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钛氧化物改性SiO负极在锂离子电池中的研究进展

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精细化工 2024年第6期41卷 1170-1183页

作者：雷迁王帅吴沁宇马扬洲宋广生安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243032

SiO负极虽具有高比容量、合理的工作电压,但仍面临首次库仑效率低、体积膨胀大(~160%)及导电性差等硅基负极材料共性问题,使其在锂离子电池(LIBs)中的大规模商业化应用严重受阻。而在众多金属氧化物中,钛氧化物负极因在充放电过程中体... 详细信息

SiO负极虽具有高比容量、合理的工作电压,但仍面临首次库仑效率低、体积膨胀大(~160%)及导电性差等硅基负极材料共性问题,使其在锂离子电池(LIBs)中的大规模商业化应用严重受阻。而在众多金属氧化物中,钛氧化物负极因在充放电过程中体积变化小(<4%),锂化后兼具优异的锂存储能力和热稳定性等优势,近些年被多次报道用于改善SiO的电化学综合性能。首先,从SiO的微观结构与锂化机制出发,简要概括了SiO与众多金属氧化物复合改性案例;然后,重点综述了钛氧化物改性SiO负极的研究工作,着重从TiO_(2)与TiO_(2–x)改性SiO负极两方面进行归纳与分析;最后,总结了钛氧化物提高SiO电化学性能的机理及改性工艺与电化学性能之间的构效关系,并对实现满足高能量密度SiO基负极商业化的目标进行展望:充分利用有关软件算法模拟具有最低化学复杂性体系,有利于深入分析反应过程与电化学机理;加强新型低成本钛氧化物(如Ti_(2)O_(3))用于改性SiO负极,有利于推动SiO基负极学术探究与商业应用。

关键词：锂离子电池 SiO负极金属氧化物钛氧化物 TiO_(2) TiO_(2–x)

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BiWO/g-CN复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

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现代化工 2024年

作者：韩碧波刘世凯宋志健王嘉琳吴昊承闫国晋河南工业大学材料科学与工程学院

以尿素、硝酸铋、钨酸钠等为主要原料，在热缩聚法制备g-C3N4的基础上，通过水热法制备Bi2WO6/g-C3N4复合光催化剂。在模拟太阳光照射下，研究Bi2WO6/g-C3N4复合光催化剂对甲基橙的光催化降解性能。结果表明，复合光催化剂相比于单体光... 详细信息

以尿素、硝酸铋、钨酸钠等为主要原料，在热缩聚法制备g-C3N4的基础上，通过水热法制备Bi2WO6/g-C3N4复合光催化剂。在模拟太阳光照射下，研究Bi2WO6/g-C3N4复合光催化剂对甲基橙的光催化降解性能。结果表明，复合光催化剂相比于单体光催化剂的性能有显著提高。在Bi2WO6与g-C3N4质量比为2:1、水热温度为180℃、水热时间为12h条件下，复合光催化剂的性能最好。光照时间210min时，甲基橙降解率达到了98.15%，相比于单体Bi2WO6和g-C3N4光催化剂的效率分别提高了25.1%和37.7%，且光催化降解过程符合一级动力学方程。复合光催化剂具有优异的稳定性，经过4次重复性实验，甲基橙降解率仍达到95.17%。

关键词： g-C N Bi WO 水热法光催化甲基橙

PPU原位封闭合成酚醛树脂及其阻尼性能研究

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复合材料科学与工程 2024年

作者：张红颖夏绍灵刘聪裴云亮郭煜河南工业大学材料科学与工程学院

以苯酚和甲醛为原料，将聚氨酯预聚体(PPU)以原位封闭的方法引入酚醛树脂(PF)，成功合成PPU改性PF。通过红外光谱法(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)研究了改性树脂与PPU的化学结构与性质；通过电子万能试验机和单臂摆锤冲击试验机研究了PP... 详细信息

以苯酚和甲醛为原料，将聚氨酯预聚体(PPU)以原位封闭的方法引入酚醛树脂(PF)，成功合成PPU改性PF。通过红外光谱法(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)研究了改性树脂与PPU的化学结构与性质；通过电子万能试验机和单臂摆锤冲击试验机研究了PPU添加量对改性树脂力学性能的影响，并用扫描电镜(SEM)对断裂面形貌进行了分析，还通过热重分析(TG) 和动态热机械分析仪(DMA)仪测试了改性树脂的热性能与阻尼性能。结果表明：随PPU添加量的增加，改性树脂力学性能与Tg先升高后降低，PPU添加量为10%时，改性树脂的力学性能最优，有明显增韧作用。所有PPU改性的酚醛树脂的阻尼性能明显提高。

关键词：聚氨酯预聚体酚醛树脂复合材料阻尼性能原位封闭

三种莫来石对耐火材料抗NaCO熔体侵蚀性能的影响

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硅酸盐通报 2024年

作者：徐志刚夏熠慕熠钊河南工业大学材料科学与工程学院

化工废液中K+、Na+等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因。有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命，而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了碳酸钠熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程，从... 详细信息

化工废液中K+、Na+等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因。有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命，而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了碳酸钠熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程，从润湿性的角度探讨不同耐火材料抗碱液渗透的差异。分别以高纯烧结莫来石、电熔莫来石和普通烧结莫来石三种莫来石和红柱石、黏土为原料，通过机压成型、高温烧成制备莫来石质耐火材料。以Na2CO3为碱蚀熔剂，利用静态坩埚法在900 ℃下进行碱蚀试验，通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试方法，对碱蚀前后的坩埚试样进行物相组成及显微结构分析，研究了碱熔剂对不同基体的润湿性。结果表明，所有莫来石质耐火材料试件均未发生破坏，表现出较优的抗侵蚀性。各组试件抗Na2CO3熔体渗透的能力不同，高纯烧结莫来石制备的试样具有最优的抗侵蚀和抗渗透能力，而电熔和普通烧结莫来石试件的抗渗透能力较差，这与Na2CO3熔体对它们的润湿程度有关。本试验从高温润湿性角度分析了不同耐火材料之间的抗碱蚀能力差异，为研究和生产具有优良抗侵蚀性能的铝硅系耐火材料提供了新的思路和理论依据。

关键词：耐火材料莫来石碳酸钠熔体润湿侵蚀渗透

B_(4)C含量对(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C陶瓷力学性能及抗氧化性能的影响

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无机材料学报 2024年第6期39卷 697-706页

作者：刘国昂王海龙方成黄飞龙杨欢郑州大学材料科学与工程学院郑州450001

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究... 详细信息

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究了B_(4)C第二相含量对其力学及抗氧化性能的影响规律。结果表明,B_(4)C均匀分布在高熵基体中,有效改善了高熵陶瓷的相对密度和力学性能。当B_(4)C体积分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性以及维氏硬度均达到最高,分别为(570.0±27.6)MPa、(5.58±0.36)MPa·m^(1/2)和(24.6±1.1)GPa。微观结构分析表明,B_(4)C能够钉扎晶界、细化晶粒,并能够引入裂纹偏转、分支等增韧机制,最终实现复相陶瓷的强化及韧化。此外,利用静态氧化实验,揭示了B_(4)C含量对复相陶瓷800~1400℃抗氧化性能的影响。当B_(4)C体积分数不小于20%时,其氧化生成的玻璃相B_(2)O_(3)能够均匀包裹(Zr,Hf)O_(2)、TiO_(x)及Ta_(2)O_(5)等高熵基体对应的氧化物,从而在陶瓷表面形成均匀致密的氧化层,抑制氧向基体内部扩散,降低氧化层厚度并提升复相陶瓷的抗氧化性能。本工作能够为高熵硼化物陶瓷的力学及抗氧化性能研究提供实验依据和数据支撑。

关键词：高熵硼化物陶瓷 B_(4)C 力学性能抗氧化性能

三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 85-97页

作者：王帅孙雨涵高欣宋瑞赵铭钦卢垚鲍晓冰罗巧梅苟蕾樊小勇长安大学材料科学与工程学院西安710061

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 详细信息

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率.

关键词：锂电池锂金属电极三维多孔集流体铋修饰层无锂枝晶

Ti、Zr和Hf元素协同优化Nb-Si基合金显微组织、相组成和室温断裂韧性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 194-202页

作者：王琪赵天宇陈瑞润王晓伟徐琴王墅傅恒志哈尔滨工业大学材料科学与工程学院金属精密热加工国家重点实验室哈尔滨150001 河南工业大学机电工程学院郑州450001

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbs... 详细信息

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbss)/γ-(Nb,X)5Si3共析反应的发生;同时添加Ti、Zr、Hf元素能进一步促进共析反应的发生。裂纹倾向于在(Nb,X)3Si中扩展,当裂纹途径Nb固溶体时会发生偏转。细密的Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织以及层状Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织可以使裂纹产生桥接与分支,阻碍裂纹的扩展。Nb-16Si-22Ti-4Zr-4Hf的合金化元素含量最高,因此,其室温断裂韧性最好(11.62 MPa·m1/2),相较于Nb-16Si-18Ti提高87.7%,性能的提升主要归因于存在层状共晶组织。

关键词： Nb-Si合金合金化断裂韧性裂纹扩展

Cr对镍铝基金属结合剂性能与显微结构的影响

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粉末冶金技术 2024年第4期42卷 374-380,387页

作者：于展翔何方谢高赏河南工业大学材料科学与工程学院郑州450001

为改善镍铝基金属结合剂力学性能的不足,采用真空热压烧结法将Cr粉添加到镍铝基金属结合剂中,探究Cr粉含量(摩尔分数)和烧结温度对镍铝基金属结合剂的力学性能和显微结构的影响。结果表明:Cr起到固溶强化的作用,可以改善镍铝基金属结合... 详细信息

为改善镍铝基金属结合剂力学性能的不足,采用真空热压烧结法将Cr粉添加到镍铝基金属结合剂中,探究Cr粉含量(摩尔分数)和烧结温度对镍铝基金属结合剂的力学性能和显微结构的影响。结果表明:Cr起到固溶强化的作用,可以改善镍铝基金属结合剂的力学性能。当烧结温度为800℃时,随Cr添加量的增多,结合剂的抗折强度呈先增大后减小的趋势,而洛氏硬度呈现整体增大的趋势。当Cr摩尔分数为12%时,其综合性能最佳,抗折强度为178 MPa,洛氏硬度为HRB 104.2,分别较纯镍铝基金属结合剂提高36.9%和6.8%。

关键词：金属结合剂铬掺杂微观结构力学性能物相组成

三种莫来石对耐火材料抗Na_(2)CO_(3)熔体侵蚀性能的影响

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硅酸盐通报 2024年第5期43卷 1958-1964页

作者：徐志刚夏熠慕熠钊河南工业大学材料科学与工程学院郑州450001

化工废液中K^(+)、Na^(+)等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因,有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命,而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了Na_(2)CO_(3)熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗... 详细信息

化工废液中K^(+)、Na^(+)等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因,有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命,而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了Na_(2)CO_(3)熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程,从润湿性的角度探讨不同耐火材料抗碱液渗透的差异。分别以高纯烧结莫来石、电熔莫来石和普通烧结莫来石三种莫来石和红柱石、黏土为原料,通过机压成型、高温烧成制备莫来石质耐火材料。以Na_(2)CO_(3)为碱蚀熔剂,利用静态坩埚法在900℃下进行碱蚀试验,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试方法,对碱蚀前后的坩埚试样进行物相组成及显微结构分析,研究碱熔剂对不同基体的润湿性。结果表明,所有莫来石质耐火材料试样均未发生破坏,表现出较优的抗侵蚀性。各组试样抗Na_(2)CO_(3)熔体渗透的能力不同,高纯烧结莫来石制备的试样具有最优的抗侵蚀和抗渗透能力,而电熔莫来石和普通烧结莫来石试样的抗渗透能力较差,这与Na_(2)CO_(3)熔体对它们的润湿难易程度有关。本试验从高温润湿性角度分析了不同耐火材料之间的抗碱蚀能力差异,为研究和生产具有优良抗侵蚀性能的铝硅系耐火材料提供了新的思路和理论依据。

关键词：耐火材料莫来石 Na_(2)CO_(3)熔体润湿性侵蚀渗透

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