具有优异甲醇耐受性的Rh掺杂PdCu有序金属间化合物纳米粒子增强氧还原电催化

Direct methanol fuel cells (DMFCs), as one of the important energy conversion devices, are of great interest in the fields of energy, catalysis and materials. However, the application of DMFCs is presently challenged because of the limited activity and durability of cathode catalysts as well as the poisoning issues caused by methanol permeation to the cathode during operation. Herein, we report a new class of Rh-doped PdCu nanoparticles (NPs) with ordered intermetallic structure for enhancing the activity and durability of the cathode for oxygen reduction reaction (ORR) and achieving superior methanol tolerance. The disordered Rh-doped PdCu NPs can be prepared via a simple wet-chemical method, followed by annealing to convert it to ordered phases. The results of transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), power X-ray diffraction (PXRD) analysis and high resolution TEM (HRTEM) successfully demonstrate the formation of near-spherical NPs with an average size of 6.5 ± 0.5 nm and the conversion of the phase structure. The complete phase transition temperatures of Rh-doped PdCu NPs and PdCu are 500 and 400 ℃, respectively. The molar ratio of Rh/Pd/Cu in the as-synthesized Rh-doped PdCu NPs is 5/48/47. Benefitting from Rh doping and the presence of the ordered intermetallic structure, the Rh-doped PdCu intermetallic electrocatalyst achieves the maximum ORR mass activity of 0.96 A·mg^-1 at 0.9 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) under alkaline conditions—a 7.4-fold enhancement compared to the commercial Pt/C catalyst. For different electrocatalysts, the ORR activities follow the sequence, ordered Rh-doped PdCu intermetallics > ordered PdCu intermetallics > disordered Rh-doped PdCu NPs > disordered PdCu NPs > commercial Pt/C catalyst. In addition, the distinct structure endows the Rh-doped PdCu intermetallics with highly stable ORR durability with unaltered half-wave potential (E_1/2) and mass activity after continuous 20000 cycles, which are higher than those of other electrocatalysts. Furthermore, the E_1/2 of the Rh-doped PdCu intermetallics decreases by only 5 mV after adding 0.5 mol·L^-1 methanol to the electrolyte, while the commercial Pt/C catalyst negatively shifts by 235 mV and a distinct oxidation peak can be observed. The results indicate that the ORR activity of the Rh-doped PdCu intermetallic electrocatalyst can be well maintained even in the presence of poisoning environment. Our results have demonstrated that Rh-doped PdCu NPs with ordered intermetallic structures is a potential electrocatalyst toward the next-generation high-performance DMFCs.     

3kA钕电解槽流场中颗粒受力分析

近年来随着NdFeB永磁的应用发展,对金属Nd质量的要求越来越高,而电解过程碳颗粒运动及溶解对金属质量的影响至关重要。通过理论与数值模拟相结合的方式对流场中不溶于电解液的碳固体颗粒的主要受力类型进行梳理,对其运动轨迹进行数值模拟研究,针对稀土电解槽进行了颗粒-流场的计算及模拟,研究发现曳力及重力是颗粒在电解槽中起主要作用的力。曳力是改变颗粒运动轨迹的影响因素,且曳力随粒径的增大而增大。0.07 mm颗粒粒径是区分主要作用力是重力还是曳力的临界值,颗粒粒径越大,越不利于电解槽得到纯净的Nd单质。对进一步改进电解槽槽型,从而得到质量更好、杂质更少的稀土金属,并对后续各物理场对颗粒的影响提供参考意义。     

多功能Fe3O4@SiO2 Janus颗粒

采用溶剂热法和溶胶-凝胶法制备了顺磁性Fe₃O₄@SiO₂颗粒,以Pickering乳液界面保护法实现颗粒表面分区获得Fe₃O₄@SiO₂ Janus颗粒,进一步选区复合生长Pt或Ag纳米颗粒制备Fe₃O₄@SiO₂-Pt和Fe₃O₄@SiO₂-Ag Janus颗粒.Fe₃O₄@SiO₂-Pt Janus颗粒的Pt一侧进行催化过氧化氢的反应,具有自驱动功能.因其顺磁性和两亲性,Fe₃O₄@SiO₂-Ag Janus颗粒能够作为磁响应颗粒乳化剂稳定油水乳液,并将Ag的催化功能引入界面.     

无机纳米与多孔材料合成中的凝聚态化学

所谓凝聚态,一般意义上是指液态和固态,而凝聚态化学,即是在固相和液相中的各种化学过程。在无机材料,特别是无机纳米与多孔材料的合成制备中,凝聚态化学过程贯穿其中,几乎无处不在。在固相材料合成过程中,通过液相中的各种化学反应以获得目标固体材料的所需组分和物相,也许就是无机材料合成中一个最基本的凝聚态化学问题;而多孔如微孔或介孔材料合成中,更涉及伴随组分和物相形成过程中的孔结构形成与调控;进一步,在制备面向实际应用如催化剂和药物载体时,则在以上的各项要求之外,还必须考虑材料的表面活性位、缺陷等关键因素,以及颗粒尺寸、分散性和形貌等几何和物理特性。本文以无机氧化物为对象,讨论了无机材料在凝聚态化学合成过程中的几个侧面,包括纳米颗粒和粉体的化学合成方法,多孔材料的合成和多孔复相结构的合成调控,以及多级孔结构沸石的合成制备与催化性能,以期能加深对材料合成中凝聚态化学过程的认识,并期待以凝聚态化学为指导,进一步推动无机材料特别是纳米多孔材料合成的发展。     

非球形颗粒两相流的数值模拟研究进展

非球形颗粒两相流是多相流的重要研究方向之一, 常见于自然界及工业生产过程中. 不同于球形颗粒, 由于非球形颗粒形状的各向异性, 除了颗粒平动行为, 还需要考虑颗粒的转动与取向行为, 颗粒的取向与转动行为会影响颗粒所受的力和力矩. 为了准确模拟非球形颗粒的运动行为, 目前非球形颗粒两相流的数值模拟研究主要基于欧拉?拉格朗日的求解框架展开, 常见的非球形颗粒两相流数值模拟方法主要包括点颗粒法与全分辨颗粒法. 本文将对这两类方法进行介绍, 同时会全面介绍非球形颗粒两相流研究的基础理论模型, 并系统总结非球形颗粒在简单基本流和复杂湍流中的研究进展, 包括对于非球形颗粒在湍流中的取向与转动行为机理, 以及颗粒对湍流减阻调制作用的研究. 最后, 本文提出了非球形颗粒两相流研究存在的问题及未来研究方向.      

颗粒流体系统的格子Boltzmann数值方法研究进展

介绍Euler-Lagrange框架下基于格子Boltzmann方法LBM (Lattice Boltzmann Method)发展的两种不同层次(即不同时-空尺度和精度)的颗粒流体系统离散模拟方法,即格子Boltzmann颗粒解析直接数值模拟(LB-based PR-DNS)方法和格子Boltzmann离散颗粒模拟(LB-based DPS)方法,总结了Euler-Euler框架下基于格子Boltzmann双流体模型(LB-based TFM)方面的探索研究。LB-based PR-DNS方法中颗粒尺寸远大于格子步长,能够直接解析出流体在颗粒表面的流动以及颗粒所受完整的动力学信息;LB-based DPS方法中格子步长远大于颗粒直径,其在计算精度、时间耗费和计算效率之间能达到很好的平衡,可获得流体的宏观平均流动及颗粒的运动轨迹信息。LB-based DNS和DPS是探索颗粒流体系统的有力手段,但LB-based TFM应用于模拟颗粒流体系统仍需进一步探索。     

爆炸载荷下脆性颗粒体系破碎特性的数值研究

试验发现,以球形TNT为中心爆源,球形玻璃珠构成的颗粒和球壳中发生破碎的颗粒体积分数随当量比(颗粒球壳的质量与TNT炸药的质量比)的增加呈现指数衰减规律。采用有限元与离散元耦合的连续非连续数值方法,揭示了中心炸药起爆后颗粒环壳内爆炸波的传播衰减和在环壳外界面反射后的稀疏卸载过程。由于爆炸波的短脉冲特性,颗粒内部应力场始终处于应力非均衡状态,采用应力均衡状态下颗粒破碎强度的Weibull分布会得到远高于试验测得的破碎颗粒体积分数。因此采用破坏波传播特征时间内的平均诱导应力而非瞬时诱导应力作为颗粒破碎强度的应力指标,并通过试验结果确定破坏波传播特征时间。考虑了应力传播的非均匀性对于颗粒破碎的影响,得到了平均诱导应力峰值的概率分布随比例距离的变化规律,结合修正后的颗粒破碎强度Weibull分布建立了破碎颗粒体积分数随比例距离的变化模型。     

回转窑多粒径颗粒流动与偏析的DEM模拟与实验研究

为明晰回转窑内颗粒的运动行为及偏析机理,以绿豆、黄豆和黑豆为颗粒介质,依次对3种装填顺序下的颗粒流动过程进行离散元模拟与实验研究,以颗粒质量分数和平均粒度为判据,对颗粒偏析进行评价。结果表明,回转窑内颗粒流动区可分为自由滚落区、渗流呆滞区以及窑壁携带区,自由滚落区颗粒流速最大,而渗流呆滞区流速最小。窑内颗粒沿轴向输运过程发生径向偏析,形成夹层结构,小颗粒受渗流作用在渗流呆滞区中心形成内核,大粒径和中等粒径颗粒集中在自由滚落区和窑壁携带区。窑内颗粒力链分布不均匀,强力链分布于近窑壁区,弱力链分布于自由滚落区和渗流呆滞区,且渗流呆滞区力链细而密集。当窑头附近不同粒径颗粒存在轴向速度差时,颗粒在轴向发生掺混,并产生径向偏析。     

卷积神经网络在装备磨损颗粒识别中的研究综述

铁谱法是用于装备故障诊断的1种重要方法,其中铁谱法的重点是铁谱图像的分析,即磨损磨粒分析. 卷积神经网络是当下最流行的深度学习算法之一,其广泛应用于图像识别领域,使得图像识别领域得到突破. 随着卷积神经网络的快速发展,磨损颗粒在智能识别方面的技术取得了重大的突破. 本文中首先简述了卷积神经网络与磨粒智能识别的发展历史,针对基于卷积神经网络的磨粒识别方法进行了从图像数据集处理到模型优化技术方面的介绍,并详细说明了这些技术在磨粒识别中的具体应用实例. 然后从现有网络和自设计网络两方面分类,整理了近年来卷积神经网络应用于磨粒智能识别的代表性文献,综述了这些工作所提出的模型结构和特点,分析并阐述了各个模型主要的识别原理,各个网络结构存在的优缺点,以及它们的数据采用情况等,并对未来磨粒智能识别的主要研究方向进行了展望. 最后肯定了卷积神经网络方法在磨粒智能识别方面的重要性,同时指出了基于此方法的磨粒识别模型的缺点,并提出了应紧跟图像识别领域的最新技术以促进磨粒智能识别水平提高等建议,对磨粒智能识别的发展具有一定的意义.      

滞止火焰场中TiO2颗粒的烧结特征研究

由于对颗粒粒径分布和晶型的显著影响,纳米TiO2颗粒的烧结特征在滞止火焰合成工艺中至关重要.本文通过插入式热泳采样和对合成时间的调控,对颗粒在火焰中和滞止板上的烧结特征进行了研究,进而利用颗粒群平衡模型结合表面积线性衰减理论,对火焰中颗粒的团聚和滞止板上沉积颗粒的粒径分布进行了理论分析预测,其结果与实验结果相吻合.