Mn掺杂对尖晶石型NiFe1.97Pd0.03O4-δ催化剂脱硝性能的影响

采用生物模板法,通过掺杂Mn对尖晶石型NiFe_1.97Pd_0.03O_4-δ催化剂中的Fe离子进行取代,制备一系列不同Mn掺杂量的NiFe_1.97-xMn_xPd_0.03O_4-δ催化剂（x=0、0.01、0.02、0.05、0.10）,并在单管固定床反应器中进行H₂-SCR脱硝性能评价。运用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、程序升温-脱附（NH₃-TPD）和程序升温还原（H₂-TPR）以及傅里叶红外光谱仪（FTIR）等手段对催化剂进行表征、分析。结果表明：适量Mn的掺杂不仅可以提高活性物种Pd在催化剂上的分散度,还显著提高了其催化剂表面的总酸量及其氧化还原能力,从而提高了NiFe_1.97Pd_0.03O_4-δ催化剂在低温下的H₂-SCR脱硝活性,并拓宽了其催化活性温度窗口。在实验范围内,NiFe_1.92Mn_0.05Pd_0.03O_4-δ催化剂在150℃下的NO转化率高达95%,且在150~200℃温度区间内,NO转化率均在90%以上。     

LaMn1-x-yFexCoyO3-δ钙钛矿载氧体用于化学链部分氧化

采用溶胶-凝胶法制备了B位Fe和Co共取代的LaMn_1-x-yFe_xCo_yO_3-δ钙钛矿型复合氧化物,并用于化学链甲烷部分氧化制合成气。X射线衍射（XRD）结果表明Fe和Co均进入了LaMnO₃的晶格形成钙钛矿晶相,活性和稳定性测试表明LaMn_1/3Fe_1/3Co_1/3O_3-δ载氧体具有最佳的化学链甲烷部分氧化性能。CH₄程序升温还原（CH₄-TPR）表征发现LaMn_1/3Fe_1/3Co_1/3O_3-δ具有比LaBO₃（B=Co, Mn, Fe）更高的甲烷活化能力和晶格氧迁移性能。甲烷恒温脉冲反应（CH₄-pulse reaction）进一步证实了B位离子的协同作用可以提高LaBO₃（B=Co, Mn, Fe）的表面反应速率。程序升温氢气还原（H₂-TPR）表明,LaMn_1/3Fe_1/3Co_1/3O_3-δ中晶格氧具有适中的氧化还原能力,适合用于化学链甲烷部分氧化。     

原位双金属纳米颗粒YST复合阳极的构筑及其直接碳催化性能研究

研究了原位Cu析出和CuCo双金属析出的钇掺杂钛酸锶（YST）材料在作为直接碳燃料电池（DC-SOFCs）阳极时的结构及性能。首先采用燃烧法制备系列Co掺杂的Y_0.08Sr_0.92Ti_0.9-xCu_0.1Co_xO_3-δ（x = 0,0.1,0.2,0.3）阳极材料。通过XRD、SEM、TEM等表征材料微观结构,结果表明Co掺杂量达到0.2时,氢气还原后的阳极材料析出均匀分布的CuCo双金属纳米颗粒。电导率测试表明CuCo双金属纳米颗粒有效提高了材料的电导率。CO氛围下的阻抗测试表明,析出CuCo双金属纳米颗粒的Co0.2阳极材料具有最小的极化阻抗,催化活性优于其他阳极材料,以其作为阳极的电池在800℃和碳为燃料时,最大功率密度可达591 mW·cm^-2,且具有良好的稳定性,是一种优异的DC-SOFC阳极材料。     

Ba2+、MoO42-掺杂对NaCaPO4：Eu3+荧光粉发光性能的影响研究

为提高红色荧光粉的发光强度和色纯度,以硝酸钙、硝酸钠、硝酸铕、磷酸二氢铵、钼酸铵、硝酸钡为原料,采用高温固相法合成了NaCa_1-xPO₄：xEu³⁺、NaCa_1-x（PO₄）_1-y（MoO₄）_y：xEu³⁺、NaCa_1-x-zPO₄：xEu³⁺,zBa²⁺系列红色荧光粉。探讨了Eu³⁺单掺杂和Eu³⁺/MoO₄^2-、Eu³⁺/Ba²⁺共掺杂对荧光粉发光性能的影响。用X射线衍射（XRD）、荧光分光光度计、色坐标等对荧光粉的结构进行表征。研究结果表明：掺杂Eu³⁺、MoO₄^2-、Ba²⁺后NaCaPO₄晶系没有发生变化,但是晶胞参数发生了变化,说明Eu³⁺、MoO₄^2-、Ba²⁺进入NaCaPO₄晶格中。在393 nm紫外光激发下,荧光粉发射光谱图出现两个Eu³⁺比较强的特征发射峰,分别属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁和⁵D₀→⁷F₂跃迁。与单掺杂16%Eu³⁺荧光粉相比,共掺杂16%Eu³⁺/3%MoO₄^2-或16%Eu³⁺/6%Ba²⁺荧光粉的发射光谱中⁵D₀→⁷F₂跃迁产生的发射峰强度均高于单掺杂16%Eu³⁺荧光粉的发射峰强度,其⁵D₀→⁷F₂与⁵D₀→⁷F₁发射光强度之比（R）分别为1.76（R_Mo）和1.28（R_Ba）,都大于单掺杂16%Eu³⁺荧光粉的R_Eu（0.99）,共掺杂Eu³⁺/MoO₄^2-荧光粉的色纯度比单掺杂Eu³⁺和共掺杂Eu³⁺/Ba²⁺荧光粉的色纯度更好。     

氨分解制氢棒状La x Ce1-x O y 负载Ru催化剂

氨分解得到的H₂不含CO _x 、SO _x 、NO _x 等有害物质,是其他所有含碳资源为原料制氢所不能比拟的。本文采用无模板水热法制备了一系列棒状载体,并采用沉积沉淀法制备了Ru/La _x Ce_1-x O _y 催化剂,考察了制备方法、催化剂组成对性能的影响,并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、BET、H₂-程序升温还原（TPR）和CO₂-程序升温脱附（TPD）进行了表征。结果表明,La₂O₃掺杂量为40%的Ru/La_0.4Ce_0.6O_1.8催化剂在常压、7800h^-1、450℃下氨分解转化率为98%。该催化剂活性高归因于部分还原的CeO_2-x 对Ru的供电子性能和Ru/La_0.4Ce_0.6O_1.8催化剂表面的强碱性增加了对Ru活性位的给电子能力。同时考察了K₂O含量的影响,最优的催化剂为Ru-2%K/La_0.4Ce_0.6O_1.8,在400℃、7800h^-1氨气转化率可以达到93%。结果表明Ru-2%K/La_0.4Ce_0.6O_1.8可以作为一种新型高效氨分解催化剂,为工业化应用提供了可能,具有良好的发展前景。     

火焰喷雾合成法制备La0.8Sr0.2Mn1-xCuxO3催化氧化CO性能研究

采用火焰喷雾合成法制备了Sr²⁺、Cu²⁺分别取代A、B位的La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCu_xO₃ （x=0,0.1,0.2,0.3,0.4）钙钛矿催化剂,并用于CO催化氧化实验,研究了水蒸气和CO₂对催化剂CO氧化活性的影响。对不同取代量La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCu_xO₃ 催化剂进行了XRD、SEM、EDS、BET、XPS、H₂-TPR和O₂-TPD等表征测试。结果表明,火焰喷雾合成法制备的钙钛矿催化剂具有良好的钙钛矿相、疏松多孔结构和催化氧化活性。其中,La_0.8Sr_0.2Mn_0.9Cu_0.1O₃分别在119.4℃和133.3℃实现50%和90%的CO转化率。掺杂水蒸气和CO₂会与CO在催化剂表面形成竞争吸附,导致5种催化剂性能衰减,但La_0.8Sr_0.2Mn_0.9Cu_0.1O₃仍能在150.2℃实现90%的CO催化转化,在连续稳定性催化氧化测试中,5种催化剂性能衰减不超过10%。结合上述CO催化氧化实验,火焰喷雾合成法制备的催化剂具有良好的稳定性和催化活性,适合制备高CO催化氧化活性的钙钛矿催化剂。     

原位析出纳米合金的PrBaFe2O6-δ 基阳极构筑及其在固体碳燃料电池中的应用研究

开发高性能阳极材料对于固体碳为燃料的固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cells, SOFCs）的发展意义重大。本文研究了原位析出Fe以及FeNi合金的PrBaFe₂O_6-δ （PBF）基层状双钙钛矿材料在SOFCs中的应用。通过溶胶-凝胶法制备了Ni掺杂的 (PrBa)_0.95Fe_1.7Ti_0.2Ni_0.1O_6-δ （PBFTN）阳极材料。XRD表明合成的材料呈现钙钛矿结构且在阳极还原性气氛下保持稳定。XRD、SEM、TEM、XPS结果表明在还原性气氛下材料表面析出大量均匀分布的纳米金属颗粒。当采用纯的纳米活性炭为燃料时,电解质支撑型的以PBFTN为阳极的单电池在800℃下实现了698 mW·cm^-2的最大功率密度,性能十分优异,表明其是一种具有潜力的SOFCs阳极材料。     

Ta、Ba共掺杂石榴石型Li7La3Zr2O12电解质的制备及性能研究

传统锂离子电池采用有机电解液体系,能量密度难以进一步提升,同时存在一定的安全隐患。采用无机固体电解质构建全固态锂电池,在提高电池能量密度同时可兼顾安全性问题。在众多无机固体电解质中,Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)石榴石电解质具有离子电导率高、与金属锂接触稳定等优势,成为受人关注的材料。为了进一步提高该材料的导电性,采用固相法合成Ta、Ba共掺杂LLZO(Li_7-x+yLa_3-yBa_yZr_2-xTa_xO₁₂)电解质,采用X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学阻抗法分析样品的物相结构、微观形貌及离子电导率。结果表明,Ta⁵⁺掺杂能够稳定立方相结构,Ba²⁺作为掺杂剂和烧结剂,促进晶粒生长和陶瓷致密化,从而降低总电阻。其中,Li_6.45La_2.95Ba_0.05Zr_1.4Ta_0.6O₁₂样品在室温下的总电导率为1.07×10^-3 S·cm^-1,活化能为0.378 eV。Ta⁵⁺/Ba²⁺共掺杂有利于制备高致密度和高电导率的石榴石型电解质材料。     

离子对(Nb5+-Cr3+)掺杂对0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷微观结构和电学性能的影响

采用固相烧结法制备(Bi_0.5Na_0.5)_0.93Ba_0.07Ti_1-x(Nb_0.5Cr_0.5)_xO₃(摩尔分数x=0%、0.5%、1%、2%、2.5%、5%)(简称BNBT-xNC)无铅压电陶瓷,研究离子对(Nb⁵⁺-Cr³⁺)对0.93Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.07BaTiO₃(简称BNT-7BT)陶瓷微观结构、介电、铁电和应变性能的影响。结果表明,所有组分为伪立方相。随着离子对(Nb⁵⁺-Cr³⁺)含量增加,BNBT-xNC陶瓷的铁电弛豫特性明显改变,在较低掺杂浓度下(0%≤x≤1%)为非遍历弛豫态,随含量增加(1%≤x≤2%),出现非遍历-遍历弛豫态共存,最后转变为遍历弛豫态(2.5%≤x≤5%);陶瓷从铁电态向弛豫态转变,应变性能先增加后降低,最大应变S_max和逆压电常数d^*₃₃在x=2%时达到最大,分别为0.22%和431 pm/V。     

氮掺杂对金红石二氧化钛光电特性影响的理论研究

运用第一性原理LDA+U方法,计算不同浓度氮元素掺杂金红石相二氧化钛的能带结构、态密度和光学性质,研究显示氮元素的掺入使TiO_2-x N _x 体系带隙变窄。而O-2p与N-2p轨道杂化耦合在费米能级附近出现了杂质能级,促使载流子跃迁变容易,从而拓展了TiO_2-x N _x 体系对可见光的响应范围。此外,杂质能级对电子-空穴对的复合有抑制作用,对光催化活性的提升具有积极作用。研究结果表明,当氮元素掺杂量（x）为0.062 5时,TiO_2-x N _x 体系光吸收性能与光电响应较好。     

LaMn1-x-yFexCoyO3-δ perovskite based oxygen carriers for chemical looping partial oxidation

LaMn_1-x-yFe_xCo_yO_3-δ perovskite-type composite oxides co-substituted with B-site Fe and Co were prepared by the sol-gel method, and used for the chemical looping partial oxidation of methane to syngas. The XRD results suggest that Fe and Co were incorporated into the lattice of LaMnO₃ and formed perovskite phase. Reactivity and stability tests show that LaMn_1/3Fe_1/3Co_1/3O_3-δ oxygen carrier has the best reaction performance. CH₄-TPR results indicate that LaMn_1/3Fe_1/3Co_1/3O_3-δ has higher methane activation and lattice oxygen migration rates than those of LaBO₃ (B=Co, Mn, Fe). CH₄-pulse reaction further confirms that the synergistic effect of B-site ion substitution can improve the surface reaction rate of LaBO₃ (B=Co, Mn, Fe). H₂-TPR results show that the lattice oxygen in LaMn_1/3Fe_1/3Co_1/3O_3-δ has moderate redox capacity, which is suitable for partial oxidation of methane.     

原位析出纳米合金的PrBaFe2O6-δ 基阳极构筑及其在固体碳燃料电池中的应用研究

开发高性能阳极材料对于固体碳为燃料的固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cells, SOFCs）的发展意义重大。本文研究了原位析出Fe以及FeNi合金的PrBaFe₂O_6-δ （PBF）基层状双钙钛矿材料在SOFCs中的应用。通过溶胶-凝胶法制备了Ni掺杂的 (PrBa)_0.95Fe_1.7Ti_0.2Ni_0.1O_6-δ （PBFTN）阳极材料。XRD表明合成的材料呈现钙钛矿结构且在阳极还原性气氛下保持稳定。XRD、SEM、TEM、XPS结果表明在还原性气氛下材料表面析出大量均匀分布的纳米金属颗粒。当采用纯的纳米活性炭为燃料时,电解质支撑型的以PBFTN为阳极的单电池在800℃下实现了698 mW·cm^-2的最大功率密度,性能十分优异,表明其是一种具有潜力的SOFCs阳极材料。     

Barium-doped Pr2Ni0.6Cu0.4O4+δ with triple conducting characteristics as cathode for intermediate temperature proton conducting solid oxide fuel cell

Proton conducting solid oxide fuel cell (H-SOFC) is an emerging energy conversion device, with lower activation energy and higher energy utilization efficiency. However, the deficiency of highly active cathode materials still remains a major challenge for the development of H-SOFC. Therefore, in this work, K₂NiF₄-type cathode materials Pr_2-xBaNi_0.6Cu_0.4O_4+δ (x=0, 0.1, 0.2, 0.3), single-phase triple-conducting (e^-/O^2-/H⁺) oxides, are prepared for intermediate temperature H-SOFCs and exhibit good oxygen reduction reaction activity. The investigation demonstrates that doping Ba into Pr_2-xBaNi_0.6Cu_0.4O_4+δ can increase its electrochemical performance through enhancing electrical conductivity, oxygen vacancy concentration and proton conductivity. EIS tests are carried at 750℃ and the minimum polarization impedances are obtained when x=0.2, which are 0.068 Ω·cm² in air and 1.336 Ω·cm² in wet argon, respectively. The peak power density of the cell with Pr_1.8Ba_0.2Ni_0.6Cu_0.4O_4+δ cathode is 298 mW·cm^-2 at 750℃ in air with humidified hydrogen as fuel. Based on the above results, Ba-doped Pr_2-xBaNi_0.6Cu_0.4O_4+δ can be a good candidate material for SOFC cathode applications.