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2023年  第30卷  第1期

子弹状钒基MOFs作为高活性催化剂促进MgH2的储氢性能

卢志禹，何佳恒，宋孟臣，张焱，吴富英，郑家广，张刘挺，陈立新

封面故事：在“海洋-氢能”能源理念引导下，中国已形成了基本的氢能发展体系框架。海水中有丰富的镁资源，世界上生产的镁有百分之六十来自海水。镁具有较高的储氢密度，良好的可逆性，是未来氢能大规模应用的关键材料之一。钒基MOFs催化剂能够促进氢气分子在镁表面的解离与扩散，有利于加速镁的吸放氢反应速率，弥补固态储氢的内在不足。

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特约综述
基于LiFePO4基锂离子电池用低温电解质展望
陈相龙, 宫玉栋, 李秀, 詹锋, 刘新华, 马建民
2023, 30(1): 1-13. doi: 10.1007/s12613-022-2541-1
中文摘要(2001) PDF(225) SpringerLink
摘要:
橄榄石型磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料因其成本低、环境友好、安全性高而被看好，并被作为高性能的锂离子电池正极材料广泛应用于商用电池。目前，LiFePO4/C二次电池以其良好的热稳定性、稳定的循环性能和较低的室温自放电率被广泛用于电子产品、汽车动力电池以及其他与场合相关的应用。然而，当基于磷酸铁锂的电池在寒冷气候下运行时，其应用受到严重限制。这一结果是由于Li+在电极内的传输能力大大降低，特别是导致电解质的电化学容量和功率性能急剧下降。因此，低温电解质的设计对于磷酸铁锂电池的进一步商业应用非常重要。本文回顾了导致磷酸铁锂电池低温性能不佳的关键因素以及低温电解质的研究进展。特别关注电解质成分，包括锂盐、助溶剂、添加剂和新电解质的开发。还分析了影响阳极的因素。最后，根据目前的研究进展，总结了一些观点，为提高未来低温下LiFePO4/C商业电池的实用性提供合适的改性方法和研究建议。
特约综述
纳米限域镁基储氢材料研究进展：小综述
张晶晶, 张冰, 解秀波, 倪翠, 侯传信, 孙学勤, 杨晓阳, 张玉平, 木村秀夫, 杜伟
2023, 30(1): 14-24. doi: 10.1007/s12613-022-2519-z
中文摘要(1089) PDF(116) SpringerLink
摘要:
氢气因其高热值、来源丰富而被认为是一种理想的清洁能源。然而，要想以一种高密度、廉价和安全的方式储存氢是氢能蓬勃发展的主要限制。镁基储氢材料具有储氢容量大（7.6wt%）、性能好、成本低等优点，被认为是一种很有前途的固态储氢材料。但目前仍需要克服高热力学稳定性和缓慢动力学上的障碍。解决这些问题的方法大致分为添加催化剂和控制颗粒尺寸两种。而许多研究都表明镁颗粒可以很容易地进入到支撑模板的孔隙中，在这个过程中由于模板孔隙限制的原因可以有效的限制颗粒聚集从而达到控制材料尺寸的效果，这种方法我们把它称为纳米限域。本文综述了纳米限域对镁基储氢性能学的影响，总结了通过不同种类的限域材料原位氢化或熔融法等方式达到限域目的的研究，减低颗粒尺寸的同时可以显著改善储氢动力学性能。这项工作为利用纳米限域法设计高性能镁基材料的提供了应用前景。
研究论文
石墨烯量子点与锌插层氧化锰电极材料的协同耦合用于高性能水性锌离子二次电池
施敏杰, 朱航天, 陈聪, 蒋锦天, 赵丽萍, 晏超
2023, 30(1): 25-32. doi: 10.1007/s12613-022-2441-4
中文摘要(764) PDF(51) SpringerLink
摘要:
具有低成本、高安全性、以及高性能可充电水系电池近些年引起了越来越多的关注，其中水系锌离子电池在这方面显示出最有潜力的应用前景。作为水系锌离子电池的正极材料，二氧化锰被研究的最为广泛，但这种正极材料的缺点是电荷转移能力慢和循环性能差。本文提出了一种新颖的石墨烯量子点与锌插层氧化锰电极材料的耦合机制。实验结果表明：石墨烯量子点修饰与锌插层的协同配合提供了丰富的活性位点和导电介质以促进电解液离子扩散与电子电荷传输，确保了电极材料具有优异的电荷传输能力和高电化学可逆性。原位拉曼测试证实了复合电极材料在充放电过程中可逆的相变过程。因此，该电极材料展现出高比容量（403.6 mAh⋅g−1），优异的电化学动力学和良好的结构稳定性。基于这种新型的复合电极材料，我们成功组装了一种高性能的水系锌离子二次电池，该储能器件具有高能量密度(226.8 Wh⋅kg−1), 显著的功率密度(650 W⋅kg−1)，以及长期循环性能，揭示了其在低成本、高安全性、高性能能源技术领域中的应用潜能。
研究论文
电化学诱导的石墨层间化合物输运性质解耦行为：从储能到强化电磁应用
陈亚, 张凯伦, 李娜, 关伟, 李致远, 陈浩森, 焦树强, 宋维力
2023, 30(1): 33-43. doi: 10.1007/s12613-022-2416-5
中文摘要(469) PDF(51) SpringerLink
摘要:
热解石墨含有高定向石墨烯层，表现出各向异性电输运和热输运行为，因而在电子器件、电催化和储能领域具有广泛应用。针对铝配离子AlCl— 4嵌入/脱出热解石墨对其输运性质的影响机制问题，本文开展了脱嵌过程中不同阶结构热解石墨的电子结构、晶体结构以及输运行为演化的研究。建立了微观阶结构与宏观电化学性质及充放电平台之间的关系，揭示了铝配离子嵌入后在石墨价带中引入空穴，增加载流子浓度从而提升电子电导率的新机制；明确了AlCl— 4铝配离子直径可以加权平均系数的方式改变电导率，建立了电导率随充放电状态变化的定量模型；随着铝配离子嵌入，电子电导率可提升至原始高定向石墨的3.8倍（40858 S·cm−1），比原始石墨表现出更好的电磁屏蔽性能。
研究论文
子弹状钒基MOFs作为高活性催化剂促进MgH2的储氢性能
卢志禹, 何佳恒, 宋孟臣, 张焱, 吴富英, 郑家广, 张刘挺, 陈立新
2023, 30(1): 44-53. doi: 10.1007/s12613-021-2372-5
中文摘要(1271) PDF(81) SpringerLink
摘要:
氢化镁（MgH2）具备较高的脱氢温度和缓慢的脱氢动力学性能，这严重限制了其在储氢领域的实际应用。本研究成功合成了一种基于金属钒的有机框架材料（MOFs-V），并通过球磨技术掺杂到MgH2来提高其储氢性能。微结构分析表明煅烧后的MOFs-V具有子弹状结构。当加入7wt% MOFs-V后，升温放氢测试表明MgH2的初始放氢温度由340.0降低至190.6°C。在300°C的恒温测试中，MgH2+7wt%MOFs-V复合材料在5 min内释放了6.4wt%的H2。对于升温吸氢测试，在3.2 MPa氢气压力下，含7wt% MOFs-V的样品60°C便开始吸氢。MgH2+7wt%MOFs-V的放/吸氢表观活化能分别为(98.4 ± 2.9)和(30.3 ± 2.1) kJ·mol−1，远低于MgH2的(157.5 ± 3.3)和(78.2 ± 3.4) kJ·mol−1。此外，MgH2+7wt%MOFs-V复合材料具有良好的循环性能，储氢容量经过20个恒温循环后基本保持不变。X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析证实吸放氢过程中生成了具有高催化活性的金属钒，从而显著改善了Mg/MgH2体系的储氢性能。
研究论文
高分散性Ni纳米颗粒催化MgH2储氢性能研究
许诺, 袁子蕊, 马志鸿, 郭新立, 朱云峰, 邹勇进, 张耀
2023, 30(1): 54-62. doi: 10.1007/s12613-022-2510-8
中文摘要(689) PDF(43) SpringerLink
摘要:
氢能是一种清洁高效的二次能源，有希望从根本上解决人类面临的生态环境危机以及化石能源枯竭问题。在固态储氢材料中，MgH2因其重量轻、储量丰富、无毒、储氢容量大而备受关注，是一种很有前途的储氢材料。但是，它也存在着热稳定性高和动力学迟缓的问题。本文采用多元醇还原法制备了平均尺寸为2.14 nm的高度分散的Ni纳米颗粒，系统的研究了Ni纳米颗粒对MgH2体系的影响，以及Ni纳米颗粒对MgH2体系的催化机理。研究表明Ni纳米颗粒可以显著提高MgH2体系的储氢性能。样品MgH2–10wt% nano-Ni可以在温度达到497 K时开始释放H2，在温度为583 K时完全脱氢，脱氢量为6.2wt%；此外，该样品在温度为482 K，氢压3 MPa的条件下，1000 s内可逆吸附容量达到5.3wt%。通过室温至673 K的原位XRD测试发现脱氢反应中出现了Mg2Ni和Ni相；而在吸氢样品的透镜图中，发现了Mg2NiH4与Ni相。此外金属Ni纳米颗粒同时会作为催化剂诱导MgH2的分解与吸附。Ni纳米颗粒会导致MgH2体系的降稳，此现象可通过PCI曲线和范特霍夫方程式计算验证。本文这一发现表明Ni纳米颗粒作为一种双功能的添加剂能够显著改善MgH2体系的动力学和热力学性能。
研究论文
铝替代对合成的Mg2Cu纳米颗粒相演变的影响
Elham Mohseni-Sohi, Farshid Kashani Bozorg
2023, 30(1): 63-71. doi: 10.1007/s12613-021-2368-1
中文摘要(588) PDF(35) SpringerLink
摘要:
研究了用Al替代Mg对Mg2Cu粉末混合物的放电能力的影响。通过机械合金化（MA）技术，用高能行星式球磨机制备纳米晶体粉末的混合物。此外，不同摩尔数的Al（0.05, 0.1, 0.15, 0.2和0.3 M）被替换到Mg2Cu粉末中。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析结构、形态和晶粒大小的变化。获得的粉末用作镍金属氢化物电池（Ni–MH）的阳极。在铝含量为0.05 M的试样中，经过5 h的研磨，出现了Mg2Cu的正方体结构。结果显示，超过0.1 M的Al替代会导致MgCu2峰的出现。铝的替代并不影响微观结构的均匀性；然而，它导致晶体尺寸和晶格参数的减少。选区衍射（SAD）图表明具有Mg1.9Al0.1Cu化学成分和20 h研磨的电极具有最大的放电容量。
研究论文
变形对LZ91镁锂合金腐蚀行为的影响
刘雪勤, 王雪健, 郭恩宇, 陈宗宁, 康慧君, 王同敏
2023, 30(1): 72-81. doi: 10.1007/s12613-022-2466-8
中文摘要(620) PDF(53) SpringerLink
摘要:
本文以LZ91镁锂合金为研究对象，通过电子探针显微分析、浸泡实验和电化学实验研究了锻造和轧制变形加工对LZ91镁锂合金微观组织和腐蚀行为的影响。研究结果表明，LZ91合金锻造后，β-Li相的面积分数不变，晶粒尺寸减小。LZ91合金锻造后轧制（FR-LZ91），β-Li相的面积分数最高，晶粒沿轧制方向拉长。LZ91合金锻造后晶粒细化，晶界增多阻碍了浸泡过程中合金的腐蚀，提高了合金的耐腐蚀性。在所有实验合金中，FR-LZ91合金的腐蚀膜电阻和电荷转移电阻值最高，表明其具有最优的耐腐蚀性能，这是因为β-Li相高的面积分数促进了合金表面保护性产物膜的生成，阻碍了合金腐蚀。
研究论文
通过高速挤压开发新型低合金化高强塑Mg–RE合金
谢金书, 张志, 刘淑娟, 张景怀, 王军, 何玉莹, 卢立伟, 焦云雷, 巫瑞智
2023, 30(1): 82-91. doi: 10.1007/s12613-022-2472-x
中文摘要(755) PDF(69) SpringerLink
摘要:
镁合金绝对强度强度低、室温塑性差，耐热性差等问题严重影响了其进一步广泛应用。在现今国家“碳达峰、碳中和”战略下，大力开发轻质低合金化镁合金大势所趋。在本工作中，开发了两种新的低合金化Mg–2RE–0.8Mn–0.6Ca–0.5Zn (wt%，RE = Sm或Y)合金，可通过相对高速挤压在工业规模上生产。这两种合金不仅在可挤压性方面与商业AZ31合金相当，而且具有优异的机械性能，特别是在屈服强度(YS)方面。优异的可挤压性与两种铸态合金的较粗的第二相颗粒和较高的初始熔点有关。高强度–韧性主要来自细晶粒、纳米间距亚微米/纳米沉淀和弱织构的形成。此外，值得注意的是，两种合金的YS在250°C的高温下可保持在160 MPa以上，显著高于AZ31合金(YS: 45 MPa)。晶界处的Zn/Ca溶质偏析、RE固溶以及高熔点的强化颗粒(Mn, MgZn2, Mg–Zn–RE/Mg–Zn–RE–Ca) 是镁合金获得优异高温强度的主要原因。
研究论文
双峰组织ZA21镁合金棒材的拉–压不对称性及变形机制研究
王玉娇, 张韵, 江海涛
2023, 30(1): 92-103. doi: 10.1007/s12613-021-2388-x
中文摘要(747) PDF(57) SpringerLink
摘要:
本文通过挤压及热处理分别制备了两种具有完全再结晶晶粒的ZA21镁合金棒材，分别为晶粒尺寸成大小两种状态分布的双峰组织以及晶粒尺寸均匀的均匀组织，对这两种棒材沿轴向分别进行了拉伸及压缩试验，旨在研究具有双峰组织和均匀组织特征的ZA21镁合金棒材的拉伸−压缩不对称性（拉−压不对称性），并揭示相应变形机制。结果表明，拉伸和压缩状态下双峰组织的屈服强度分别为206.42和140.28 MPa,高于均匀组织在拉伸和压缩状态的屈服强度，分别为183.71和102.86 MPa。变形过程中，拉伸状态下的柱面滑移和拉伸孪生、压缩状态下的基面滑移和拉伸孪生主导了屈服行为，导致了轴向拉−压不对称性。然而，由于拉伸状态下细晶中基面滑移的激活以及压缩状态下细晶对拉伸孪生的抑制作用，相较于均匀组织较高的拉-压不对称性（0.56），双峰组织的拉−压不对称性（0.68）明显降低。变形过程中出现了多种拉伸孪晶，孪晶变体的选择取决于母晶可能激活的六种变体的施密特因子。此外，通过改进的霍尔−佩奇公式，发现双峰组织对屈服的强化作用取决于平均晶粒尺寸以及粗晶和细晶的占比。
研究论文
纳米Al2O3晶须与镁基体间的电势差对镁基复合材料分散性的影响
钱晓英, 杨鸿, 胡春峰, 曾迎, 黄原定, 尚欣, 万杨杰, 蒋斌, 冯庆国
2023, 30(1): 104-111. doi: 10.1007/s12613-022-2550-0
中文摘要(408) PDF(34) SpringerLink
摘要:
镁基复合材料具有较高的强度而受到广泛关注，但增强体的分散性仍是亟需解决的问题之一。本文旨在利用正负离子的电位差来改善纳米Al2O3晶须在Mg基复合材料中的均匀分散性。用十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S，SDBS)修饰Mg粉末，并将其表面引入阴极基团。用十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN，CTAB)对Al2O3晶须进行了改性，在其表面引入阳极基团。研究了CTAB和SDBS的含量、使用氛围和溶剂类型对分散性的影响。结果表明，与常规球磨相比，在镁粉中添加2wt% SDBS和在Al2O3晶须中添加2wt% CTAB可促进均匀复合粉末的形成。与此同时，第一性原理计算结果也表明，Al2O3晶须增强剂与Mg基体之间的粘聚力比未修饰复合粉体更强。随后，采用粉末冶金法制备复合材料后，对复合材料的形貌、晶粒尺寸、硬度和标准差系数进行了分析，以评价复合材料的分散效率。结果表明，经均匀分散的Al2O3晶须改性后，复合材料的晶粒尺寸和硬度分别比纯Mg提高了26%和20%，硬度标准差系数比球磨试样降低了32.5%。
研究论文
α-AlFeMnSi相中元素扩散对Al–Zn–Mg合金微电偶腐蚀敏感性的影响
敖敏, 纪毓成, 易盼, 李妮, 王力, 肖葵, 董超芳
2023, 30(1): 112-121. doi: 10.1007/s12613-022-2428-1
中文摘要(845) PDF(48) SpringerLink
摘要:
Al–Zn–Mg合金强度高且具备良好的成型和焊接性能，已广泛应用于先进装备制造中，然而服役过程中易发生局部腐蚀失效，对构件的可靠性和安全性造成威胁。本文通过第一性原理计算和扫描开尔文探针显微镜(SKPFM)研究了α-AlFeMnSi相元素扩散对Al–Zn–Mg合金局部腐蚀行为的影响。材料建模和计算的结果表明，α-AlFeMnSi相中Fe、Mn、Si元素含量降低导致α-AlFeMnSi相/Al基体之间的平均功函数差由0.232 eV减小至0.065 eV。SKPFM实验观测到α-AlFeMnSi相中Fe和Si元素含量降低时，α-AlFeMnSi相/Al基体之间的平均Volta电位差由648.370 mV降低至432.383 mV。因此，α-AlFeMnSi相中元素的扩散降低Al–Zn–Mg合金的微电偶腐蚀敏感性。基于铝中原子扩散计算，热处理工艺（>550°C）有利于α-AlFeMnSi相中Mn元素扩散进入基体，降低α-AlFeMnSi相/Al基体微电偶腐蚀效应，提升Al–Zn–Mg合金耐局部腐蚀性能。
研究论文
包套对热等静压过程中镍基高温合金形变和致密化的影响
杨乐彪, 任晓娜, 蔡超, 薛鹏举, 伊凡, 史玉升, 葛昌纯
2023, 30(1): 122-130. doi: 10.1007/s12613-021-2349-4
中文摘要(797) PDF(86) SpringerLink
摘要:
热等静压近净成形工艺对于制备复杂部件具有极大优势，准确预测热等静压成形中部件形变收缩是实现该技术制备复杂部件的关键。而包套对压力的传递具有延迟或屏蔽效应，对内部粉末形变收缩和致密化过程具有重要影响。因此，本文结合热等静压中断实验，对传统的有限元Shima屈服准则进行了修正，确定了用于模拟FGH4096M高温合金热等静压过程的Shima模型屈服准则的关键参数，将热等静压粉末致密化的过程可视化。结果表明，模拟收缩与实验收缩结果吻合较好，最大误差为1.5%；对于ϕ50 mm × 100 mm的圆柱形包套，在轴向与径向的力臂差作用下，其轴向收缩比径向高1.7%；由于尺寸和力臂差的影响，当包套厚度从2 mm提升到4 mm时，试样的径向与轴向最大位移比从0.47提升到0.75。经综合分析，包套对内部粉体的压力屏蔽值可以表达为 $P = \dfrac{{\sqrt 3 \left( {{b^2} - {a^2}} \right)}}{{3{a^2}{b^2}}}{r^2}{\sigma _{\rm{s}}}$。
研究论文
N2分压对抗菌TiN/Cu纳米复合涂层的综合性能影响
刘徽, 赵彦辉, 隋川石, 李懿, Muhammad Ali Siddiqui, 李素素, 李彤, 张书源, 王海, 金弢, 任玲, 杨柯, 张宁
2023, 30(1): 131-143. doi: 10.1007/s12613-021-2387-y
中文摘要(686) PDF(57) SpringerLink
摘要:
人体组织对植入物磨损碎片和腐蚀产物产生的异物反应以及细菌感染是导致植入物失败的主要因素。为了解决这些问题，本文采用电弧离子镀系统通过不同N2分压的工艺参数设置，在304不锈钢上制备获得一系列抗菌TiN/Cu纳米复合涂层沉积，分别命名为TiN/Cu-x（x = 0.5，1.0，1.5 Pa）。X射线衍射分析、能量色散X射线光谱和扫描电镜分析结果表明，N2分压决定了TiN/Cu纳米复合涂层的Cu含量、表面缺陷和微晶尺寸，进一步影响了其综合能力。TiN/Cu涂层的硬度和耐磨性随着微晶尺寸的增加而增强。在表面缺陷、微晶尺寸和铜含量的协同作用下，TiN/Cu-1.0和TiN/Cu-1.5涂层具有优异的耐腐蚀性。此外，生物试验证明，所有TiN/Cu涂层均无细胞毒性，抗菌能力强。其中，TiN/Cu-1.5涂层显著促进了细胞增殖，有望成为一种新型抗菌、耐腐蚀、耐磨的医疗植入物表面涂层。
研究论文
面向海工装备耐磨部件的Ti–C–N复合薄膜不同环境条件的摩擦磨损性能
鞠洪博, 周锐, 栾静, Ch Sateesh Kumar, 喻利花, 许俊华, 杨俊峰, 张博威, Filipe Fernandes
2023, 30(1): 144-155. doi: 10.1007/s12613-022-2551-z
中文摘要(734) PDF(47) SpringerLink
摘要:
海洋对人类社会文明和进步产生着重大影响，而如何利用表面工程技术提升海工装备关键部件多环境条件下的高效、持续减摩和耐磨性能以满足近海绿色可替代能源开发、远洋捕捞以及深海资源钻探需求是近年来摩擦学领域的热点问题之一。本文利用多靶共聚焦反应磁控溅射技术设计并制备出了一系列不同碳（C）含量的Ti–C–N自润滑复合薄膜材料，研究了其在空气、水以及海水环境下的摩擦磨损行为，揭示了各环境条件下因薄膜各相交互作用而产生的润滑、耐磨规律。主要研究结果表明，C的添加诱发非晶相（amorphous, a）的产生，导致薄膜两相共存，为面心立方（face-centered cubic, fcc）TiN+a-C。复合薄膜(<19.1at% C)中具有优异润滑性能的a-C相显著提升了其在空气和水环境下的摩擦磨损性能，但C含量的进一步升高降低了薄膜的力学性能，最终导致薄膜摩擦磨损性能有所降低。海水摩擦环境下，因a-C于fcc-TiN间产生微区原电池而使TiN相优先腐蚀，大量磨蚀产物黏附在磨痕表层，从而极大提升了薄膜的耐磨损性能。
研究论文
利用深度学习对深冲钢机械性能的预测
徐钢, 何金珊, 吕志民, 黎敏, 徐金梧
2023, 30(1): 156-165. doi: 10.1007/s12613-022-2547-8
中文摘要(636) PDF(49) SpringerLink
摘要:
当前钢铁企业主要采用“事后抽检”方式来控制最终的产品质量。但因无法基于传统方法对所有产品实现在线质量预测，常发生索赔和退货，这也是导致企业经济损失的一大因素。在生产过程中为实现对深冲钢在线质量预测，引入了基于深度学习的机械性能预测模型。首先利用LSTM（长短时记忆）、GRU（门控循环单元）网络和GPR（高斯过程回归）模型去预测深冲钢的机械性能，并讨论了三种模式的预测精度和学习效率，其次提出了在线迁移学习模型。从结果来看不仅预测精度得到改善，而且预测耗时缩短能更好满足在线实时预测的要求。
研究论文
搅拌摩擦焊实现T91耐热钢和316L不锈钢的高强异质连接
王志伟, 张敏, 李聪, 牛风雷, 张昊, 薛鹏, 倪丁瑞, 肖伯律, 马宗义
2023, 30(1): 166-176. doi: 10.1007/s12613-022-2508-2
中文摘要(720) PDF(68) SpringerLink
摘要:
T91耐热钢和316L不锈钢是超超临界发电机组和核反应堆中的关键结构材料，实现上述两种材料的可靠连接是保证核电站构件安全服役的前提。然而采用传统熔焊方法难以获得高质量接头，接头的强度和塑性亟待进一步优化。本研究通过搅拌摩擦焊接技术对T91与316L钢异质接头的组织与性能进行协同优化，采用小尺寸工具在较高焊速下施焊获得了拥有大尺寸异质结合界面的无缺陷接头，异质界面处的混合区中同时存在机械混合和冶金结合作用，并成为实现两种材料可靠连接的关键。整体接头未发现明显的材料软化现象，由于铁素体相的生成T91侧热影响区的硬度有所下降，但降幅仅为HV ~10。接头表现出优异的拉伸性能，其中抗拉强度可达316L母材水平，屈服强度相对316L母材提升26%，同时保持较高的断裂延伸率（17%）。本研究结果可为高强异质核电材料的可靠连接提供技术指导和理论参考。
研究论文
无模板合成磁性核壳Fe3O4@MoS2@介孔TiO2光催化剂及其在废水处理中的应用
袁静舒, 张瑶, 张笑妍, 赵亮, 沈汉林, 张深根
2023, 30(1): 177-191. doi: 10.1007/s12613-022-2473-9
中文摘要(1512) PDF(86) SpringerLink
摘要:
二氧化钛(TiO2)光催化剂在环境修复领域被重点关注和广泛研究。然而，仅响应紫外光(<5%的太阳光)、光生电荷分离效率低和回收困难等缺点严重阻碍了其实际应用。本文通过结合简单、绿色、无模板的溶剂热法和超声水解法制备出可磁分离的Fe3O4@MoS2@介孔TiO2 (FMmT)光催化剂。研究发现，FMmT具有更大的比表面积(55.09 m2·g−1)，更强的可见光响应能力(~521 nm)以及更高的光生电荷分离效率。此外，光照300 min后，FMmT对亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和四环素(TC)的光催化降解效率分别为99.4%、98.5%和89.3%，相应的降解速率常数分别是纯TiO2的4.5、4.3和3.1倍。由于具有高饱和磁化强度(43.1 A·m2·kg−1)，FMmT可在外加磁场作用下实现有效回收。光催化活性的提高与活性中间层(MoS2)对光生电子的有效传输以及异质结(MoS2@TiO2)对电子–空穴的高效分离密切相关。同时，介孔TiO2壳层优异的光捕集能力和丰富的反应位点可使FMmT的光催化效率得到进一步提高。本工作首次提出将MoS2作为活性中间层，并将其与介孔TiO2壳层相结合，为磁性光催化剂的设计和性能优化提供了新方法和实验依据。

版权所有 ©《矿物冶金与材料学报（英文）》编辑部

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