单斜氧化锆表面水合和脱水的动态模拟

常用的氧化物负载金属催化剂通常在水相中制备，且在使用前常常需要经过煅烧. 因此，氧化物载体表面的水合和脱水过程对于负载型金属催化剂的真实建模至关重要. 通过第一性原理分子动力学模拟，本文考察了温和温度下无水单斜氧化锆(111)表面在显式溶剂水中的演化. 在模拟过程中，所有的双重配位桥位氧位点很快被溶剂水质子化，形成酸性羟基(HO_L)，并在锆原子上留下碱性羟基(HO^*). 这些碱性羟基(HO^*)可以与表面未解离的吸附水分子(H₂O^*$)进行活跃的质子交换，进而在表面自由扩散. 在273 K到373 K的温度范围下，第一性原理分子动力学水相模拟可以得到一种较为确定的、有代表性的平衡水合单斜氧化锆(111)表面，其表面锆原子上覆盖度(θ)为0.75. 随后，为了模拟低于800 K的温和煅烧温度下的表面脱水过程，本文使用密度泛函理论计算了表面水分子的逐步脱附自由能. 通过获得表面的脱水相图，总结了不同煅烧温度下有代表性的、部分水合的单斜氧化锆(111)表面(0.25≤θ<0.75). 这些水合单斜氧化锆(111)表面具有重要的理论意义，可以方便快捷地被应用于氧化锆催化剂及氧化锆负载金属催化剂的真实建模与模拟.     

RIG型磁光薄膜的研究进展及应用

随着光通信技术与光子集成电路的发展,非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件,为了将非互易性器件整块集成在硅片上,需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm),以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应,是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现,使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能,尤其是Bi³⁺和Ce³⁺掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理,介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法,回顾了近年来的主要研究成果,介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用,最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。     

普鲁士蓝/氧化锆复合材料的电化学行为及对H_2O_2的电催化

通过一步电沉积技术制备了普鲁士蓝/氧化锆修饰玻碳电极。采用电化学阻抗技术表征修饰电极。采用循环伏安法研究了pH值和扫描速率对该修饰电极的电化学行为的影响。结果表明:普鲁士蓝的峰电流与其扫描速率的一次方在一定范围内呈良好的线性关系。此外,该修饰电极在含有KCl(1.0mol/L)的磷酸盐缓冲溶液(0.1mol/L,pH=7.0)中,对H2O2具有明显的电催化作用,在无酶检测H2O2领域具有潜在的应用价值。     

硫酸化氧化锆负载的Ru单原子催化甲烷直接转化制甲醇（英文）

天然气作为一种低碳清洁能源,其储量大、价格低、热值高,被认为是最有前途的石油替代资源之一.甲烷是天然气的主要成分,直接转化为甲醇是有效利用甲烷的一种途径,也是一个极具挑战性的课题.一方面,甲烷的C-H键(439.3 kJ·mol^-1)强度非常高,活化十分困难;另一方面,在反应条件下,甲醇等产物比甲烷更容易被氧化,从而导致目标产物的选择性不高.因此,设计高效催化剂是解决该难题的有效途径之一.研究(J. Catal., 1993, 144.238-253和Catal. Today, 2021, 365,71-79)发现,硫酸化的氧化锆(SZ)负载的贵金属(例如Pt等)等超强酸催化剂能够促进甲烷在脱氢芳构化反应中的活化.受该工作启发,本文通过模拟均相催化设计了固体超强酸负载的Ru单原子催化剂(SAC),并在温和条件(70 ℃)下将其用于甲烷直接转化制甲醇反应.结果发现,在Ru/SZSAC上的含氧化合物(CH₃OH, CH₃OOH和HCOOH)收率(18.32 μmol,≥80 h^-1)显著超过SZ(0.6...     

TiO2修饰La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ用于中温固体氧化物燃料电池的阴极

纳米TiO2修饰的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极被直接应用于YSZ电解质电池上. TiO2可阻止LSCF和YSZ间的化学反应,抑制SrZrO3的形成. LSCF-0.25 wt% TiO2阴极电池在0.7 V和600°C下的电流密度是LSCF阴极电池的1.6倍.电化学阻抗谱结果表明, TiO2修饰显著加快了氧离子注入电解质的过程,这可能与TiO2抑制了阴极/电解质界面处高电阻SrZrO3层的形成有关.本文为在ZrO2基电解质上使用高性能的(La,Sr)(Co,Fe)O3阴极材料提供了一种简单有效的方法.     

掺氧化钙及相变对高压下立方氧化锆电子结构和光吸收的影响

研究表明,立方氧化锆可作为冲击波实验中的窗口材料.为了使得该材料在常态下保持结构稳定,需添加稳定剂——氧化钙.然而,掺杂会导致其在29 GPa的冲击压力下从立方转变为斜方Ⅱ结构相.因此,该材料在冲击压缩下的电子结构和光学吸收性质以及作为光学窗口的适用压力范围是值得研究的重要问题.本文运用第一性原理的方法,分别计算了在100 GPa范围内两种结构氧化锆的电子结构和光学吸收性质.结果表明:(1)在立方结构相区,冲击压力将导致其吸收边蓝移,而在斜方Ⅱ结构相区,却使得其吸收边红移;(2)在立方结构相区,掺杂将引起能隙变窄(吸收边红移),但对于斜方II相区,却导致能隙变宽(吸收边蓝移);(3)冲击结构相变使得能隙变窄,吸收边红移.本文数据建议,掺氧化钙的立方氧化锆在95GPa的冲击压力范围内可作为光学窗口材料.     

新型Sr_3Y(PO_4)_3∶Ce~(3+),Tb~(3+)绿光荧光粉的制备与发光机理的研究

采用传统的高温固相法合成了一种新型的绿色荧光粉Sr3Y(PO4)3∶Ce3+,Tb3+,利用X射线衍射(XRD)和荧光光谱(PL)对该材料的晶体结构和光学性能进行表征。结果分析表明,制得样品的XRD图谱不含Sr3Y(PO4)3以外的杂峰,稀土掺杂并未改变基质的晶体结构,得到的样品为纯相的磷酸钇锶。从本文实验中明显观察到Sr3Y(PO4)3∶Tb3+的激发光谱和Ce3+的发射光谱在320~390nm有重叠,表明在Sr3Y(PO4)3基质中可存在从Ce3+到Tb3+的能量传递。在紫外光(315nm)激发下该荧光粉发射出了Ce3+的蓝光(320~420nm)和Tb3+的黄绿光(480~500nm)和(530~560nm),当Ce3+的浓度为7%,Tb3+的浓度由1%增大到50%时,通过Ce3+的4f→5d电子跃迁将能量传递到Tb3+,然后发生5 D4→7 Fj电子跃迁,该荧光粉发射光谱可由蓝光逐渐调节为黄绿光。本文绘制了Ce3+,Tb3+的能级和Sr3Y(PO4)3∶Ce3+,Tb3+荧光粉中的能量转移过程示意图,并详细阐述了由Ce3+到Tb3+的能量传递过程。通过对比Ce3+和Tb3+的发光强度以及由Ce3+到Tb3+能量转移效率的相对变化,可以得出,随着掺入的Tb3+浓度不断增加,Tb3+的发射强度(5 D4→7 Fj)和能量转移效率(Ce3+到Tb3+)也在增大,而Ce3+的发射强度却有了明显的下降。当Tb3+的浓度为50%时能量转移效率可高达80%。通过CIE色度图也可以看出,当Tb3+浓度不断增大,样品的色坐标从图中的蓝色区域移动到绿色区域。所以在紫外光激发下,Ce3+和Tb3+共掺Sr3Y(PO4)3可作为一种绿光荧光粉应用在白光LED或LCD背光源上。     

氧化锆陶瓷的摩擦磨损行为与机理

氧化锆陶瓷的工程应用前景广阔，在许多场合都必须与水或水溶液接触，但有关这种陶恣在水中的摩擦磨损行为和机理的研究报道不多见，而且已有的工作也不够深入。因此，对氧化锆陶瓷分别在水润滑和干摩擦下的摩擦学特性及其磨损机理进行了考察。     

铜基/氧化锆催化剂的应用及改性研究进展

ZrO2具有弱酸碱性、氧化还原性、良好的热稳定性和机械强度,在催化领域得到广泛应用。以Zr O2为载体的铜基催化剂因其活性高,选择性好,性能稳定,受到越来越多的关注。本文介绍了Cu/Zr O2催化剂在醇类的水蒸气重整制氢、CO/CO2加氢合成低碳醇、二乙醇胺脱氢、乙醇直接合成乙酸乙酯和低温水煤气变换方面的应用。综述了添加不同助剂对Cu/Zr O2催化剂物化及催化性能的影响。