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介孔纳米结构材料的研究与发展

综述了介孔材料的合成方法、分类、形成机理、形貌控制和应用.目前各种形状如球形、棒状、片状、螺旋形和绳形等形状的介孔材料已经采用溶胶-凝胶、自组装、微乳、反胶束和超声等方法合成出来.按化学组成介孔材料分为硅基和非硅介孔材料,硅基介孔材料已被很好地研究,相反,非硅介孔材料虽然有着广泛的应用前景但研究不多.介孔材料的几种形成机理已经被提出, 主要包括液晶模板和协同组装机理.作者也采用化学超声和反胶束方法制备出新奇的介孔二氧化钛粉末和薄膜材料, 其光催化活性明显高于普通二氧化钛粉末和薄膜材料.

关键词: 介孔纳米结构材料 , 合成机理 , 形貌控制 , 应用发展

三维光子晶体的化学方法制备与应用

赵丽 , 余家国 , 程蓓 , 赵修建

稀有金属材料与工程

描述了光子晶体的基本概念、特征及其材料组成.并详细介绍了用自组装制备三维半导体光子晶体的方法;为了提高电解质的折射率反差,以合成蛋白石为模板剂制备反相蛋白石的方法,最后论述了光子晶体的应用前景.

关键词: 光子晶体 , 自组装 , 反相蛋白石 , 制备 , 应用

分等级结构对锡氧化物负载Pt室温催化甲醛氧化性能的影响

段媛媛 , 宋少青 , 程蓓 , 余家国 , 姜传佳

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(16)62551-2

甲醛是主要的室内空气污染物,气相中甲醛去除技术具有重要意义.常用的甲醛去除技术主要包括物理和化学吸附、光催化分解和热催化氧化,其中能在常温下进行的催化氧化最具发展和实用前景.能在室温下高效催化甲醛完全氧化的催化剂一般为负载型贵金属,如铂(Pt)、钯、金、银等.除了选择具有内在高活性的组分,通过提高贵金属分散度,增强贵金属-载体相互作用,增加载体的甲醛亲和性等方法也可提高甲醛催化分解活性.以上方法主要关注催化剂化学性质的改良;另一方面,催化剂的微观几何结构以及传质快慢对表观催化反应速率也有重要影响.近年来研究表明,分等级结构利于反应物在材料孔隙中的扩散输移,可大幅提高催化活性.因此,我们制备了具有分等级结构的花状锡氧化物(SnOx)负载的Pt纳米颗粒,并研究其室温下催化分解甲醛的性能.花状SnOx以氟化亚锡和尿素为原料,通过水热法制备;Pt通过浸渍、硼氢化钠还原法负载,制备Pt/SnOx催化剂.另外,对SnOx进行球磨处理破坏其分等级结构,制备g-SnOx及Pt/g-SnOx作为对照.通过场发射扫描电镜观察,制备的锡氧化物为具有分等级结构的花状微球,直径约1?m,由厚度约20 nm的花瓣状纳米片交错连接而成.X射线衍射(XRD)谱图对应四方相氧化亚锡(SnO,JCPDS 06-0395),但也观察到四方金红石相氧化锡(SnO2,JCPDS 41-1445)的微弱特征峰.高分辨透射电镜(HRTEM)仅观察到四方相SnO的晶格条纹.根据X射线光电子能谱(XPS)结果,在花状锡氧化物的表面,锡元素的氧化态为正四价.综合以上表征结果表明:制备的锡氧化物主体为SnO,由于表面被空气氧化,含有少量SnO2.通过透射电镜观察Pt/SnOx催化剂发现,直径2–3 nm的Pt纳米颗粒高度分散负载于SnOx纳米片表面;XPS结果表明,纳米颗粒中Pt的价态为0价,与HRTEM观测结果一致.甲醛分解测试采用静态测试系统,在体积为6 L的测试箱中加入一定浓度甲醛后开始反应,监测甲醛、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)浓度随时间的变化.结果表明,花状SnOx在室温下不具有催化甲醛氧化活性,仅能通过吸附作用去除少量甲醛;而负载0价金属态Pt纳米颗粒后,甲醛快速分解为CO2和水,且无CO生成.在初始浓度170 ppm条件下,反应1 h后,甲醛去除率达到87%.Pt/SnOx催化剂的高活性表明,金属态Pt是催化甲醛氧化的活性组分.经球磨处理后制备的Pt/g-SnOx,其催化活性远低于具有分等级结构的Pt/SnOx;后者的二级反应速率常数为前者的5.6倍,证明分等级结构能有效加速甲醛催化氧化分解.本研究结果对于高效分解室内甲醛材料的设计、制备提供了一种指导性的新思路.

关键词: 催化甲醛氧化 , 室温 , 锡氧化物 , 铂 , 分等级结构 , 花状

高活性二氧化钛光催化剂的低温水热合成

余家国 , 熊建锋 , 程蓓

催化学报

以硫酸钛和尿素为原料,通过水热方法制备了锐钛矿相纳米晶二氧化钛光催化剂. 用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和N2吸附-脱附对所得催化剂的结构进行了表征,并通过空气中丙酮的光催化氧化反应考察了其光催化活性. 结果显示,通过水热方法不需要经过任何热处理就能制备结晶良好的锐钛矿相TiO2粉末,160 ℃水热反应3 h或180 ℃水热反应2 h制备的二氧化钛光催化剂显示出高的光催化活性,其光催化活性比Degussa P25高3倍多. 这可能是由于该方法所制备的二氧化钛光催化剂具有高的比表面积和小的晶粒尺寸引起的.

关键词: 氧化钛 , 光催化剂 , 低温水热合成 , 丙酮 , 氧化 , 光催化活性

斜程路径大气相干长度的测量

汪建业 , 刘晓春 , 翁宁泉 , 吴毅

量子电子学报 doi:10.3969/j.issn.1007-5461.2005.03.035

介绍了一种斜程有限距离上大气相干长度的测量系统和方法,用系留气球搭载一个点光源,在地面用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定实时的斜程大气相干长度值,与湍流廓线测量实验进行了对比,实验结果分析光学湍流廓线积分与相干长度仪测量二者的相关性较好.

关键词: 大气光学 , 大气传输 , 大气相干长度 , 斜程测量

蠕变持久统一方程

张少波 , 傅惠民 , 张应福

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2000.12.003

建立了一种蠕变持久统一方程和热强参数统一方程,它不但将目前常用的拉森-米勒(L-M)方程、葛-唐吾(G-D)方程、曼森-索柯普(M-S)方程和曼森-哈弗特(M-H)方程统一表达为一个方程,而且还能很好地表征工程中许多用上述四种方程无法描述的材料蠕变断裂时间、应力和温度之间的关系.所以,与现行规范中推荐的这四种蠕变持久方程相比,统一方程具有对试验数据的拟合精度高、适用性强等优点.

关键词: 蠕变 , 持久强度 , 持久方程

纵流壳程换热器壳程近壁区流场和温度场数值研究

古新 , 董其伍 , 王珂

工程热物理学报

对新型纵流壳程换热器壳程近壁局部区域的流场和温度场进行了数值模拟研究,总结了换热器横截面内各换热管壁面对流传热系数与换热管距壳体轴心距离的关系,分析了近壁区域非规则流道内流体对流传热系数较壳体中心主流区内规则流道大的原因,为换热器壳程内关键局部区域流体流动和传热状况的改善以及进一步的结构优化提供了直观依据.提出的纵流壳程换热器周期性全截面计算模型,为发现和解决换热器中与局部位置流体流动和传热细节相关的深层次问题提供了良好的辅助手段.

关键词: 纵流壳程换热器 , 流场 , 温度场 , 局部特性 , 数值模拟.