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过渡金属氮化物中单原子固溶和力学性能的第一性原理研究

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计算物理 2013年第3期30卷 433-440页

作者：刘学杰任元内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,计算Si原子在Ti族和V族氮化物中以及B、C和Ge原子在TiN晶体中固溶的稳定结构,讨论置换型和间隙型固溶的低能量稳定结构与晶体间距的关系,研究金属氮化物和固溶原子固溶结构的力学性能.结果表明:Si原... 详细信息

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,计算Si原子在Ti族和V族氮化物中以及B、C和Ge原子在TiN晶体中固溶的稳定结构,讨论置换型和间隙型固溶的低能量稳定结构与晶体间距的关系,研究金属氮化物和固溶原子固溶结构的力学性能.结果表明:Si原子在TiN、ZrN、HfN和TaN晶体中固溶以及Ge原子在TiN晶体中固溶情况为,单原子不进入对应过渡金属氮化物晶体中形成间隙固溶或置换固溶,随着晶体间距离变化单原子可以在晶体之间形成间隙固溶或置换固溶;Si原子在NbN以及B原子在TiN晶体中可以实现间隙固溶,而不能形成置换固溶;Si原子在VN和C原子在TiN晶体中固溶结构形式均为置换固溶.单原子固溶形成低能量置换型固溶体和间隙型固溶体的弹性常数、体模量和剪切模量均低于原过渡金属氮化物的对应值.

关键词：单原子过渡金属氮化物第一性原理固溶结构力学性能

焙烧温度对MnZnO_(x)物化性质及催化性能的影响

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无机盐工业 2021年第4期53卷 95-100页

作者：肖亦寒曹建新刘飞易芸贵州大学化学与化工学院贵州贵阳550025 贵州省绿色化工与清洁能源技术重点实验室贵州省工业废弃物高效利用工程研究中心

采用湿化学共沉淀法制备了MnZnO_(x)固溶结构催化剂,考察了焙烧温度对催化剂物化性质和催化性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附、CO_(2)-TPD(程序升温脱附)及H_(2)-TPR(程序升温还原)等手段对不同... 详细信息

采用湿化学共沉淀法制备了MnZnO_(x)固溶结构催化剂,考察了焙烧温度对催化剂物化性质和催化性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附、CO_(2)-TPD(程序升温脱附)及H_(2)-TPR(程序升温还原)等手段对不同焙烧温度下催化剂物化性质进行了分析表征。结果表明,焙烧温度对MnZnO_(x)晶相组成、孔结构性质、二氧化碳吸附特性及表面氧空位浓度等物化性质影响较大。500℃焙烧条件下制得的MnZnO_(x)催化剂形成了具有丰富的表面氧空位、较大的二氧化碳吸附量和介孔孔容且溶质组分分散均匀的固溶结构。在反应压力为3.0 MPa、反应空速(GHSV)为14400 mL/(g·h)、V(氢气)∶V(二氧化碳)∶V(氮气)=72∶24∶4条件下,MnZnO_(x)催化剂于380℃表现出优异的催化性能,甲醇选择性为86.1%、二氧化碳转化率为16.0%、甲醇时空产率(STY)达0.68 gMe OH/(h·gcat)。

关键词： MnZnO_(x) 固溶结构焙烧温度氧空位 CO_(2)加氢

MeCeOx(Me=In,Zr)固溶催化剂制备及催化合成碳酸二甲酯研究

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人工晶体学报 2021年第1期50卷 113-121页

作者：王逸舟刘飞赵天翔曹建新许芳贵州大学化学与化工学院贵阳550025 贵州大学贵州省绿色化工与清洁能源技术重点实验室贵阳550025 贵州民族大学材料科学与工程学院贵阳550025

采用液相共沉淀法制备了MeCeOx(Me=In,Zr)双金属氧化物固溶催化剂。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H 2-TPR)、程序升温脱附(CO2-TPD、CH 3OH-TPD)及漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等手段对催化剂物化性质... 详细信息

采用液相共沉淀法制备了MeCeOx(Me=In,Zr)双金属氧化物固溶催化剂。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H 2-TPR)、程序升温脱附(CO2-TPD、CH 3OH-TPD)及漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等手段对催化剂物化性质进行了分析表征。在系统考察不同金属氧化物种类和掺杂量的基础上,对比研究了不同金属氧化物掺杂改性CeO2制得固溶催化剂的结构性质及催化行为。结果表明:不同金属氧化物掺杂改性制得的MeCeOx(Me=In,Zr)双金属氧化物,由于形成的固溶结构增大了氧空位缺陷浓度;InCeOx具有最大的氧空位缺陷浓度和CO2、CH 3OH分子化学吸附量;在反应压力1.0 MPa、反应温度140℃,反应空速(GHSV)3600 mL/(g·h)、V(CO2)/V(CH 3OH)/V(N2)=4∶1∶5条件下,InCeOx表现出优异的催化性能,碳酸二甲酯(DMC)选择性91.3%,CH 3OH转化率8.4%,碳酸二甲酯STY(时空产率)达0.11 g DMC·h^-1·g^-1 cat。原位红外分析进一步揭示了氧空位活化CO2及中间体单配位甲氧基的形成是碳酸二甲酯高选择性的关键。

关键词： InCeOx催化剂双金属氧化物固溶结构氧空位碳酸二甲酯

Al-X（B、C、O）合金薄膜结构与力学性能的理论研究

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Al-X（B、C、O）合金薄膜结构与力学性能的理论研究

作者：丁闯内蒙古科技大学

学位级别：硕士

铝合金因质轻可塑、价格较低、易导热导电等优异性能,在航空航天、汽车等各个领域都得到了广泛应用,是最重要工程材料之一。然而,较低的力学强度限制其应用范围的进一步扩大。采用合金化的方式是改善A1合金性能的重要途径。因此,研究新... 详细信息

铝合金因质轻可塑、价格较低、易导热导电等优异性能,在航空航天、汽车等各个领域都得到了广泛应用,是最重要工程材料之一。然而,较低的力学强度限制其应用范围的进一步扩大。采用合金化的方式是改善A1合金性能的重要途径。因此,研究新合金元素对Al合金性能的影响具有现实意义。研究发现,B、C、O等小原子元素形成的间隙型固溶不仅可以避免由于高合金含量带来的薄膜韧性和耐蚀性降低等问题,还可展现其独特的生长结构和超乎寻常的强化效率,同时也降低了薄膜的制备成本。因此,通过掺杂B、C、O等小原子是改善性能有效的方法之一。于是,本论文采用第一性原理方法对Al-X（B、C、O）合金的固溶结构和性能影响机制展开了研究:据固溶结合能分析,在含量不超过3at.%情况下,Al-X（B、C、O）的结合能均为负值,结构具有热力学稳定性。对比置换固溶、八面体间隙固溶和四面体间隙固溶三种形式,B和C原子以空间间隙最大的八面体间隙形式固溶于A1晶体中,而O原子以四面体间隙形式固溶于Al晶体中。间隙固溶Al-X（B、C、O）合金的力学性能较为复杂。B原子的加入,合金的弹性常数以及弹性模量总体呈现下降趋势,各向异性程度明显减弱,而Al-B的理想剪切强度还略微降低,并且通过广义层错能计算发现,B原子的掺杂使得最大广义层错增加至原来的2倍,合金在形变过程中位错滑移将变得相对困难。随着C原子的加入和含量的增加,Al-C合金的弹性常数和弹性模量呈下降趋势,各向异性程度明显减弱;并且C原子的掺杂,不仅使Al-C合金的理想强度得到了提高,而且最大应变也得到了增加;另外,C原子的加入,还降低了合金的最大层错能（降低了10.26%）,使得合金形变过程中位错滑移变得相对容易。O原子固溶情况与C原子情况类似,O原子的固溶使得Al合金弹性模量总体略微下降,各向异性程度明显减弱,当0.9at.%O含量时,合金的延展性达到峰值;在理想剪切形变过程中,应变值为0.231时,Al-O合金获得最大的剪切应力（3.37GPa）,相比纯Al,理想剪切强度明显提高。另外,固溶O原子还使得最大层错能降低了 13.97%。通过研究Al-X（B、C、O）的态密度与总态密度,在费米能级处的电子不为0,说明Al-X合金都表现出明显的金属性。我们发现B-A1间形成以共价键为主的混合键型,而C和O与A1形成的是以离子键为主的混合键型。并且费米能级处态密度值处于低位,也进一步说明Al-X（B、C、O）是稳定性结构。这些理论计算结果为优化新型Al合金的成分起了很好的导向作用,并且可以得到实验中无法得到的性能参数,也为研究Al合金材料提供一些有价值的研究成果。

关键词：铝合金弹性性质固溶结构力学性能第一性原理