MoS_(2)/ZnO异质结纳米材料降解亚甲基蓝的光催化性能研究

为了提高ZnO的光转换效率,选用带隙较低的MoS_(2)形成异质结提高ZnO的光催化性能。通过水热法制备ZnO纳米棒,并进一步制备MoS_(2)/ZnO异质结构的纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、固体紫外可见漫反射测试仪(UV-Vis)和紫外可见分光光度计(UV-245)等分析方法对样品的形貌、结构及光学性能等进行表征。结果表明,MoS_(2)/ZnO异质结复合材料呈棒状结构,并由于内建电场存在可有效增强光生载流子的分离效率,进而提高了可见光区的吸收,提高了光催化性能。在模拟太阳光(包含紫外波段)下,60 min时MoS_(2)-15/ZnO纳米复合材料对亚甲基蓝的降解率可达99%,比纯ZnO的降解率提高了10%。

CeO_(2)可见光催化合成APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂

可见光异相催化合成聚羧酸系减水剂是进一步提高单体活性种生成率和减水剂性能的有效手段。本文以CeO_(2)为催化剂,(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为引发剂,烯丙基聚氧乙烯醚(APGE-1000)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐为单体,可见光催化聚合制备出APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂,初始及含泥净浆流动度分别为295 mm和275 mm,30min后经时损失均为零,展现出良好的分散性、保坍性和抗泥性,性能优于相同条件下热聚合制备的同种减水剂。系统表征发现,两者性能存在差距的原因是分子量不同,但两种减水剂具有相同的水化和抗泥机理,均能延缓水泥水化进程并使蒙脱土层出现不完全的剥离或分叉,与聚合方式无关;并且CeO_(2)具有吸收可见光的能力,在可见光照射下可产生的·OH和·O_(2)^(-)参与聚合反应,促进单体活性种的生成,提高了聚羧酸减水剂的分子量和应用性能。

ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

CeO_(2)添加量对电弧增材制造铁基形状记忆合金组织和性能的影响

采用粉芯丝材+电弧增材制造技术制备了含不同质量分数(0,1%,2%,3%)CeO_(2)的Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni铁基形状记忆合金,研究了CeO_(2)添加量对试验合金显微组织和形状记忆性能的影响。结果表明:添加质量分数1%的CeO_(2)后,合金晶内析出相减少,晶界处析出较大尺寸的稀土化合物,组织均匀,弯曲变形后未出现ε马氏体跨晶生长现象,且马氏体交叉状态较少;当CeO_(2)质量分数增加至2%和3%时,晶内析出相增多,分布均匀性变差,且在弯曲变形后ε马氏体跨晶生长和交叉特征增多;随着CeO_(2)添加量增加,试验合金的晶粒尺寸减小,层错概率增大,形状回复率先增大后减小,当CeO_(2)质量分数为1%时晶粒尺寸较小,层错概率较大,形状回复率最大,形状记忆性能最好。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

结构钢电沉积Co-W/CeO_(2)复合镀层及其性能研究

选择CeO_(2)颗粒作为复合相,利用电沉积技术在普通结构钢表面制备出Co-W/CeO_(2)复合镀层,并研究镀液中CeO_(2)颗粒浓度对复合镀层的微观形貌、化学成分、结合力、硬度、耐磨性能以及高温抗氧化性能的影响。结果表明:Co-W/CeO_(2)复合镀层与基体结合牢固,表面分布着类似胞状的晶粒团聚体,其化学成分为Co、W、Ce和O元素。随着镀液中CeO_(2)颗粒浓度从2 g/L升高到15 g/L,复合镀层的晶粒团聚体尺寸差异先减小后增大,吸附在晶粒团聚体表面及边界处的CeO_(2)颗粒量先增多后减少,导致复合镀层的硬度、耐磨性能和高温抗氧化性能都呈先增强后下降的趋势。当镀液中CeO_(2)颗粒浓度为8g/L时,Co-W/CeO_(2)复合镀层的晶粒团聚体大小较为均匀,具有良好的致密性,其表面粗糙度仅为0.39μm。该复合镀层的硬度较Co-W合金镀层增大约76 HV,表现出良好的耐磨性能和高温抗氧化性能,摩擦系数和氧化增重量仅为0.43和0.74mg/cm^(2)。

CeO_(2)催化CO_(2)与甲醇合成碳酸二甲酯

针对CO_(2)和甲醇绿色合成碳酸二甲酯路线进行热力学计算分析。在反应压力0.1—8.0 MPa和反应温度293.15—473.15 K分别研究反应温度和反应压力对吉布斯自由能Δ_(r)G、平衡常数K和平衡转化率C的影响。在此基础上,以CeO_(2)为催化剂分别固定反应压力8.0 MPa或反应温度413.15 K,在不同反应温度或压力下进行反应,并将实验结果与热力学计算结果进行对比。结果表明:CeO_(2)在反应温度为373.15—473.15 K内表现出良好的催化性能,增大反应压力可以有效降低Δ_(r)G,并提高K和C,促进反应正向进行。此外,热力学计算结果显示,较低温度不同反应压力条件下,增加反应压力对反应平衡常数的增大更显著,且为开发高活性催化材料在较低温下催化CO_(2)和甲醇高效合成碳酸二甲酯提供理论参考。

CeO_(2)-In_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其在三乙胺气敏监测中的应用

以In(NO_(3))_(3)∙4.5H_(2)O和Ce(NO^(3))_(3)∙6H_(2)O为原料,对苯二甲酸为配体,N,N-二甲基甲酰胺为有机溶剂,通过热解金属有机骨架法(MOFs)成功制备了CeO_(2)-In_(2)O_(3)复合材料。采用X射线双晶粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis)和比表面积与孔隙度分析仪(BET)对材料的微观结构进行表征,研究了CeO_(2)-In_(2)O_(3)复合材料的气敏性能。结果表明,当In/Ce摩尔比为3∶1时,CeO_(2)-In_(2)O_(3)对1×10^(5)μg/L三乙胺(TEA)的响应值(48.37)最高,是纯In_(2)O_(3)(9.45)的5倍,响应/恢复时间缩短至36s/22s,且该复合材料在173℃的最佳工作温度下具有优异的选择性和长期稳定性。复合材料传感性能的增强可归因于热解金属有机骨架法提供的大比表面积以及n-n异质结的形成。

气氛环境下Au/CeO_(2)催化剂烧结行为的原位电镜研究

气氛环境下原位研究催化剂的烧结行为,能够为理解催化剂在预处理以及反应条件下的烧结机理和高稳定催化剂的设计提供重要的实验依据。本文以Au/CeO_(2)模型纳米催化剂为研究对象,利用环境透射电子显微镜原位观察其在O_(2)与CO气氛下的高温动态烧结过程。实验发现,负载在CeO_(2)上的Au纳米颗粒在O_(2)与CO气氛环境中表现出不同的烧结行为,其在O_(2)气氛下具有较高的烧结速度,同时存在颗粒迁移与聚集长大(particle migration and coalescence,PMC)和奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening,OR)两种烧结过程;在CO气氛下烧结速度较慢,烧结过程以OR为主。对比不同气氛环境下烧结后催化剂的表面结构可知,CO增加了CeO_(2)表面台阶的数量以及表面氧空位浓度,增强了载体对Au颗粒的锚定作用,从而提升Au/CeO_(2)催化剂的稳定性。

CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂实验研究

考察了第二金属Ni改性对CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂活性的影响,并通过XRD、BET、XPS、H_(2)-TPR等手段对改性前后催化剂结构进行了表征。结果表明:金属负载量为20%时,Cu/CeO_(2)的比表面积最大;Cu与Ni质量比为3∶1时,催化剂碱度最大,氧空位含量最高,Cu-Ni协同作用最强;该催化剂在反应温度240℃、反应压力3 MPa、液时空速2400 mL/(g·h)、H_(2)与CO_(2)体积比为3∶1时催化CO_(2)加氢制甲醇效果较优,CO_(2)转化率为18.5%,甲醇时空产率为40.43 g/(kg·h)。

CeO_(2)/MoSi_(2)改性ZrB_(2)-SiC陶瓷的烧结性能及耐烧蚀性能

无压烧结ZrB_(2)-SiC陶瓷可制备复杂形状构件,但致密化难且耐烧蚀性能有待提高,因此亟需研究能够改善陶瓷致密化的有效烧结助剂。本文采用CeO_(2)和MoSi_(2)为烧结助剂,在1850℃无压烧结1 h条件下制备了ZrB_(2)-SiC陶瓷,研究了CeO_(2)和MoSi_(2)对ZrB_(2)-SiC陶瓷烧结性能和耐烧蚀性能的影响。结果表明,当5%(体积分数)的烧结助剂中CeO_(2)和MoSi_(2)体积比为1∶1时,ZrB_(2)-SiC陶瓷的烧结性能、耐烧蚀性能最佳。烧结助剂在烧结过程中形成Ce-Mo液相,陶瓷颗粒在液相的表面张力下重排和传质,Ce-Mo液相促进陶瓷颗粒在毛细力下形成烧结颈,填充于陶瓷颗粒的间隙中,并在降低陶瓷晶粒的晶界能时促进致密化进程,最终获得无压烧结密度为5.02 g/cm^(3)、相对密度为89.71%、维氏硬度为14.04 GPa的ZrB_(2)-SiC陶瓷。相对于未添加烧结助剂时,实际密度提高了53%,维氏硬度提高了43%。在烧蚀过程中,烧结助剂适量补充SiO_(2)后可促进黏度适宜的玻璃相自愈合,并提高ZrO_(2)的稳定性,使ZrB_(2)-SiC陶瓷具有最好的耐烧蚀性能,此时ZrB_(2)-SiC陶瓷质量烧蚀率为-1.62 mg/s,线烧蚀率为0.33μm/s。

以CeO_(2)为载体的Fe基载氧体与CO反应机理模拟

化学链燃烧技术是一种新型的近“零碳”排放燃烧技术,载氧体在化学链燃烧反应过程中发挥着载氧和传热的双重作用。以活性催化组分为载体,通过调谐微观结构提高Fe基载氧体的反应性能是目前化学链领域的研究热点之一。基于密度泛函理论,以CeO_(2)为活性催化载体,对Fe基载氧体进行催化调谐。通过优化构建组合物模型,系统分析了组合物模型中Fe_(2)O_(3)团簇不同点位吸附CO的态密度、吸附能、差分电荷密度和活化能等电子结构特性参数。研究结果表明,Fe_(2)O_(3)团簇的电子向CeO_(2)(111)表面转移,Fe_(2)O_(3)团簇的吸附能为-3.92 eV,Fe2O3团簇与CeO_(2)(111)表面稳定结合;态密度(DOS)分析发现负载后的Fe_(2)O_(3)团簇p和d轨道在-8~0 eV电子向费米能级方向迁移,表明吸附作用增强。Fe_(2)O_(3)团簇p和d轨道中电子减少,现存电子向高能级跃迁,Fe_(2)O_(3)团簇电子活性增强,CO分子在Fe_(2)O_(3)/CeO2复合载氧体的Fe_(2)O_(3)团簇3个吸附位反应的活化能均降低。此外,CeO_(2)(111)增强了CO在Fe_(2)O_(3)团簇Fe顶位的吸附作用,吸附能由-0.33 eV增至-1.78 eV;同时,削弱了在O顶位的过强吸附作用,吸附能由-2.69 eV降至-2.32 eV,有利于后期CO_(2)分子脱离Fe_(2)O_(3)团簇表面,从而有效调谐Fe2O3团簇整体对CO的吸附效果,为Fe基载氧体的设计制备和优化调谐提供理论指导。

CeO_(2)/PTFE涂层微粗糙结构的构筑及其超疏水性能

采用熔盐法制备呈八面体状、粒径尺寸分布在300~500 nm的CeO_(2)颗粒,借助喷涂法制备CeO_(2)/PTFE涂层,目的是通过CeO_(2)颗粒的加入填充或者嵌入在PTFE的网络结构上,以此构筑CeO_(2)/PTFE涂层微粗糙结构提高其疏水性能.探讨不同的CeO_(2)颗粒含量在不同硬度铝基底上(Al 3003和Al 3004)对CeO_(2)/PTFE涂层疏水性能的影响,进而从“CeO_(2)颗粒的显微结构”和“微粗糙结构的构筑”两个方面阐明CeO_(2)/PTFE涂层的超疏水机理.结果表明:当CeO_(2)颗粒含量为0.5 wt%时,从SEM图中看出CeO_(2)/PTFE涂层的表面出现大量突起且呈现密集均匀排布即构筑出“单层连续网络结构”;CeO_(2)颗粒嵌入PTFE涂层的网络结构中CeO_(2)/PTFE涂层疏水性能最佳,从润湿性分析得到在Al 3003和Al 3004接触角分别为154.7°和153.3°.当CeO_(2)颗粒含量小于0.5 wt%时,构筑涂层表面呈现“孤岛状结构”;大于0.5 wt%时,构筑涂层表面呈现“多层不连续网络结构”.

富H_(2)/CO_(2)气氛下CuO-NiO/CeO_(2)催化CO-PROX性能的研究

采用分步浸渍法制备CuO-NiO/CeO_(2)催化剂,通过XRD、BET、H_(2)-TPR、Raman和XPS手段对催化剂进行表征,探究NiO-CeO_(2)前驱体焙烧温度对催化剂物化性质及富H_(2)/CO_(2)气氛下CO选择性氧化性能的影响。结果表明,前驱体焙烧温度主要影响催化剂的还原性能和氧空位的含量。当焙烧温度为500℃时,催化剂中氧空位的含量较高,其催化性能较好。在反应温度为130℃,氧过量系数为1.2,空速为20266 mL/(g·h)时,CO转化率为95.9%,CO氧化选择性为86.3%。

助剂对ZnO/ZrO_(2)物化性质及催化性能的影响

CO_(2)加氢制甲醇是实现碳中和目标的有效途径。尽管已报道的ZnO/ZrO_(2)催化剂具有高活性和稳定性,但其催化性能仍有望进一步提高。采用浸渍法制备得到一系列不同元素掺杂的Ma-ZnO_(x)/ZrO_(2)催化剂,并通过评价发现只有Ga促进了ZnO/ZrO_(2)催化剂催化CO_(2)加氢制甲醇。其中,5%Ga-ZnO_(x)/ZrO_(2)催化剂表现出优异的催化性能,在反应条件:P=3 MPa、T=320℃、V(H_(2))∶V(CO_(2))=4∶1、气体质量空速(WHSV)=24 000 mL/(g·h)时CO_(2)转化率为7.2%,甲醇选择性为81.0%,甲醇时空产率可达410 mg/(g·h),是ZnO/ZrO_(2)的1.26倍,且在反应100 h内催化性能无明显衰减。X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)表征发现,适量Ga助剂的掺入可以促进催化剂中氧空位的形成。H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)、CO_(2)/H_(2)程序升温脱附(CO_(2)/H_(2)-TPD)结果表明,Ga助剂的掺入增强了ZnO/ZrO_(2)催化剂活性位点的活性,Ga-ZnO_(x)/ZrO_(2)催化剂表现出更强的CO_(2)和H_(2)吸附活化能力。原位漫反射傅里叶变换红外(in situ DRIFTS)结果表明,各催化剂合成甲醇均遵循甲酸盐-甲氧基路径,Ga助剂的掺入促进了甲醇中间体的形成,并且更有利于HCOO*物种向CH3O*物种的转化,从而提高甲醇产率。

CeO_(2)@AC合成及其光催化性能研究

分别以Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、活性炭(AC)为铈源和碳源,利用氨水调节反应体系pH,室温下使Ce^(3+)形成氢氧化铈并沉积在活性炭表面,经陈化、过滤、洗涤、干燥等步骤得到催化剂前驱物,前驱物经煅烧后得到CeO_(2)@AC.分别采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、红外光谱(FT-IR)和拉曼(Raman)光谱等技术对产物结构性能进行表征.用罗丹明B(RhB)溶液的光催化降解效率评价CeO_(2)@AC的光催化活性,并考察煅烧温度、活性炭用量及催化体系pH对光催化效率的影响.结果表明:产物为立方萤石结构CeO_(2);当煅烧温度为600℃,碳掺杂量为5%,pH=4时,合成催化剂对RhB的光催化效果最好;合成产物CeO_(2)@AC的光催化效率高于以商用CeO_(2)和活性炭为合成材料的光催化效率.该研究可为相关材料合成及其应用提供借鉴.

m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比对低熔点封接玻璃Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-ZnO结构、性能与润湿性的影响

针对真空玻璃封接的性能要求,本文采用高温熔融法制备了一种针对真空玻璃封接的铋系非晶无铅玻璃粉,通过高温X射线衍射、粉末X射线衍射、拉曼光谱、差式扫描量热仪、热膨胀测试和扫描电子显微镜等测试方法,研究了m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比对Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-ZnO玻璃的网络结构、特征温度、热膨胀系数和封接温度的影响。结果表明,增加m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比可促进锌氧多面体由[ZnO_(4)]向[ZnO_(6)]转变,导致热膨胀系数降低,特征温度升高。当m(Bi_(2)O_(3))∶m(B_(2)O_(3))∶m(ZnO)质量比为80∶7∶13,玻璃具有较低的玻璃化转变温度T_(g)(371℃)和膨胀软化温度T_(f)(401℃),热膨胀系数为9.3×10^(-6)℃^(-1),封接温度为450℃,可满足真空玻璃封接对低熔点封接玻璃粉的要求。

CeO_(2)载体在CO_(2)加氢制甲醇中的应用和研究进展

随着经济的快速发展,CO_(2)排放导致的温室效应日益严峻,通过与绿氢反应将其转化为甲醇等有价值的化工产品是减少CO_(2)排放、缓解全球气候变暖的有效途径。近年来,CeO_(2)负载金属催化剂在CO_(2)加氢制甲醇反应中得到了广泛关注。本文主要综述了CeO_(2)表面氧空位和碱性位点、Ce3+/Ce4+可逆氧化还原能力、几何形貌等特性在CO_(2)/H_(2)吸附活化和甲醇形成过程中所起到的重要作用,比较了CeO_(2)与ZrO_(2)、ZnO以及复合金属氧化物等载体在反应中的差异,提出了CeO_(2)载体催化剂在确认活性关键中间体、兼顾CO_(2)转化率和甲醇选择性、提高催化活性与稳定性等方面的不足和挑战,以期为新型CO_(2)加氢制甲醇催化剂的设计提供有益参考。

制备方法对Ru/CeO_(2)催化氨分解性能的影响

采用共沉淀法、沉积沉淀法和浸渍法制备了Ru/CeO_(2)催化剂,利用XRD、N_(2)吸附-脱附、SEM、CO_(2)-TPD、H_(2)-TPD、H_(2)-TPR、XPS、N_(2)-TPD等方法对催化剂进行表征,并考察了催化剂的氨分解性能。实验结果表明,共沉淀法制备的Ru/CeO_(2)-CP催化剂在450℃、气时空速15000 h-1条件下,氨转化率可达80.7%,是沉积沉淀法和浸渍法制备Ru/CeO_(2)催化剂的1.3,2.7倍。共沉淀法制备的催化剂表面疏松,具有最大的比表面积,为催化剂提供了更为丰富的碱性位点。CeO_(2)载体与Ru金属间的强相互作用有利于电子从CeO_(2)向Ru的转移,提高了Ru粒子表面的电子密度,促进了N物种在催化剂表面的结合脱附。

Pt掺杂CeO_(2)对磷酸铁锂电池热失控特征气体CO的吸附与传感机理研究

近年来,磷酸铁锂储能电池热失控现象引发的安全问题备受关注,热失控气体特征量的有效检测对评估其运行状态具有重要意义,其中一氧化碳(CO)是磷酸铁锂储能电池过充热失控的重要特征气体。基于第一性原理建立了本征二氧化铈(CeO_(2))、铂(Pt)掺杂改性CeO_(2)模型及CO吸附模型,从吸附能、电荷转移、能带、态密度等方面分析了CeO_(2)基气敏材料的改性机理和气体吸附机理。结果表明本征二氧化铈吸附一氧化碳(CO—CeO_(2))的吸附能仅为-0.2028 eV,表现出较弱的物理吸附能力,而铂掺杂二氧化铈(Pt—CeO_(2))对CO的吸附能达到-0.8020 eV,表现出优异的化学吸附性能,对应的电荷转移值为0.0290 e,掺杂Pt后CeO_(2)的能带从1.933 eV降低到1.259 eV,对CO的吸附距离从3.183A缩短为2.021A。因此,Pt掺杂改性CeO_(2)可作为磷酸铁锂电池热失控特征气体CO检测传感器的候选者,为开发高灵敏、低功耗的磷酸铁锂储能电池热失控特征气体检测传感器提供理论支撑。