低温太阳热能与化学链燃烧相结合控制CO2分离动力系统

本文探索并提出控制CO2分离的低温太阳热能与清洁合成燃料甲醇-三氧化二铁化学链燃烧相结合的新颖能源动力系统。基于图象(?)分析方法,明确地指出甲醇化学链燃烧能量释放过程燃烧堋损失减小和低温太阳热能品位提升的机理。从能源有效利用和环境相容出发,研究和揭示化学链燃烧与太阳能有机整合共同减小CO2分离能耗的特性规律。相比不分离常规联合循环,新系统(?)效率提高约6．2个百分点;与分离CO2的联合循环相比,新系统媚效率提高约14．2个百分点。同时,低温太阳热能热转功效率可达到22．5％。     

低温太阳热与乙醇化学链燃烧的系统研究

探索并提出低温太阳热能与乙醇一氧化镍化学链燃烧相结合的新颖能量动力系统。该系统利用中低温太阳热能提供乙醇和氧化镍反应热,将低温太阳能转换为高品位化学能储存在固体金属氧化物中。基于图像[火用]分析方法,明确地指出乙醇化学链燃烧能量释放过程燃烧[火用]损失减小和低温太阳热品位提升的机理。本文对新循环进行了分析,相比常规联合...     

基于甲醇化学链燃烧的新型燃气轮机间冷循环

本文提出一种新颖的甲醇化学链燃烧动力循环系统.该系统利用空气压缩的间冷热提供甲醇和Fe2O3反应热,将间冷的低温热转换为高品位化学能;同时得到预冷的空气吸收燃烧产物Fe2O3的显热,降低了还原反应的温度.与常规化学链循环相比,该循环利用间冷的热量代替高温Fe2O3的显热提供还原反应的反应热,系统内能量品位匹配更加合理.根据图像(火用)分析方法,阐明了甲醇化学链燃烧过程(火用)损失减少和间冷热品位提升的机理.本文对新循环进行了分析,并以常规化学链循环为参照,研究了其性能.新循环的效率较高,同时可以实现CO2无能耗的分离.     

中低温太阳热能的甲醇重整制氢能量转换机理研究

通过甲醇-水蒸汽化学反应,本文提出中低温太阳热能与甲醇重整反应结合的制氢新方法,探讨了中低温太阳热能与甲醇重整制氢过程的能量转换机理,分析了不同压力条件下的水碳比、反应温度对中低温太阳热能-甲醇重整制氢的影响规律.研究结果表明:集热180～240 ℃的低品位太阳热能(品位为0.34～0.42)将能更好地与甲醇重整反应所需的品位相匹配.在反应压力为1×1.01325×105 Pa,反应产物中H2浓度可有望达到72%～75%,中低温太阳热能转化为化学能占燃料化学能的份额可达12%.该研究为低能耗制取清洁燃料氢提供了一条新途径.     

溶胶凝胶Fe2O3/Al2O3氧载体与甲烷的循环反应性研究

高性能的氧载体是化学链燃烧技术实施的关键.本文采用溶胶凝胶法制备的Fe2O3/A12Oa氧载体,在固定床反应器中研究了它与CH4/空气在900℃下的循环反应性,并利用XRD、ESEM和BET对反应前后的氧载体进行了物化表征.试验结果表明,溶胶凝胶法制备的Fe2O3/A12O3氧载体具有良好的循环反应能力.随着循环次数的...     

太阳能甲醇分解能量转换机理实验研究

本文通过太阳能分解甲醇燃料实验,来研究太阳能与化石燃料互补的能源利用系统的能量转换新机理,揭示减少燃料化学能释放过程(火用)损失和提升太阳热能品位的本质,并得到基于实验的量化依据。实验研究了反应过程能量品位关联机理和效果,并揭示了主要因素影响规律。太阳热能温度的升高,有利于分解反应的进行,但温度过高会负面影响品位提升的效果,260℃左右是较合理的;与太阳能甲醇分解反应装置规模对应的进料量条件是影响能量转换过程的关键因素,也将影响太阳热能品位提升效果。研究成果将为开拓太阳能与化石能源互补的能量系统提供理论支撑和实验数据。     

中低温太阳能品位间接提升及系统集成

本文提出了中低温太阳热能品位间接提升的概念、方法和系统集成,其核心是热集成和热化学转换的有机结合。在所提出的太阳能和化石能源综合互补的化学回热循环系统(SOLRGT)中,中低温太阳热能首先提供蒸汽蒸发潜热从而转化为蒸汽内能;其次通过蒸汽参与重整反应进一步转化为合成气化学能,实现品位提升;最后得以在高效的燃气轮机系统中实现热功转换。由于太阳能的引入,燃气轮机透平排气余热回收部分的热匹配得到极大改善,并减少了化石能源消耗;同时,蒸汽产率的增加有助于增进系统化学回热和物理回热收益。系统中太阳能热转功净效率可达26.5%;和常规化学回热循环相比,化石能源节约率可达20%～30%,实现相应数量的CO_2减排,系统中实现了中低温太阳能的高效热功转换和与化石燃料的梯级互补。     

基于Fe2O3载氧体的煤化学链燃烧试验

采用流化床反应器并以水蒸气作为汽化一流化介质,研究了800～950°C内以Fe2O3为载氧体的煤化学链燃烧循环反应特性.实验表明,气态产物CO2的体积浓度(干基)随温度单调递增;CO、CH4的浓度在反应时间内呈单峰特性且随温度单调递减,CH4浓度值高于CO;H2被载氧体完全氧化.载氧体与水煤气化产物在温度高于850°C体现了高的反应活性,CO2干基浓度接近95%.反应器温度900°C时,气态产物CO2体积浓度随循环数而逐渐降低,CO、CH4浓度增加.     

AC等离子体辅助CH4低温氧化的分子激发作用

本文采用实验测量和数值模拟结合的方法,对AC放电下He/CH4/O2混合气中激发态对甲烷裂解和低温氧化的动力学贡献进行研究。基于HP-Mech,增加反应物的放电机理以及激发态参与的化学反应及其驰豫反应,建立CH4低温氧化机理。采用化学反应动力学求解器CHEMKIN中的两段式Plasma-PSR模型模拟放电过程及化学反应过程。该动力学模型能较好地预测反应物的消耗和主要产物的生成,反应路径分析表明激发态物质CH4(v),O2(v),O2(a^1△g)等通过链式反应CH4(v)+OH→CH3+H2O,O2(v)+H→OH+O,O2(a^1△g)+H→OH+O促进活性自由基和产物的生成。     

化学链燃烧技术中新型氧载体CaSO4的特性研究

本文提出了一种新的用于化学链燃烧的氧载体CaSO4,对CaSO4作为氧载体时与CH4组成系统的热力学性能进行了研究,结果表明,在适当的温度范围内,CaSO4还原的直接产物是CaS,而不是CaO和SO2;CaS氧化的直接产物为CaSO4,也不是CaO和SO2.因此,CaSO4可以作为化学链燃烧的氧载体,而且不会有大量的SO2生成.同时,使用热重一红外分析仪研究了CaSO4和CH4系统的动力学特性,利用Coats-Redfern积分式得到CH4还原CaSO4的反应活化能E=1721.31 kJ/mol.     

自发喇曼散射技术对燃烧场的诊断

 介绍了利用Nd:YAG激光的三倍频激发自发振动喇曼散射技术对燃烧场的诊断及相关的实验原理，测量了不同配比条件下的CH₄-air预混火焰内的主要组分(N₂，O₂，H₂O，CH₄)及其相对浓度；并分别用分子浓度测温法和斯托克斯谱与反斯托克斯谱强度比法测量了火焰的温度；还对该技术测温、测浓度的不确定度进行了分析。将该技术应用到对复杂的固体燃剂燃烧场的诊断，取得了燃烧场中几种主要燃烧组分（N₂，H₂CO，CH₄，H₂O）的喇曼光谱，以及这些组分在燃烧过程中的变化信息。     

新颖化学链燃烧与空气湿化燃气轮机循环

本文基于工程热力学和化学环境学的有机结合,注重能源与环境的领域交叉,揭示化学链 燃烧新机理,旨在取代传统的造成能源品位利用最差并且引起环境生态污染（产生ＳＯｘ、ＮＯｘ、 ＣＯ２等）的燃烧过程,开拓出第三代能源环境动力系统,寻找同时解决能源与环境两个重大问题的 科学途径。     

CH_4/CO_2反应对微细腔内CH_4/H_2O镍基催化重整反应的影响

本文针对微细腔内在Ni/α-Al_2O_3催化作用下,存在CH_4/CO_2反应时,数值研究了在不同的水碳比,不同的进口甲烷质量组分Rm,不同的进口流量与微细腔壁温下甲烷/水蒸气催化重整反应特性.结果发现,微细腔中存在CH_4/CO_2反应时,CH_4/H_2O催化重整反应中CO_2和CO的产生变化情况比其它反应机理下有较大的变化.随着水碳比增大,H_2和CO_2质量分数有所增大,而CO质量分数先增加后又明显地降低,并出现CO_2质量分数从小于CO质量分数变化到大于CO质量分数;增大Rm,能使反应更充分的发生,反应物的转化率,生成物的质量分数都有提高,并随着Rm的增加,生成产物中CO_2质量分数大于CO的质量分数时对应的水碳比临界值减小,在Rm为O.05、0.1、0.15时,对应的水碳比临界值分别为2.0、1.8和1.6;而混合物进口质量流量增加,反应物的转化率、生成物的产物含量都有不同程度的降低;但壁面温度的增加,反应速率有较大提高,能较明显提高反应物转化率.     

O_3 fast and simple treatment-enhanced p-doped in Spiro-MeOTAD for CH_3NH_3I vapor-assisted processed CH_3NH_3PbI_3 perovskite solar cells

We demonstrate a simple and fast post-deposition treatment with high process compatibility on the hole transport material(HTM) Spiro-MeOTAD in vapor-assisted solution processed methylammonium lead triiodide(CH_3NH_3PbI_3)-based solar cells. The prepared Co-doped p-type Spiro-MeOTAD films are treated by O_3 at room temperature for 5 min,10 min, and 20 min, respectively, prior to the deposition of the metal electrodes. Compared with the traditional oxidation of Spiro-MeOTAD films overnight in dry air, our fast O_3 treatment of HTM at room temperature only needs just 10 min,and a relative 40.3% increment in the power conversion efficiency is observed with respect to the result of without-treated perovskite solar cells. This improvement of efficiency is mainly attributed to the obvious increase of the fill factor and short-circuit current density, despite a slight decrease in the open-circuit voltage. Ultraviolet photoelectron spectroscopy(UPS) and Hall effect measurement method are employed in our study to determine the changes of properties after O_3 treatment in HTM. It is found that after the HTM is exposed to O_3, its p-type doping level is enhanced. The enhancement of conductivity and Hall mobility of the film, resulting from the improvement in p-doping level of HTM, leads to better performances of perovskite solar cells. Best power conversion efficiencies(PCEs) of 13.05% and 16.39% are achieved with most properly optimized HTM via CH_3NH_3I vapor-assisted method and traditional single-step method respectively.     

Intrinsic Instability of the Hybrid Halide Perovskite Semiconductor CH_3NH_3PbI_3

The organic-inorganic hybrid perovskite CH_3NH_3PbI_3 has attracted significant interest for its high performance in converting solar light into electrical power with an efficiency exceeding 20%. Unfortunately, chemical stability is one major challenge in the development of CH_3NH_3PbI_3 solar cells. It was commonly assumed that moisture or oxygen in the environment causes the poor stability of hybrid halide perovskites, however, here we show from the first-principles calculations that the room-temperature tetragonal phase of CH_3NH_3PbI_3 is thermodynamically unstable with respect to the phase separation into CH_3NH_3I + PbI_2, i.e., the disproportionation is exothermic,independent of the humidity or oxygen in the atmosphere. When the structure is distorted to the low-temperature orthorhombic phase, the energetic cost of separation increases, but remains small. Contributions from vibrational and configurational entropy at room temperature have been considered, but the instability of CH_3NH_3PbI_3 is unchanged. When I is replaced by Br or Cl, Pb by Sn, or the organic cation CH_3NH_3 by inorganic Cs, the perovskites become more stable and do not phase-separate spontaneously. Our study highlights that the poor chemical stability is intrinsic to CH_3NH_3PbI_3 and suggests that element-substitution may solve the chemical stability problem in hybrid halide perovskite solar cells.     

新型多孔凝胶电解质的制备及其在准固态柔性基染料敏化太阳电池中的应用

制备了一种新型多孔聚丙烯酸/十六烷基三甲基溴化铵聚吡咯凝胶电解质,并将其应用于柔性基染料敏化太阳电池(DSSC)。通过扫描电镜表征、热重分析测试、电化学性能测试和柔性电池光电性能测试等手段,分析了凝胶电解质对柔性基DSSC的光电性能影响。研究结果表明:随着聚吡咯的引入,提高凝胶电解质导电性以及催化电解质中的I-/I3-离子电对等性能,最终在100mW/cm2[大气质量(AM)1.5]光照条件下,测得基于该准固态凝胶电解质的柔性基DSSC光电转换效率达1.28%。     

激光偏振特性对丙酮和氧气多光子电离质谱信号的影响

在极性分子丙酮复合物CH3COCH3*H2O和非极性分子氧气的REMPI谱中,母体离子信号强度与激光偏振方向的关系是不同的.改变532 nm激光偏振方向,记录了两种分子母体离子信号强度,实验结果表明,对于氧气分子的母体离子信号强度,激光偏振方向的改变对其没有影响,而对于CH3COCH3*H2O的母体离子信号强度,随偶极矩与激光偏振方向夹角的增加,其母体离子信号强度呈余弦曲线变化,且与夹角余弦的2.1次幂成正比.理论分析显示,CH3COCH3*H2O的REMPI母体离子信号强度应与此夹角的余弦的2次幂成正比.这就说明实验结果和理论分析是相符的.     

ZnO外延膜与蓝宝石衬底的取向偏差及其弯曲变形

采用常压MOCVD方法在Al2O3(00．1)衬底上生长出了高质量ZnO单晶薄膜。由ZnO(00．2)面和Al2O3(00．6)面及ZnO(10．2)面和Al2O3(11．6)面X射线双晶(w／2θ衍射曲线的相对峰位,得到ZnO外延膜的晶格常数及外延层和衬底间的取向差异角。结果表明外延层和衬底在应力作用下产生了取向差和晶格畸变,并且取向倾斜方向与衬底的切割倾角方向一致;高温直接生长的样品的取向差比有低温缓冲层样品更大,晶格畸变也更严重。高温直接生长的样品弯曲半径小而应力更大;实验测量的应力值和理论计算的热应力值之间存在差异,原因主要是晶格失配应力的存在。有缓冲层的样品由于能更好地弛豫晶格失配引入的应力,热应力所占整个残余应力的比例相对更大。