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催化法治理挥发性有机物污染的研究进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 71-96页

作者：张红红王治伟隗陆刘雨溪戴洪兴邓积光北京工业大学材料科学与工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室绿色催化与分离北京市重点实验室北京100124

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对... 详细信息

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对人类健康构成了严重威胁.因此,治理VOCs污染对于降低环境风险至关重要.鉴于实际工况条件复杂,多种VOCs(烷烃、芳香烃、卤代烃、醛酮和醇酯等)共存,它们的极性和浓度存在差异,在催化剂上的吸附、活化和转化过程不同,因此,对催化剂高效消除多组分VOCs的能力提出了挑战.目前,在众多净化VOCs的技术中,催化氧化法因其高效率、低能耗等优势在末端污染控制中越来越受到重视.本文主要介绍了近十年来通过热催化或光热催化消除污染物的代表性研究工作.首先,系统地总结了用于热催化消除单一VOC和典型多组分VOCs(例如,医药行业:甲苯和丙酮;家具涂料行业:甲苯和异己烷等)、协同消除VOCs和NO_(x),以及VOCs资源化利用(选择催化转化VOCs为高附加值产品)而设计和制备的各种具有独特形貌和结构的过渡金属氧化物纳米催化剂、贵金属颗粒纳米催化剂、贵金属单原子催化剂等,并探讨了其氧化还原性、酸性、氧物种、载体孔结构、贵金属分散度等对催化活性和稳定性的影响机制及优化策略.其次,鉴于化石燃料的日益减少,本文还概述了光热协同催化技术,该技术结合了光催化和热催化技术,通过太阳光的光热转换,能够在较低的温度下高效催化消除VOCs,并介绍了其效率和转化机制.此外,文中还深入分析了H_(2)O,CO_(2)和SO_(2)等气体对催化稳定性的影响机制.最后,考虑到我国当前大气污染防治面临更为复杂的复合污染问题等挑战,对未来发展趋势提出了展望:(1)利用活性空间和活性位点分离策略协同催化净化VOCs和NO_(x),从而实现催化氧化和还原反应的高效进行.(2)聚焦于大气污染物和温室气体的协同处理,探究CO_(2)和VOCs协同转化的路径和效率,为减污降碳和实现碳中和提供新思路.(3)设计合成新型串联催化剂用于安全转化含CVOCs的多组分污染物,以实现VOCs污染广谱性控制.(4)发展先进的原位表征技术(如原位电子显微镜、同位素示踪技术、原位拉曼光谱、原位X射线光电子能谱等)以实时检测催化剂的原子结构变化、吸附VOCs分子降解的中间体变化等,并结合理论计算确定最优反应路径,从而指导催化剂的设计与优化.(5)深入研究外场(例如,光能、电能、磁能)耦合热催化降解VOCs的技术,以期实现反应条件更温和、反应速率更高的催化过程.综上,本文综述了通过实验和理论计算手段揭示催化剂消除VOCs污染的性能与构效关系的研究进展,系统地呈现了治理VOCs污染研究的基本逻辑和框架体系,以期为后续开发高活性、高稳定性和高选择性的催化剂及其工业化应用提供借鉴.

关键词：挥发性有机物纳米催化剂催化氧化协同催化资源化利用

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质谱类仪器多样化开放共享管理探讨

实验技术与管理 2024年

作者：王安冬祝永卫赵敏坚何淼周刚赵明北京工业大学国有资产与实验室管理处北京工业大学材料科学与工程学院

为了提高高校大型仪器的使用率，切实发挥大型科研仪器对人才培养、科技创新、社会服务的支撑作用，该文探讨了质谱类仪器在高校中面临的资源分散且利用率低、种类多样难以统一规范管理、维护管理专业能力要求高等问题。根据学校科研发... 详细信息

为了提高高校大型仪器的使用率，切实发挥大型科研仪器对人才培养、科技创新、社会服务的支撑作用，该文探讨了质谱类仪器在高校中面临的资源分散且利用率低、种类多样难以统一规范管理、维护管理专业能力要求高等问题。根据学校科研发展和质谱仪器现状等情况，结合质谱分析的特点，提出因人制宜、因仪制宜、因境制宜的管理思路，以期为更多高校质谱类仪器的开放共享提供经验。

关键词：开放共享质谱仪仪器管理高校仪器平台

电化学储能及传感用细菌纤维素及其复合材料的研究进展

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复合材料学报 2024年第6期41卷 2745-2760页

作者：王静李彩云万怡灶天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学复合材料研究院先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 华东交通大学先进材料研究院南昌330013

细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)来源丰富,是一种绿色环保的可再生材料。BC具有优异的物理化学特性,是具有多样性应用潜力的生物聚合物材料,随着能源和生态环境的持续恶化,对于开发先进储能技术亟待实现,BC在电化学储能、传感及能... 详细信息

细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)来源丰富,是一种绿色环保的可再生材料。BC具有优异的物理化学特性,是具有多样性应用潜力的生物聚合物材料,随着能源和生态环境的持续恶化,对于开发先进储能技术亟待实现,BC在电化学储能、传感及能源转换领域展现出广阔的应用前景,受到诸多关注。本文对BC做了简要介绍,以BC及其复合材料在电化学储能及传感领域的种类、不同处理及改性手段对BC结构与性能的影响为线索,系统地对BC在电化学储能及传感领域的应用进展进行了概述,对其在新型电子器件及能源转换领域的发展也有所涉及,最后对BC在电化学储能及传感材料的研究进展及发展方向进行了总结和展望。

关键词：细菌纤维素复合材料储能传感研究进展

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玉米苞叶组织细胞结构生物质碳的制备及显微结构的研究

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电子显微学报 2024年第3期43卷 339-345页

作者：周晓亮马林杨一君余宇张致远罗马曾祥昇严铮洸北京交通大学物理科学与工程学院北京100044 北京工业大学材料学部北京100124

采用一步热解法,使用常见的玉米果穗苞叶为原料,制备了保留玉米苞叶组织细胞结构的生物质碳膜,采用扫描电镜,透射电镜等技术手段对样品的形貌和结构进行了表征,样品表面有明显的维管束以及大量的气孔的存在。不添加任何导电剂和添加剂,... 详细信息

采用一步热解法,使用常见的玉米果穗苞叶为原料,制备了保留玉米苞叶组织细胞结构的生物质碳膜,采用扫描电镜,透射电镜等技术手段对样品的形貌和结构进行了表征,样品表面有明显的维管束以及大量的气孔的存在。不添加任何导电剂和添加剂,热解碳膜直接作为工作电极使用,在100 mA·g^(-1)的电流密度下,200次循环后仍能获得218 mAh·g^(-1)的可逆比容量。本工作在生物质废弃物利用,以及储能材料开发等方面有参考价值。

关键词：生物质细胞结构电子显微学储能

固体氧化物燃料电池氧化锆基电解质薄膜制备技术研究进展

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1722-1738页

作者：徐而翔李晓艳陈宋璇杜国山付云枫清华大学材料学院北京100084 中国恩菲工程技术有限公司北京100038

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高能量转化效率、环境友好性等特征,是全球能源环境问题的重要解决方案。电解质作为SOFC的关键组件,决定了电池的工作温度与输出性能。首先,以典型的氧化锆基电解质材料为例,介绍了其导电机理和导电性能的... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高能量转化效率、环境友好性等特征,是全球能源环境问题的重要解决方案。电解质作为SOFC的关键组件,决定了电池的工作温度与输出性能。首先,以典型的氧化锆基电解质材料为例,介绍了其导电机理和导电性能的影响因素。为促进SOFC的商业化,电解质材料需在较低的工作温度下有较低的欧姆阻抗,电解质薄膜化是降低电池工作温度的有效方法。而后,从固相粉体成型、液相成型、气相成型3个方面综述了氧化锆基电解质薄膜的常见制备方法,并分析各种方法的优劣势。最后,对电解质薄膜的制备方法做简要展望。

关键词：固体氧化物燃料电池电解质氧化锆薄膜

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多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统传热性能

工程热物理学报 2024年第4期45卷 949-954页

作者：刘宇彤刁彦华赵耀华陈传奇王泽宇韩义发房东冉绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室北京工业大学北京市100124

针对多通道平行流扁管单级蓄热装置在蓄取热过程中温差逐渐减小,传热不均匀的问题,本文提出了多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统,系统包括两级蓄热装置,装置里分别填充52#石蜡和月桂酸作为蓄热材料。以水作为载热流体,实验研究了不同进... 详细信息

针对多通道平行流扁管单级蓄热装置在蓄取热过程中温差逐渐减小,传热不均匀的问题,本文提出了多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统,系统包括两级蓄热装置,装置里分别填充52#石蜡和月桂酸作为蓄热材料。以水作为载热流体,实验研究了不同进口温度、不同流量下换热流体对梯级蓄热系统蓄取热特性的影响。实验结果显示,与流量相比,换热流体进口温度对梯级蓄热系统传热性能有更大的影响。当换热流体进口温度增加(减少)或换热流体流量增加(减小),梯级蓄热装置的蓄(取)热时间减少,蓄(取)热功率增加。

关键词：多通道平行流扁管梯级蓄热相变蓄热紧凑型翅片

MoS_(2)核壳球上氧掺杂的动力学调制及其电化学分解水效应

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无机化学学报 2024年第1期40卷 256-262页

作者：巩飞龙刘静轩刘梦梦许三魁李峰郑州轻工业大学河南省表界面科学重点实验室郑州450002 河南工业大学材料学院郑州450002 美洲先进纳米技术有限公司休斯敦77459

在氩气气氛中900℃煅烧前驱物MoS_(2)核壳超级球得到MoS_(2)核壳球。在升温速率为20、10、5、2℃·min^(-1)时,MoS_(2)核壳球上氧掺杂量分别从前驱物的23.1%降低到17.6%、10.8%、5.5%、6.2%。结果表明较低的升温速率可以导致更低的氧掺... 详细信息

在氩气气氛中900℃煅烧前驱物MoS_(2)核壳超级球得到MoS_(2)核壳球。在升温速率为20、10、5、2℃·min^(-1)时,MoS_(2)核壳球上氧掺杂量分别从前驱物的23.1%降低到17.6%、10.8%、5.5%、6.2%。结果表明较低的升温速率可以导致更低的氧掺杂量。基于前驱物特殊的准分子超晶格结构,提出了原位阴离子交换反应机理,以深入理解MoS_(2)核壳球上氧掺杂的动力学调制机理。电化学性能研究表明通过调制氧掺杂量可以有效改善MoS_(2)核壳球电化学分解水的性能。

关键词： MoS_(2) 核壳球氧掺杂动力学调制电化学性能分解水

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热管理用3英寸硅衬底金刚石薄膜的制备

无机材料学报 2024年第3期39卷 283-290页

作者：杨志亮杨鏊刘鹏陈良贤安康魏俊俊刘金龙吴立枢李成明北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 中国电子科技集团公司第五十五研究所固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

金刚石膜材料用作GaN电子器件散热器具有巨大潜力,低应力、大尺寸、高质量、原子级光滑表面的金刚石膜层是GaN器件的整体传热能力提升的关键。本研究提出了一种用于3英寸(1英寸=2.54 cm)硅衬底多晶金刚石薄膜的生长和晶圆级抛光技术,用... 详细信息

金刚石膜材料用作GaN电子器件散热器具有巨大潜力,低应力、大尺寸、高质量、原子级光滑表面的金刚石膜层是GaN器件的整体传热能力提升的关键。本研究提出了一种用于3英寸(1英寸=2.54 cm)硅衬底多晶金刚石薄膜的生长和晶圆级抛光技术,用以实现大尺寸金刚石膜材料在散热器方向上的应用。首先对微波谐振腔内的等离子体进行多物理场自洽建模,通过仿真模拟技术分析2.45 GHz多模椭球谐振腔微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)装置沉积大尺寸金刚石薄膜的可行性,并优化生长工艺参数。然后对金刚石薄膜进行研磨抛光处理,以满足GaN器件的键合需求。模拟结果表明,输入相同的微波功率,腔室压强增大导致等离子核心电子和原子H数密度增加,但径向分布均匀性变差。在优化的工艺条件下沉积了金刚薄膜。实验结果表明,金刚石薄膜厚度不均匀性为17%。较高的甲烷浓度导致金刚石晶粒呈现以(111)晶面为主的金字塔形貌特征,并伴有孪晶的生成。Raman光谱中金刚石一阶特征峰半峰全宽(Full width at half maximum,FWHM)为7.4 cm^(−1)。抛光后表面粗糙度达到0.27 nm,硅衬底金刚石薄膜平均弯曲度为13.84μm,平均内应力为−40.7 MPa。采用上述方法,成功制备了大尺寸、较高晶体质量、低内应力、原子级光滑表面的硅衬底金刚石晶圆。

关键词：金刚石薄膜 MPCVD 晶圆级抛光

ZrC增强激光熔覆CoCrNi合金熔覆层的组织及性能

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 778-786页

作者：刘冉党鲜婷陈楚琦吴韬北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 浙江机电职业技术学院浙江杭州310053

采用激光熔覆技术,在低碳钢表面制备了ZrC增强的CoCrNi合金涂层。研究了不同ZrC含量(0%,1%,3%,5%,质量分数)对CoCrNi基中熵合金涂层组织、硬度和耐磨性的影响。利用XRD、SEM和EDS分析了涂层的相组成及微观组织结构,并采用显微硬度和摩... 详细信息

采用激光熔覆技术,在低碳钢表面制备了ZrC增强的CoCrNi合金涂层。研究了不同ZrC含量(0%,1%,3%,5%,质量分数)对CoCrNi基中熵合金涂层组织、硬度和耐磨性的影响。利用XRD、SEM和EDS分析了涂层的相组成及微观组织结构,并采用显微硬度和摩擦磨损试验对样品的硬度和耐磨性进行测试。结果表明:熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,没有出现明显的裂纹及空洞等缺陷。不含ZrC的CoCrNi中熵合金涂层由单相fcc结构组成,随着涂层中ZrC的加入,涂层中的物相组成变为了fcc+ZrC_(0.7)+Cr_(23)C_(6)+ZrO_(2)。涂层的晶粒得到了明显细化,实现了晶界强化、固溶强化和弥散强化(Orowan)的共同作用,形成的碳化物Cr_(23)C_(6)相与fcc固溶体结合形成共晶碳化物,起到了协同强化作用,有效地提高了涂层的硬度和耐磨性。ZrC中的Zr与空气中的杂质O结合生成的ZrO_(2)也对涂层的性能产生了不利影响,主要是因为ZrO_(2)的存在会导致涂层中颗粒分布不均匀加剧,弱化弥散强化的作用。当ZrC较少时,涂层的性能并未得到较好的提升;当涂层中ZrC含量增加到5%(质量分数)时,涂层中析出了较多的强化相ZrC_(0.7)能够有效的提高材料的性能,该涂层的最大硬度(HV0.1)为(6379.8±147)MPa,摩擦系数为0.161,相较于不含ZrC的涂层均有较大的提升。

关键词： ZrC 激光熔覆 CoCrNi合金微观结构性能