Developing Flexible Quinacridone-Derivatives-Based Photothermal Evaporaters for Solar Steam and Thermoelectric Power Generation

Solar-driven interfacial vaporization by localizing solar-thermal energy conversion to the air−water interface has attracted tremendous attention. In the process of converting solar energy into heat energy, photothermal materials play an essential role. Herein, a flexible solar-thermal material di-cyan substituted 5,12-dibutylquinacridone (DCN−4CQA)@Paper was developed by coating photothermal quinacridone derivatives on the cellulose paper. The DCN−4CQA@Paper combines desired chemical and physical properties, broadband light-absorbing, and shape-conforming abilities that render efficient photothermic vaporization. Notably, synergetic coupling of solar-steam and solar-electricity technologies by integrating DCN−4CQA@Paper and the thermoelectric devices is realized without trade-offs, highlighting the practical consideration toward more impactful solar heat exploitation. Such solar distillation and low-grade heat-to-electricity generation functions can provide potential opportunities for fresh water and electricity supply in off-grid or remote areas.     

超临界水驱超稠油提高采收率热物理特性研究

超稠油资源的高效开发对于提高石油供给和保障我国石油安全意义重大。针对深层超稠油资源由于原始地层压力高、原油黏度大导致常规蒸汽驱无法有效开发的问题,本文提出超临界水驱开发深层超稠油的新思路。本文首先研制了超临界水驱油提高采收率实验平台,研发的管式填砂岩心模型能够模拟岩心升温和驱替的同步过程,然后开展了超临界水驱、蒸汽驱和热水驱对比实验研究,实验结果表明,相对于蒸汽驱,超临界水驱能显著提高采收率并具有更高的热效率,25MPa、400℃超临界水驱鲁克沁超稠油的采收率达到97.07%;获得了超临界水驱过程的温度场和驱替压差变化规律,发现了超临界水超覆现象,与蒸汽超覆相比,超临界水超覆发生晚且持续短,可扩大波及范围,提高采收率。     

Ni-Cu双金属催化剂上乙醇水蒸气重整制氢研究—制备方法对催化性能的影响

我们采用分步浸渍法和共浸渍法制备了一系列的Ni-Cu/mSiO₂催化剂.运用XRD、N₂吸附-脱附、H₂-TPR、SEM、TG-DTG等表征手段对催化剂反应前后的物理化学性质进行分析，催化剂对乙醇水蒸气重整（ESR）反应的催化性能通过常压固定床反应器进行评价.结果表明：催化剂的催化性能与载体上的活性组分分散有关，而活性金属的分散性与制备方法有关.共浸渍法制备的催化剂Ni₁₄-Cu/mSiO₂活性组分分散度较高，抗积碳能力与稳定性更好.在质量空速为2.7 h^-1，水醇摩尔比为9，反应温度为550℃的条件下进行稳定性测试，催化剂Ni₁₄-Cu/mSiO₂测试25 h没有出现失活现象，乙醇转化率保持在100%，H₂的选择性保持在70%以上，反应后的积碳含量仅为5.52%.     

Reverse Thinking of the Aggregation-Induced Emission Principle: Amplifying Molecular Motions to Boost Photothermal Efficiency of Nanofibers**

Using reverse thinking of the aggregation-induced emission (AIE) principle, we demonstrate an ingenious and universal protocol for amplifying molecular motions to boost photothermal efficiency of fibers. Core–shell nanofibers having the olive oil solution of AIE-active molecules as the core surrounded by PVDF-HFP shell were constructed by coaxial electrospinning. The molecularly dissolved state of AIE-active molecules allows them to freely rotate and/or vibrate in nanofibers upon photoexcitation and thus significantly elevates the proportion of non-radiative energy dissipation, affording impressive heat-generating efficiency. Photothermal evaluation shows that the core–shell nanofibers with excellent durability can reach up to 22.36 % of photothermal conversion efficiency, which is 26-fold as the non-core–shell counterpart. Such a core–shell fiber can be used for photothermal textiles and solar steam generation induced by natural sunlight with green and carbon-zero emission.     

氧化钙对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响

研究了CaO对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响。脱除矿物质的胜利褐煤混合不同含量的CaO后在1 100 ℃下进行热解得到相应的煤焦,采用BET、XRD和Raman技术对其进行表征,同时在微型固定床反应器上对所制得煤焦进行水蒸气气化实验。比较添加CaO不同含量煤焦的反应性表明,添加2%(质量分数)的CaO对煤焦水蒸气气化的催化作用很小,而CaO添加量增大到5%时,煤焦的气化反应性能明显提高。煤焦比表面积随CaO添加量的提高而增大。XRD结果表明,在热解过程中,CaO能有效地抑制煤焦向石墨化方向发展趋势。煤焦002和100峰的峰强度随CaO添加量的增加而降低,且煤焦芳香度从66.8%降至39.9%。Raman光谱结果表明,随着CaO添加量的增加,I_D/I_G由1.363增加至1.541,I_G/I_all由0.423减少到0.394。意味着由于Ca的催化作用,煤中大芳香环结构的裂解速率明显增加,且随CaO添加量的增多,煤焦的无序化程度和晶格缺陷均增大。     

水蒸气对褐煤原位气化半焦反应性能及微观结构的影响

为了揭示水蒸气对半焦反应性和微观结构的影响,在自制两段新型反应器上依次进行了褐煤干燥、热解及"热"焦的水蒸气原位气化研究。利用TGA、BET和Raman光谱仪,对原位气化半焦进行反应性和微观结构解析。结果表明,在反应温度为600 ℃时,水蒸气对半焦转化率、反应性及微观结构影响很小。温度达到700~900 ℃,在半焦与水蒸气接触的前2 min,虽然半焦转化率变化不大,但其反应性、小环(3~5个芳环)与大环(≥6个环)体系之比及含氧官能团却急剧降低;大于2 min,半焦转化率逐渐增大,反应性、小环与大环之比及含氧官能团缓慢降低;而半焦孔结构在2 min 前后却具有基本一致的变化趋势。半焦与水蒸气接触的前2 min,小环与大环之比和含氧官能团急剧降低是导致反应性显著降低的重要因素,大于2 min,芳环体系的变化是导致反应性进一步降低的原因。     

碱金属钾对Ni基催化剂纤维素水蒸气气化活性的影响

采用两段式催化气化方式研究了生物质热解气化过程中碱金属的挥发对Ni基催化剂活性的影响。实验结果表明,负载K盐的纤维素水蒸气催化气化过程中,K挥发后会在催化剂表面沉积,而少量K的存在和表面沉积不但能够提高镍基催化剂的抗积炭能力,而且有助于提高其催化活性,产生更多的氢气。然而纤维素中K的浓度过大,将会抑制Ni基催化剂的效果;K在催化剂上的沉积随催化剂循环次数的增加而增加,K的含量愈高,对催化剂的抑制效果愈明显,从而缩短了催化剂的使用寿命。     

物理化学教学中安全工程教育的融合与内化实例*

如何强化安全工程教育是化学化工类专业高等教育的一个重要课题。通过对蒸汽锅炉爆炸、火灾爆燃事故以及锈蚀危害等3个实例的详细讲述,指出在物理化学的教学中,若适时融入相关的安全工程教育,可以使学生深刻理解安全事故发生及防范所依赖的物理化学原理,从而起到安全意识的内化作用。教学中现代教育技术的引入可以增强这一效果。     

基于Ti3C2-MXene的太阳能界面水汽转换

水资源匮乏是现代化发展中面临的全球性问题,太阳能界面水汽转换(Interfacial Solar Steam Generation, ISSG)是一种高效、绿色、低成本进行海水淡化和废水处理的方法。ISSG使用绿色的太阳能作为热源,通过光热转换并将热限制在水气界面上以高效产生蒸气,然后经过冷凝收集获得清洁水。设计和构筑具有强光吸收的光热转换材料是ISSG的技术核心。Ti₃C₂-MXene是一种新型二维碳化钛材料,具有比表面积大、水分散性好和光热转换效率高等优点,在ISSG领域具有巨大的应用潜力。本文介绍了ISSG技术和MXene,总结了光热转换材料的设计原则,论述了Ti₃C₂-MXene复合材料在ISSG领域的研究进展,其中包括二维MXene薄膜、三维MXene气凝胶和水凝胶、生物基-MXene复合材料的构筑和性能等,并分析了Ti₃C₂-MXene所面临的挑战和发展前景。     

甲醇制氢铜铝尖晶石缓释催化剂的研究—不同铜源合成的影响

以拟薄水铝石为铝源,氢氧化铜、乙酸铜和硝酸铜等为铜源,采用固相法合成Cu-Al尖晶石催化剂。采用TG-MS、XRD、H2-TPR、BET和XANES等表征技术,对合成过程、产物的物相、还原性质及表层结构进行研究,并考察了甲醇重整制氢的缓释催化性能。结果表明,三种铜源都得到尖晶石固溶体,其晶粒粒径相差不大,但其比表面积(25.4-65.9 m2/g)、孔容(0.213-0.434 cm3/g)、表面结构(Cu的分布)以及还原性能有明显的差别,从而导致不同的缓释催化行为。在甲醇重整反应过程中,铜铝缓释催化剂通过反应条件下还原释放活性铜物种而起催化作用。以氢氧化铜合成的催化剂活性高,反应稳定性好,反应后生成的Cu粒子最小(6.6 nm),其表现出优异的催化性能。