富勒醇负载铁钌双功能电催化剂的制备及其锌空电池性能

氢能源被认为是未来最具发展潜力的二次能源,而电解水制氢是目前应用广泛的手段之一.同时,锌空电池因所需成本较低、对环境友好及能量密度高等优势引起了社会广泛关注.作为电解水和锌空电池的两个核心反应,即氧析出反应(OER)和氧还原反应(ORR)主要依赖于RuO_(2)/IrO_(2)和Pt/C等贵金属作为催化剂来降低反应的过电位.然而,由于贵金属高成本、资源稀缺等问题,其商业化应用被限制.基于此,本文通过水热法将Fe/Ru元素负载在富勒醇分子上以降低Ru的使用量,热处理后得到富勒醇锚定的Ru_(4)Fe合金电催化剂FeRu@C_(60)(OH)_(n)/NC.电化学测试表明FeRu@C_(60)(OH)_(n)/NC是一种高效双功能电催化剂,表现出良好的OER和ORR催化活性,且其性能可媲美商业催化剂IrO_(2)与Pt/C.以所得催化剂作为阳极活性材料组装的锌空电池表现出146.25 mW cm^(-2)的功率密度和良好的循环稳定性.该论文为制备新型高效双功能电催化剂提供了新的思路.

原位合成SiC对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

以铝粉、硅粉、石墨粉为原料,通过冷压真空烧结原位合成了含不同质量分数SiC颗粒的SiC/Al-18Si复合材料。利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜和能谱分析仪等设备手段表征了铝基复合材料的相组成和微观结构,研究了原位合成SiC对复合材料微观结构、抗弯强度和显微硬度的影响,分析了复合材料力学性能的变化规律。结果表明:复合材料的基体相为Al相,第二相为Si相和SiC相;原位合成的SiC颗粒弥散细小的分布在Al基体中,其颗粒尺寸主要分布在0.2~2.8μm,具有亚微米、微米级的多尺度特性;随着SiC质量分数的不断增加,复合材料的显微硬度增大,同时颗粒的平均尺寸仅由0.81μm增大到1.13μm,但仍均匀分布,正是这种尺寸稳定性,使得SiC/Al-18Si复合材料硬度远大于Al-18Si;当SiC质量分数为30%时,材料的显微硬度最高,达到HV 134,相较于Al-18Si提高了88%。

ZIF-8/C60复合物衍生电催化剂的制备及其水氧化性能

电解水析氧反应(OER)是获得氢能源的重要环节,目前商业化的贵金属催化剂高昂的成本极大地限制了电解水产氢的市场化推广,因此开发新型非金属基的OER电催化剂具有重要的研究价值.该工作首次采用共沉淀法将沸石咪唑酯(ZIF-8)与富勒烯C 60进行复合,成功制备了ZIF-8/C 60复合物,产物经高温煅烧获得了多孔碳材料ZIF-8/C 60-C,采用XRD、SEM、TEM、Raman等手段对产物进行了结构和形貌表征,电化学测试结果表明该催化剂具有良好的OER活性,相比于直接碳化的ZIF-8(ZIF-8-C)和ZIF-8/C 60,ZIF-8/C 60-C表现出最小的过电位和Tafel斜率,这得益于其较小的电荷转移电阻和较大的电化学活性面积(ECSA),说明富勒烯的引入不仅提高了复合材料的导电性,而且增加了催化活性位点.稳定性测试表明该催化剂可以连续稳定使用6 h.该工作为制备新型碳基纳米电催化剂提供了新的思路.

原位聚合AMPS吸水树脂改性NHL对砂岩裂隙灌浆性能的影响

天然水硬性石灰(NHL)是在石质文物保护领域极具潜力的灌浆材料,但较低的强度和较高的脆性限制了其应用。采用一步法原位聚合制备了2−丙烯酰胺基−2−甲基丙磺酸(AMPS)吸水树脂,得到AMPS/NHL复合材料;通过XRD、FT-IR、SEM等手段对其进行了表征,通过等温量热仪监测AMPS吸水树脂改性前后NHL的水化放热情况;利用万能试验机测试了固化浆体的力学性能(抗压、抗弯以及黏接强度)。结果表明,AMPS在NHL浆体中产生的针网状结构能够在基体中起到穿针引线的作用,加强浆体内部联系,提高黏结效果,从而显著增强浆体的力学性能。3%的AMPS改性浆体在固化28 d后,抗压强度高达5.37 MPa,较改性前提高了60.7%,黏接和抗弯强度分别提高了12.8%和32.5%。

MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

目的以MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,在25(室温)~400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法以氢氟酸为MAX相(Ti_(3)AlC_(2))粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2TxMXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以Cu O为固化剂,分别以Ti_(3)C_(2)T_(x)和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果当Ti_(3)C_(2)T_(x)与Al(H_(2)PO_(4))_(3)的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10-4mm3/(N·m)。在Ti_(3)C_(2)T_(x)表面负载MoS2,将MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400℃范围内,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论相较于Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦学性能均得到显著提升。

三元Laves相Cr-Nb-Si(Al)合金的组织演变与强韧化机理

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了两种系列的Laves相Cr-Nb-Si(Al)合金,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、Vickers硬度计及万能力学试验机研究了合金的显微组织、力学性能及强韧化机理。结果表明:随着Al含量不断增加,合金Cr-45Nb-xAl(x=0,7.5,17.5)的显微组织由初生相Cr_(2)Nb+共晶Cr_(2)Nb/Nb固溶体(Nbss)演变为全共晶Cr_(2)Nb/Nbss;而随着Si含量不断增加,合金Cr-57.5Nb-xSi(x=0,5,10)的显微组织由初生相Nbss+共晶Cr_(2)Nb/Nbss演变为海藻-树枝晶共晶,树枝晶内部为两相共晶Cr_(2)Nb/Nbss,树枝晶边缘为三相共晶Cr_(2)Nb/Nb_(5)Si_(3)/Nbss。合金Cr-45Nb-xAl(x=0,7.5,17.5)的压缩强度与断裂韧性随Al含量增加不断减小,而合金Cr-57.5Nb-xSi(x=0,5,10)的压缩强度与断裂韧性随Si含量增加呈现先增大后减小的趋势,压缩强度与断裂韧性在Cr-57.5Nb-5Si合金均达到最大值,其值分别为2.5 GPa和15 MPa·m^(1/2)。合金Cr-57.5Nb-5Si优异的强韧性源于析出强化、界面强化、固溶强化、第二相增韧及合金化增韧的协同作用。