Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的制备及其催化甲烷与CO_(2)制乙酸性能

以Zr(NO_(3))4·5H_(2)O和Ni(NO_(3))2·6H_(2)O为原料、(NH4)2CO_(3)为沉淀剂,采用溶胶凝胶-硫酸酸化两步法制备了Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂,采用XRD,FTIR,SEM,N_(2)吸附-脱附,H_(2)-TPR,NH3-TPD等方法对Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂进行表征,考察了Ni的引入方式对催化剂的结构和性能的影响。实验结果表明,与共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂相比,采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的催化剂的四方相ZrO_(2)占比更高,表面酸量更多,且具有良好的热稳定性和较强的L酸性;采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的乙酸生成量明显优于共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂。四方相ZrO_(2)、酸性位点和过渡金属Ni之间的协同作用促进了甲烷与CO_(2)直接反应合成乙酸。

CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

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。

Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加氢

以γ-Al_(2)O_(3)为原料、碳酸铵为沉淀剂,采用沉积-沉淀法制备了Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,将其应用于苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物催化加氢。通过XRD、TEM、XPS、1HNMR和DSC对催化剂和产物进行了表征。考察了载体种类、Ni理论负载量(以载体质量为基准,下同)、反应条件对SIS加氢反应的影响。结果表明,以γ-Al_(2)O_(3)为载体并负载10%的Ni为催化剂、环己烷为溶剂、反应温度为140℃、反应压力为1MPa、反应时间3.0 h的条件下,催化剂具有最优活性,聚异戊二烯嵌段加氢度达到85%,副反应苯环的加氢度<10%。

超高速激光熔覆Ni基Ti_(2)AlC陶瓷涂层性能

矿用液压支架立柱在井下苛刻工况下长期服役时易发生磨损、腐蚀、变形等问题,进而导致性能退化,严重时引发安全事故。为延长液压支架立柱的使用寿命,利用超高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面上制备Ni基Ti_(2)AlC陶瓷涂层,对其微观组织结构、物相、微观硬度等进行表征,并研究其摩擦磨损性能。实验结果表明:制备的涂层与基材冶金结合强度大,涂层致密;涂层的中上部主要由黑色细胞枝晶、灰白色细胞晶体以及浅灰色连续基质组成;涂层的物相以硬质相TiC、Al_(2)O_(3),润滑相Ti_(2)AlC、微量Ti_(3)AlC_(2),金属间化合物Ni_(3)Ti、Ni_(3)Al及γ-Ni固溶体为主;涂层的平均显微硬度为5495HV_(0.2),约为基体的3倍,涂层的摩擦磨损性能相比基体显著提高。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

Ni/Ti_(3)C_(2)(MXene)催化剂制备及催化肉桂醛选择加氢性能

以氢氟酸为蚀刻剂,Ti_(3)AlC_(2)为原料制备的多层Ti_(3)C_(2)(MXene)为载体,采用KBH4还原法制备了Ni负载量(即Ni的理论质量分数,下同)5%~20%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD、CO_(2)-TPD对Ni/Ti_(3)C_(2)进行了表征,考察了其催化肉桂醛选择加氢的性能。结果表明,Ni负载量为10%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂(记为10Ni/Ti_(3)C_(2))具有最佳的性能,其Ni金属颗粒均匀负载在Ti_(3)C_(2)表面上,层状结构清晰,比表面积为9.6 m^(2)/g,具有最小的金属Ni平均粒径(43.59 nm)和最高的分散度(0.21%)。随着Ni负载量的增加,Ni/Ti_(3)C_(2)的比表面积和酸位点强度逐渐增加,表面酸性位点种类变化不大,10Ni/Ti_(3)C_(2)具有强Lewis酸位点(NH_(3)脱附峰在511℃左右),热稳定性较好。在H_(2)压力2.0 MPa、30 mL异丙醇为溶剂、反应温度120℃的条件下,0.5000 g 10Ni/Ti_(3)C_(2)催化1.0000 g肉桂醛选择加氢反应3.0 h,肉桂醛转化率和苯丙醇选择性分别为100%和99.29%;在4次循环中,10Ni/Ti_(3)C_(2)表现较高的催化稳定性,肉桂醛转化率100%,苯丙醇选择性99.29%~92.07%。

Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂催化沼气蒸汽重整制氢性能研究

沼气蒸汽重整是重要的制氢方式,开发高效稳定的催化剂是其规模化应用的重要环节。基于此,采用连续浸渍法制备了一系列基于ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体的Ni基催化剂,对其进行了沼气蒸汽重整制氢催化性能测试。利用N_(2)吸/脱附、XRD等表征方法,分析了催化剂的织构性质、晶相组成等。探究了催化剂的物理结构和化学性质对沼气蒸汽重整制氢的影响机制,并探讨了焙烧温度与金属助剂Fe对催化剂催化性能的影响。结果表明,在700°C、空速12000 h^(-1)条件下,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)表现出突出的催化性能,CH_(4)转化率和H_(2)产率分别稳定在89.94%和81.49%。ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体相比于Al_(2)O_(3)载体增大了催化剂的比表面积,促进了平均粒径较小的Ni在载体表面的高度分散,进而提高了催化剂的催化沼气蒸汽重整制氢性能。焙烧温度可以调控催化剂的比表面积和孔体积,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)的比表面积和孔体积比焙烧温度为700°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)大。Fe与ZrO_(2)的耦合改性提升了催化剂的还原性能,生成了更多高活性Ni^(0),有利于甲烷干重整制氢反应的发生,调控了气体产物中的n_(H_(2))/n_(CO)。

Ni/SiO_(2)协同DBD等离子体催化甲烷干重整性能研究

分别采用沉积沉淀法(DP)和浸渍法(IMP)制备Ni/SiO_(2)催化剂前体,前体经H_(2)还原得到Ni/SiO_(2)-DP和Ni/SiO_(2)-IMP。对所制备的催化剂进行X射线衍射、X射线光电子能谱、N_(2)吸附-脱附、化学吸附、傅里叶变换红外、透射电镜和拉曼光谱表征,并考察其与介质阻挡放电等离子体(DBD)协同催化甲烷干重整(DRM)制合成气反应性能。研究结果表明,相较于Ni/SiO_(2)-IMP,Ni/SiO_(2)-DP因其较小的Ni颗粒尺寸、Ni与载体的强相互作用以及对反应物分子较强的吸附活化能力,具有更高的催化活性和稳定性。对Ni/SiO_(2)-DP制备条件考察结果表明,H_(2)等离子体还原(PR)的Ni/SiO_(2)-DP-PR比程序升温还原(TPR)的Ni/SiO_(2)-DP-TPR具有更高的催化活性。沉积沉淀时间为10 h,H_(2)等离子体还原时间为30 min时,CH_(4)和CO_(2)转化率分别为72.5%和78.2%,H_(2)和CO选择性分别为86.7%和94.2%,能量利用率为4.36 mmol/kJ。

Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化混合长链α-烯烃加氢

以γ-Al_(2)O_(3)为载体,通过等体积浸渍法(DI)和电荷增强型干浸渍法(CEDI)制备了不同Ni负载量(理论值,以载体质量为基准,下同)的催化剂Ni/γ-Al_(2)O_(3)(DI)和Ni/γ-Al_(2)O_(3)(CEDI)。通过SEM、TEM、BET和XPS对催化剂进行了表征,探究了催化剂孔径和混合烯烃粒径之间的关系对催化活性的影响,并考察了其在加氢反应中的性能。结果表明,Ni/γ-Al_(2)O_(3)(DI)和Ni/γ-Al_(2)O_(3)(CEDI)的平均孔径大于混合烯烃的平均粒径宽度(2.17 nm),减小了内扩散的影响,从而提高了催化活性;在120℃、3 MPa条件下,Ni负载量为15%的15Ni/γ-Al_(2)O_(3)(DI)对十八烯和混合烯烃的催化效率分别为9666.1和6580.9 mol/(g·h);而Ni负载量为20%的20Ni/γ-Al_(2)O_(3)(CEDI)对其催化效率更高,分别达到19591.3和14537.8 mol/(g·h)。这主要归因于CEDI通过调节γ-Al_(2)O_(3)表面酸碱性,利用电荷增强效应调控了Ni和γ-Al_(2)O_(3)间的相互作用,使Ni更均匀地分散在载体上,减小了Ni颗粒粒径的尺寸,并优化了活性组分的分散度和稳定性。

Ni/SiO_(2)催化剂催化2-甲基呋喃加氢性能

以硝酸镍为镍源、酸/碱性硅溶胶为硅源,采用共沉淀法制备了2种Ni/SiO_(2)催化剂。采用固定床反应器,评价Ni/SiO_(2)催化剂对于2-甲基呋喃(2-MF)气相加氢合成2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)的反应性能。通过XRD、N_(2)等温吸附-脱附、H_(2)-TPR、NH3-TPD、XPS、FTIR和TEM对催化剂进行了表征。考察了硅溶胶的酸碱性对Ni/SiO_(2)催化剂结构及性能的影响。结果表明,以酸性硅溶胶为硅源制备的Ni/SiO_(2)催化剂以弱酸中心酸量为主且存在中强酸中心,比表面积、平均孔径大,因而该催化剂加氢活性和2-MTHF的选择性较高。Ni/SiO_(2)催化剂稳定性良好,在最优反应条件〔温度90℃、H_(2)压力2 MPa、质量空速4.4 g 2-MF/(g催化剂·h)、H_(2)与2-MF物质的量之比为4∶1〕下进行催化剂稳定性测试(200 h),2-MF的转化率达到99.8%,2-MTHF的选择性均保持在97.5%左右。

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂电还原CO_(2)制CO研究进展

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂(Ni-N-C)电催化CO_(2)制CO,因其在较大的电流密度和较大的过电势下仍具有超高的CO选择性,引起了广泛关注。本文综述了Ni-N-C电催化CO_(2)制CO研究进展,包括氮掺杂碳材料基催化剂和Ni-N-C电催化CO_(2)制CO。总结了氮掺杂碳材料基催化剂中不同形态N的催化活性,目前为止,N在该类催化剂电化学还原CO_(2)中的确切作用没有达成共识。此外,还总结了Ni-N-C的催化性能、催化机理及催化性能改性方法,探讨了与Ni配位的N原子和缺陷位对催化活性的影响规律,分析了各类碳载体的优缺点。Ni-N-C电化学还原CO_(2)制CO研究已取得一定的进展,如电流密度可达工业级要求,但是其实现大规模工业化应用还需解决一些关键问题,如开发高活性和高稳定性Ni-N-C的定向制备技术;研发制备简易温和、成本低廉、具有抗腐蚀性、耐高温的先进碳载体材料。

高压下Mg_(2)Ni合金结构稳定性和弹性性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,本文对不同压强下Mg_(2)Ni合金的晶格结构和力学性能进行了计算和分析.计算结果表明:在0~60 GPa范围内,Mg_(2)Ni的晶格常数和晶胞体积随压强增加而单调减小.Mg_(2)Ni的弹性常数C_(11)、C_(12)、C_(13)、C_(33)和C_(44)在0~35 GPa压强下满足稳定性判据,在40~60 GPa压强下不满足稳定性判据,表明机械性能不稳定.高压会增强Mg_(2)Ni的体模量B、杨氏模量Y、剪切模量G.Mg_(2)Ni的柯西压力、G/B和泊松比,均表明Mg_(2)Ni在0~5 GPa压强下表现出脆性,在7~35 GPa压强下表现出延展性.

1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢的电化学腐蚀行为

为探究氯离子环境下阳极极化对于马氏体不锈钢的腐蚀行为、再钝化行为的影响,采用循环极化、恒电位极化、电化学阻抗谱等电化学测试方法,并利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线光电子能谱等手段研究阳极极化电位对1Cr12Ni3Mo2VN不锈钢耐蚀性的影响,分析了材料点蚀与再钝化的行为过程,以及耐蚀性与钝化膜成分的关系。结果表明,钝化区低电位下极化时表面不发生点蚀,钝化膜中Cr_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)含量占比增加而氢氧化物减少,增强了钝化膜的稳定性,材料耐蚀性提高;钝化区高电位下极化时电化学阻抗谱低频区出现感抗弧,材料表面形成稳态点蚀,蚀孔呈半椭球形,蚀孔内表层Cr、Mo含量升高而Fe、Ni含量降低;在混合电位下降至保护电位后发生再钝化现象,修复后的钝化膜较薄,阻抗值减小,点蚀敏感性增加。

MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)纳米针的制备及其超电性能研究

采用水热和电沉积方法成功合成出超级电容器MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)(MCON)电极材料。在导电基底泡沫镍上,絮状的Ni(OH)_(2)包覆着针状的MgCo_(2)O_(4),改善了母体材料的结构,构成了有效的电连接,从而增强导电性能。电化学性能测试表明,该MCON表现出优秀的电化学性能,其在1 mA/cm^(2)的电流密度下,比电容高达2635.4 F/g,容量提高了72.4%,且以14 mA/cm^(2)循环1000周次后比电容保持原有容量的91.2%。将MCON与活性炭分别以正极和负极组装成非对称超级电容器,其在电流密度1 A/g下,比电容达91.8 F/g。另外,该非对称超级电容器在功率密度为2.1 kW/kg下,能量密度为28.7 Wh/kg,同时点亮红色发光二极管时长高达25 min。研究结果表明设计复合材料拥有较强的储能能力,适合作为超级电容器电极材料。

Ni/CeO_(2)基催化剂构筑及其CO_(2)甲烷化催化性能研究进展

CO_(2)加氢制甲烷(即“CO_(2)甲烷化”)是实现碳中和目标的重要途径。CeO_(2)由于具有丰富的表面氧空位和优异的储氧性能被认为是重要的催化剂载体之一,过渡金属Ni也因为具有优异的催化性能和低廉的价格被广泛应用于催化剂的研究,CeO_(2)和金属Ni结合形成的Ni/CeO_(2)基催化剂在CO_(2)甲烷化反应中展现了良好的应用前景。阐述了Ni/CeO_(2)基催化剂催化CO_(2)甲烷化的机理,介绍了Ni/CeO_(2)基催化剂制备方法,重点总结了活性中心特征、载体性质、助剂类型和金属-载体相互作用等影响Ni/CeO_(2)基催化CO_(2)甲烷化催化性能的因素,并总结了改性Ni/CeO_(2)基催化剂的催化性能。分析发现,通过对Ni/CeO_(2)基催化剂进行改性,可以调控Ni/CeO_(2)基催化剂的CO_(2)甲烷化催化性能与产物选择性,可为提升其CO_(2)甲烷化催化性能提供新的思路。

集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的电解析氢自支撑薄膜催化剂

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还应具备适中的氢吸附能和较强的解离水的能力.铂基催化剂在电解析氢方面展现出了显著的优势,而同族的镍基催化剂因其高性价比而备受关注.然而,在电解析氢过程中,镍基催化剂存在氢吸附强度高和解离水能力弱两个重要缺陷,这导致析氢过程动力学不理想.因此,本文的研究思路是探索如何在镍基催化剂中引入功能性组分,以平衡氢吸附能和催化水解离的能力,从而实现析氢性能的提升.研究表明,碳纳米管(CNTs)可以改善催化剂的电解析氢性能,而Ni(OH)_(2)则可以提升催化剂解离水的能力.因此,本文采用复合电沉积法制得CNTs-Ni薄膜,并通过原位氧化在其表面形成Ni-Ni(OH)_(2)异质结构,构建了包含CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)两种功能组分的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)薄膜.该薄膜展现出与Pt/C相当的析氢活性和更出色的稳定性.微观形貌分析显示,CNTs的引入使CNTs-Ni薄膜具有复杂的三维结构,镍以高度褶皱的微球形态均匀负载在CNTs表面,形成巨大的比表面积.电化学测试和模拟计算结果证实,CNTs-Ni薄膜的析氢活性较纯镍有显著提高,这归因于其巨大的电化学活性面积以及CNTs对析氢过程动力学的积极影响.当优化沉积时间和CNTs表面镍的负载量时,CNTs-Ni薄膜的电化学活性面积和析氢活性均得到显著提升.进一步氧化处理后,通过X射线光电子能谱和X射线衍射等测试手段证实了Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的形成,并观察到电化学活性面积的增大和析氢活性的改善.此外,深入研究发现,随着氧化时间的延长,单位电化学活性面积上的析氢活性出现下降.结合析氢过程的背景电流分析推测,在析氢过程中CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)表面发生氢氧化镍的还原,重新生成的镍活性位点对提升析氢过程动力学起到关键作用.但过长的氧化时间可能会破坏镍活性位点的再生.基于此理论构建的计算模型验证了CNTs和异质结构对析氢活性的协同增强作用,使氢的吸附自由能达到理想值,理论上氢在复合薄膜表面的析出过电位接近于0 V.因此,在碱性溶液中,集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)析氢催化剂表现出优异的性能,其氢气起始析出电位为0 V,当阴极电流密度分别为10和50 mA/cm^(2)时,析氢过电位也仅为65和109 mV.综上所述,本文通过复合电沉积和原位氧化的方式获得了CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)自支撑析氢催化剂,不仅体现出明显的几何效应,而且也对析氢过程的动力学产生了积极影响.这种整合多种功能性组分的方式,为未来设计和制备高活性、高性价比的电解析氢材料提供了新的思路.

Ni@SiO_(2)核壳型催化剂上孔调控对甲烷干重整催化性能的影响

采用油包水微乳液法制备了Ni@SiO_(2)核壳型催化剂,并添加梯度物质的量的十六烷基三甲基溴化铵(C_(16)TAB)进行后处理,制备了具有不同多孔结构的Ni@SiO_(2)-xC_(16)系列催化剂。结合N_(2)吸/脱附、XRD、TEM、H_(2)-TPR、XPS和Raman光谱等表征方法对催化剂进行了分析,探究了Ni@SiO_(2)-xC_(16)外壳上孔结构对催化剂活性、稳定性以及抗积炭性能的影响。结果表明,Ni@SiO_(2)-xC_(16)具有更大的比表面积和更丰富的孔结构,有助于提高Ni颗粒的分散度和限制Ni颗粒尺寸小于5 nm,并强化Ni颗粒与载体的相互作用。在50 h的稳定性测试中,Ni@SiO_(2)的初始CH_(4)转化率低(68.5%)且稳定性弱,而经过C_(16)TAB后处理的Ni@SiO_(2)-2C_(16)和Ni@SiO_(2)-3C_(16)则具有高初始CH4转化率(均约84.1%)及高稳定性,产物中n(H_(2))/n(CO)超过0.97,且几乎没有发生失活。经进一步研究发现,Ni@SiO_(2)-xC_(16)中碳物种的类型发生改变,由大量难以消除的石墨碳转化为少量容易清除的无序碳,因此,Ni@SiO_(2)-xC_(16)的抗积炭与抗烧结性能得到了提升。

18Cr2Ni4W钢的热变形行为及热加工图

在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.005~0.5 s^(-1)及真应变为0.8的条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对18Cr2Ni4W钢进行热压缩试验,分析其真实应力-应变曲线,基于双曲正弦函数,建立了18Cr2Ni4W钢的热变形本构方程;采用动态材料模型(DMM),建立了18Cr2Ni4W钢在真应变为0.8时的热加工图。结果表明:18Cr2Ni4W钢在热加工过程中发生了动态再结晶,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而增加;峰值应力随应变速率的降低和变形温度的升高而降低。失稳区主要集中分布于变形温度为860~950℃、应变速率为0.03~0.5 s^(-1)的范围内,其显微组织为沿变形方向拉长的带状组织,并存在局部流动性,对应的功率耗散η值较低,小于0.2;安全区的显微组织是典型动态再结晶组织,功率耗散η值较高,在0.28~0.49之间。在真应变为0.8时,18Cr2Ni4W钢最佳的热加工工艺为:变形温度为975~1050℃、应变速率为0.01~0.14 s^(-1)以及变形温度为1050~1200℃、应变速率为0.01~0.5 s^(-1)。

金属-有机骨架衍生的Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)异质结用于光催化产氢及其电荷转移途径的确定

氢气是缓解环境污染和能源短缺的零污染绿色能源,利用太阳能诱导半导体裂解水制氢是最环保的方法之一。本文以MOFs衍生的Ni-CNT(Ni修饰的碳纳米管)作为非贵金属助催化剂,通过简单的油浴法原位生长ZnIn_(2)S_(4)纳米片合成了Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)。在Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)中,Ni纳米颗粒包裹在CNT的顶部和横截面上,有效地阻止了Ni纳米颗粒的团聚。Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)异质结构具有紧密的接触界面,有利于电荷转移,可作为高效的析氢光催化剂。38Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)样品具有最佳的产氢性能(12267μmol·h^(−1)·g^(−1)),约为纯ZnIn_(2)S_(4)的6.4倍,且在420 nm单色光下其表观量子效率达到11.3%。X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实了Ni-CNT/ZnIn_(2)S_(4)异质结构的存在。电化学测试表明,Ni-CNT与ZnIn_(2)S_(4)的结合促进了光生电荷的转移,有效地阻止了光生载流子的快速复合,从而增强了ZnIn_(2)S_(4)的析氢性能。电子自旋共振(ESR)结果进一步证明了Ni-CNT助催化剂的存在延长了ZnIn_(2)S_(4)光生电荷的寿命,促进了光生电荷和空穴的分离效率。通过密度泛函理论计算探索并确定了异质结界面中的电荷转移途径。Ni、CNT和ZnIn_(2)S_(4)费米能级的差异导致界面处电荷发生迁移从而形成内嵌电场,ZnIn_(2)S_(4)的能带向下弯曲,促进光生电子从ZnIn_(2)S_(4)流向NiCNT电子受体。平面平均电子密度差结果证实了热电子从Ni转移至CNT再转移至ZnIn_(2)S_(4),表明光生电子转移途径为ZnIn_(2)S_(4)→CNT→Ni。此外,吸附H*吉布斯自由能(ΔGH*)和晶体轨道哈密顿布居(COHP)结果表明Ni纳米颗粒可作为析氢反应的活性位点,促进了产氢效率。本工作将为开发低成本、高效的非贵金属光催化制氢催化剂提供新的策略。