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高性能高分子材料体系自立自强发展战略研究

中国工程科学 2024年第3期26卷 1-9页

作者：夏羽青王锦艳胡桢宋飞王润国刘小青蹇锡高王玉忠张立群薛群基中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 大连理工大学化工学院辽宁大连116081 哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150006 四川大学化学学院成都610065 北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 西安交通大学西安710049

高性能高分子材料具有高强高模、高绝缘、耐腐蚀、耐辐照或绿色低碳等特点,是保障国家安全和国民经济发展的战略性材料之一,广泛应用于航空航天、电子电器、生物医疗等重要领域。本文系统梳理了高性能树脂及工程塑料、有机纤维、生物基... 详细信息

高性能高分子材料具有高强高模、高绝缘、耐腐蚀、耐辐照或绿色低碳等特点,是保障国家安全和国民经济发展的战略性材料之一,广泛应用于航空航天、电子电器、生物医疗等重要领域。本文系统梳理了高性能树脂及工程塑料、有机纤维、生物基树脂及可降解材料、特种橡胶及弹性体四大类高性能高分子材料中的重点品种,分析了国内外重点品种的发展现状和特点。研究发现,目前我国在高性能高分子材料方面已建立起比较完备的化工原料–合成–加工改性–制品应用上下游产业体系,但同时也存在关键原料保障不足、产品应用开发有待拓展等问题。在此基础上,从加强技术创新、推进关键原料保障、组建创新联合体等方面提出对策建议,以期为我国高性能高分子材料体系发展提供参考。

关键词：高性能高分子高性能树脂及工程塑料有机纤维特种橡胶及弹性体生物基树脂及可降解材料

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致密油藏化能自养微生物生长规律及其氧化活性研究

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非常规油气 2024年第3期11卷 99-106页

作者：周文佳王成俊崔凯王维波薛媛夏娟李欣欣西安石油大学化学化工学院西安710065 西安交通大学化学与工程技术学院西安710049 陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院西安710065

为了探明致密油藏化能自养微生物利用催化岩石耗氧功能辅助空气驱提高采收率的机理,针对注气开发致密油藏注氧安全问题,开展了对致密油藏化能自养氧化亚铁硫杆菌的富集筛选,并探究了氧化亚铁硫杆菌的生长规律以及其作用氧化矿物中亚铁... 详细信息

为了探明致密油藏化能自养微生物利用催化岩石耗氧功能辅助空气驱提高采收率的机理,针对注气开发致密油藏注氧安全问题,开展了对致密油藏化能自养氧化亚铁硫杆菌的富集筛选,并探究了氧化亚铁硫杆菌的生长规律以及其作用氧化矿物中亚铁、硫以及其生物活性等效能,结果表明:1)高生物量活性的氧化亚铁硫杆菌可生长代谢产生酸性环境(pH值小于2),从而加速了矿物中亚铁和硫的氧化还原;2)反应体系中亚铁氧化率达到91%,硫氧化率为57.8%;3)岩石矿物质亚铁和硫的氧化活性与微生物的生物活性成正相关关系;4)油藏化能自养微生物通过催化矿物中亚铁氧化耗氧,介导硫氧化还原产生SO_(4)^(2-),促使体系pH值下降,酸性环境利于矿物溶蚀分解,进而加速微生物催化岩石耗氧或矿化速率,达到耗氧增渗驱油目的。该研究成果,对化能自养微生物强化减氧空气复合驱技术现场应用提供指导意义。

关键词：致密油藏空气驱化能自养微生物氧化亚铁硫杆菌催化岩石耗氧提高采收率

双金属催化剂选择氢解甘油定向制备1,3-丙二醇:活性位、构效关系及机理

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化学进展 2024年第2期36卷 256-270页

作者：杨曼焦愉翔任煜京西安理工大学材料科学与工程学院西安710048 西北工业大学生命学院生物与催化交叉研究中心西安710072

1,3-丙二醇是聚酯工业中最重要的单体之一。以甘油为原料,通过催化转化制备得到1,3-丙二醇具有重要的应用价值。本文对近年来甘油氢解制1,3-丙二醇的关键双金属催化剂研究进展进行综述,着重介绍了高效且颇具工业应用前景的Pt-W催化体系... 详细信息

1,3-丙二醇是聚酯工业中最重要的单体之一。以甘油为原料,通过催化转化制备得到1,3-丙二醇具有重要的应用价值。本文对近年来甘油氢解制1,3-丙二醇的关键双金属催化剂研究进展进行综述,着重介绍了高效且颇具工业应用前景的Pt-W催化体系。通过综述Pt-W体系中具有不同微观结构和化学环境的W物种与Pt之间的相互作用及Pt-W双位点催化甘油氢解的构效关系,总结了原位生成的B酸活性物种对催化活性、选择性和稳定性的影响,讨论了原位B酸的来源及催化机制,最后对甘油选择氢解制1,3-丙二醇的催化剂发展进行了展望。

关键词：甘油选择氢解 1,3-丙二醇双金属催化剂催化机理

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城镇终端天然气掺氢燃烧技术现状及展望

天然气工业 2024年第8期 145-157页

作者：胡国华陈石义何松肖娟王斯民李天雷浙江能源天然气集团有限公司西安交通大学化学工程与技术学院中国石油工程建设有限公司西南分公司

天然气掺氢是降低城镇终端燃具碳排放的有效途径之一，对于实现“双碳”目标具有重要意义。掺氢天然气在民用燃具领域具有巨大应用潜力，为加快城镇终端掺氢天然气利用的进程，分别从燃气互换性理论、应用实验及数值模拟等方面开展研究... 详细信息

天然气掺氢是降低城镇终端燃具碳排放的有效途径之一，对于实现“双碳”目标具有重要意义。掺氢天然气在民用燃具领域具有巨大应用潜力，为加快城镇终端掺氢天然气利用的进程，分别从燃气互换性理论、应用实验及数值模拟等方面开展研究，阐述了天然气掺氢燃烧的可行性，探讨了掺氢对燃气灶及热水器燃烧性能、热效率以及污染物排放的影响，对比了天然气燃烧反应机理的特点和适用范围。最后结合我国城镇天然气的相关标准、掺氢安全性及经济性等方面，指出了限制城镇终端天然气掺氢燃烧技术应用的主要因素以及未来发展趋势。研究结果表明：(1)天然气与氢气互换性主要受燃气组分和互换性指标的影响，天然气适宜的掺氢范围为0～20%；(2)掺氢能够显著降低天然气的碳排放，但燃具的热效率、氮氧化物排放以及适应性仍需进一步深入研究；(3)需要进一步采用量子化学、机器学习等先进手段探究天然气掺氢数值模拟的燃烧反应机理。结论认为，随着天然气掺氢管道的建设和发展，掺氢天然气在终端利用领域将展现出巨大潜力，与此同时掺氢天然气在终端实际应用中仍面临着诸多限制和技术挑战，天然气掺氢燃烧技术研究现状的系统梳理对推动氢能的安全高效应用具有重要现实意义，同时也为天然气掺氢燃烧技术的发展提供了研究思路和攻关方向。

关键词：天然气掺氢燃气具燃气互换性燃烧反应机理燃烧特性污染物排放掺氢比例

自支撑Bi@Cu纳米树电极高效电化学还原CO_(2)制甲酸

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无机材料学报 2024年第7期39卷 810-818,I0003,I0004页

作者：施桐甘乔炜刘东张莹冯浩李强西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室西安710049 南京理工大学能源与动力工程学院电子设备热控制工信部重点实验室南京210094

利用电化学方法将CO_(2)转化为高值化学品是实现碳中和目标的一条有效途径。制备高性能电极是实现CO_(2)高效转化的关键一环。常规喷涂法所制电极中催化层与集流体间的不良接触会严重影响电催化活性以及稳定性。为此,本研究结合电化学... 详细信息

利用电化学方法将CO_(2)转化为高值化学品是实现碳中和目标的一条有效途径。制备高性能电极是实现CO_(2)高效转化的关键一环。常规喷涂法所制电极中催化层与集流体间的不良接触会严重影响电催化活性以及稳定性。为此,本研究结合电化学沉积和离子置换反应法,构建了一种原位生长的Bi@Cu纳米树(Bi@Cu NTs)自支撑电极。自支撑纳米树结构在降低界面电阻、确保空间结构稳定的同时,为反应提供了丰富的活性位点和发达的孔隙结构,进而实现CO_(2)分子、电解液离子以及电子的协同传输,并进一步促进电化学CO_(2)转化。实验结果表明,Bi@Cu NTs电极在电化学活性和长期运行稳定性方面表现出色。在–1.4~–0.8 V(***)的宽工作电位窗口范围内,甲酸选择性均超过90%;在–1.2 V的工作电位下,该电极同时实现了高达97.9%的甲酸选择性和170.6 mA·cm^(–2)的电流密度。此外,该电极在–1.0 V下经过50 h持续电解,获得了超过90%的平均甲酸选择性及大于110 mA·cm^(–2)的平均电流密度,且性能未见明显衰减,稳定性优异。

关键词：电化学还原CO_(2) 甲酸自支撑电极纳米树结构 Bi纳米片

设计稳定的钌基析氢和析氧反应催化剂的基本原理

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 68-106页

作者：苟王燕王译晨张铭凯谈晓荷马媛媛瞿永泉西北工业大学深圳研究院广东深圳518057 西北工业大学化学与化工学院陕西西安710072 西安理工大学理学院陕西西安710048

清洁和可再生能源具有地域性和间歇性,需要能量转换和存储技术来解决这些问题.氢气(H_(2))具有无毒、易得、经济、储量丰富和零碳排放的优势,作为能源媒介展现出巨大的潜力.而电分解水技术,因其高效性和便利性,成为了一种极具吸引力、... 详细信息

清洁和可再生能源具有地域性和间歇性,需要能量转换和存储技术来解决这些问题.氢气(H_(2))具有无毒、易得、经济、储量丰富和零碳排放的优势,作为能源媒介展现出巨大的潜力.而电分解水技术,因其高效性和便利性,成为了一种极具吸引力、应用前景广阔且可靠的能源技术.研究表明,在较宽的pH范围内,贵金属催化剂仍然是最优的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)催化剂.其中,钌(Ru)作为一种相对便宜的铂族金属,显示出在HER中替代商业铂碳(Pt/C)催化剂以及在OER中替代铱(Ir)的潜力.然而,尽管在提高钌基催化剂的催化活性方面取得了很大进展,但其稳定性问题仍然是阻碍其实际应用的主要障碍.因此,迫切需要全面梳理和综述关于设计稳定钌基HER和OER催化剂的基本原理和最新进展,更好地理解钌基催化剂的催化机理,深入认识影响其稳定性的关键因素,以期为解决这一挑战提供有力的理论支持和实践指导.本文系统总结了钌基催化剂在电分解水反应中关于稳定性研究的最新进展.首先,简要介绍了钌基催化剂在HER/OER中的反应机理以及与之相关的理论计算、原位表征技术、稳定性测试手段和评价标准等方面的研究进展.接下来,详细探讨了钌基催化剂在HER/OER过程中的失活机制,包括载体腐蚀、奥斯特瓦尔德成熟、团聚、颗粒脱离、活性位点中毒、金属溶解、过度氧化和晶体结构坍塌等.基于以上对失活机制的认识,进一步归纳了提高钌基催化剂稳定性的设计策略和机制.在HER方面,从引入导电基底、构筑核壳结构、形成镶嵌结构、增强金属-载体相互作用、相转变工程以及调节中间体吸附和脱附行为等方面阐述了提高钌基催化剂稳定性的策略.对于OER过程,也总结了一系列提高钌基催化剂OER稳定性的策略,包括与铱杂化、构筑核壳结构、引入稳定的载体、化学掺杂、形成固溶体以及转变反应路径.在分析了各种策略的优缺点并提出改进方向后,还概述了钌基催化剂在全电解水以及器件中的研究现状.最后,指出了钌基催化剂稳定性研究所面临的挑战和未来的研究方向:(1)需要更贴近工业实际的稳定性测试策略和评价标准;(2)对失活机制的进一步研究;(3)原位技术的进一步发展和应用;(4)探索更多先进的改性策略,如非晶态载体、范德华异质结、自旋态调节以及微环境调节等;(5)关注实际应用中可能遇到的问题,如催化剂大规模制备、双功能催化剂的设计以及杂质的影响.综上,本文系统地总结了钌基催化剂的反应机制、稳定性测试方法与评价标准、失活机制、设计策略、研究进展、具体应用以及目前存在的挑战,希望能够进一步促进该领域深入水平研究.同时,本文对光催化、热催化、酶催化等催化领域的研究也提供一定的参考和借鉴.

关键词：电催化水分解失活机理钌基催化剂稳定性

含氮聚集诱导发光聚磷酸酯的一锅法合成及其荧光性能

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工程塑料应用 2024年第5期52卷 58-64页

作者：王莲莲门正兴孟兵颜红侠成都航空职业技术学院航空装备制造产业学院成都610100 西北工业大学化学与化工学院西安710072

非传统聚集诱导发光(AIE)聚合物,因不含苯环等芳香结构,具有较好的生物相容性和环境友好性,在细胞成像、生物医药等领域具有广阔的应用前景,但存在种类匮乏、量子产率低、荧光强度不足等问题,限制了其发展。为解决以上问题,以低毒、低... 详细信息

非传统聚集诱导发光(AIE)聚合物,因不含苯环等芳香结构,具有较好的生物相容性和环境友好性,在细胞成像、生物医药等领域具有广阔的应用前景,但存在种类匮乏、量子产率低、荧光强度不足等问题,限制了其发展。为解决以上问题,以低毒、低腐蚀性的亚磷酸二甲酯及三异丙醇胺或三乙醇胺为原料,在无溶剂、无催化剂条件下,通过酯交换缩聚法,合成了含氮聚磷酸酯T1和T2。结果表明,所合成的含氮聚磷酸酯T1和T2在紫外光照射下均可发出明亮的蓝色荧光,其荧光强度随着浓度的升高而增强,具有显著的AIE特性,丰富了非传统AIE材料的种类。其中,T1分子结构中由于含有侧链甲基,在荧光强度、量子产率等方面均优于T2,为调节聚合物的荧光性能提供了一种新的方法。同时,研究发现,T1可以吸附空气中的甲醛,其吸附甲醛后颜色由无色变为粉色,且其荧光强度随吸附的甲醛浓度的增加而增强,有利于实现甲醛的荧光-比色双通道检测,为甲醛的灵敏检测提供了一种新的途径。

关键词：聚集诱导发光非共轭聚磷酸酯酯交换缩聚甲醛吸附检测

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顺丁烯二酸活化过硫酸盐降解染料有机物研究

工业水处理 2024年第6期44卷 151-157页

作者：柴瑾白雪张祉瑶胡敏石娟金鹏康西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西西安710055 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049

近年来,基于硫酸根自由基(SO4^(·-))的高级氧化技术因其高效稳定的优势在水处理领域引发关注,但常见的过硫酸盐活化方式着眼于能量输入和催化剂引入,存在应用成本高、催化剂难回收等问题,制约了该技术的实际应用。研究表明,以简单有机... 详细信息

近年来,基于硫酸根自由基(SO4^(·-))的高级氧化技术因其高效稳定的优势在水处理领域引发关注,但常见的过硫酸盐活化方式着眼于能量输入和催化剂引入,存在应用成本高、催化剂难回收等问题,制约了该技术的实际应用。研究表明,以简单有机物做活化剂丰富了过硫酸盐的活化途径。为进一步扩展相关研究思路,构建了顺丁烯二酸活化过硫酸盐体系,探究了该体系在降解染料污染物方面的应用潜能。结果表明,污染物的降解性能与顺丁烯二酸初始浓度、过硫酸盐投加量以及溶液初始pH有关。氧化体系产生了以·OH、^(1)O_(2)和O_(2)^(·-)为主,少量SO4^(·-)为辅的系列活性氧化物种,使得污染物在自由基与非自由基的共同作用下被有效降解。同时,在应用过程中该体系对实际环境因子展现了良好的抗干扰能力。

关键词：顺丁烯二酸过硫酸盐染料自由基反应非自由基反应

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电气化甲烷重整技术研究进展

低碳化学与化工 2024年第4期49卷 1-11页

作者：宋虎潮边浩林啸龙沈孟飞王舒曼刘银河西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO_(2)排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少... 详细信息

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO_(2)排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少甲烷重整过程的CO_(2)排放,消除传统甲烷重整过程的排烟热损失,提升甲烷和可再生电能制氢效率。综述了传统甲烷重整技术、电气化甲烷重整反应器(电阻加热、微波加热、电磁感应加热和等离子体加热)、电气化甲烷重整系统和电气化甲烷重整催化剂的研究进展。电加热不仅可以有效提升反应器功率密度、减小反应器规模,还可以通过与催化剂相互作用,实现催化活性和甲烷转化率的提升。电气化甲烷重整技术为我国能源绿色低碳转型提供了新的途径。

关键词：电气化甲烷重整清洁氢能反应器催化剂

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