果表明:加入纳米Al_(2)O_(3)之后,基质沥青的软化点和黏度提高,针入度及延度下降,纳米Al_(2)O_(3)最佳掺量为4%。由流变试验结果可知,纳米Al_(2)O_(3)可以提升基质沥青的车辙因子,显著增强其高温稳定性,抗老化性能得以提升,但对低温抗裂性能不利。根据微观分析结果,纳米Al_(2)O_(3)与基质沥青之间既产生了物理变化,又有微弱的化学反应存在。

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

NdF_(3)-LiF-Nd_(2)O_(3)-NdF_(2)熔盐体系结晶行为的研究

氟化物体系稀土氧化物熔盐电解过程中,熔盐的结晶析出行为显著影响电解过程,为此本文针对NdF_(3)-LiF-Nd_(2)O_(3)、NdF_(3)-LiF-NdF_(2)以及NdF_(3)-LiF-Nd_(2)O_(3)-NdF_(2)三种熔盐体系(NdF_(3)和LiF质量比固定为85∶15),采用降温黏度曲线测定熔盐的结晶温度,通过X射线衍射分析结晶物相。结果表明:NdF_(3)-LiF-Nd_(2)O_(3)和NdF_(3)-LiF-NdF_(2)熔盐体系中,随着熔盐中Nd_(2)O_(3)或NdF_(2)含量的增加,熔盐的结晶温度升高,熔盐的结晶物相分别为NdOF和NdF_(2);NdF_(3)-LiF-Nd_(2)O_(3)-NdF_(2)熔盐体系中,当Nd_(2)O_(3)含量为2%~3%、NdF_(2)含量为1%~3%时,熔盐结晶温度在981~988℃范围内,且NdOF与NdF_(2)共结晶。适当提高电解槽底部温度、改善底部熔盐的流动性,是抑制稀土熔盐电解过程熔盐结晶析出的有效方法。

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。

原子层沉积Al_(2)O_(3)对尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料的影响机理

为提升尖晶石相LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料在深度荷电状态下的界面稳定性,采用原子层沉积法在单晶LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料表面可控沉积了纳米级Al_(2)O_(3)层。改性后的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料表现出优异的长循环耐腐蚀性能(1C电流密度下循环500次的容量保持率高达94.7%)。进一步的表界面解析结果表明:原子层沉积技术构建的纳米级Al_(2)O_(3)包覆层能够明显抑制材料本体与电解液的腐蚀反应,降低过渡金属离子的不可逆溶解与析出;另外,基于HF表面刻蚀产生的AlF_(3)具有增强的耐刻蚀性能,可显著提升LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料在长循环及高电压下的服役性能。

纳米Cr_(2)O_(3)对铝合金微弧氧化膜组织和性能的影响

在恒流模式下对7050铝合金开展微弧氧化试验。用SEM、EDS、XRD、膜层测厚仪、维氏硬度计、电化学工作站和磨损试验机等研究了不同纳米Cr_(2)O_(3)含量对7050铝合金微弧氧化陶瓷膜组织和性能的影响。结果表明:添加纳米Cr_(2)O_(3)能减小陶瓷膜孔径,提升致密度,优化陶瓷膜结构;当纳米Cr_(2)O_(3)由1 g/L增至5 g/L时,陶瓷膜的厚度、硬度均先增后减;与未添加相比,添加纳米Cr_(2)O_(3)的陶瓷膜的耐蚀性和耐磨性均明显提升;陶瓷膜主要由γ-Al_(2)O_(3)相和少量的α-Al_(2)O_(3)相、莫来石相、Cr_(2)O_(3)相构成;总体来看,当纳米Cr_(2)O_(3)为3 g/L时,陶瓷膜的性能最优,厚度、显微硬度、自腐蚀电流和磨耗比分别为30.98μm、1273HV0.1、5.162×10^(-8)A/cm^(2)、0.0913%。