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2025年  第32卷  第1期

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综述论文
深共晶溶剂在关键金属冶金中的分离纯化应用：最新进展和前景
陈硕, 苏胜鹏, 黄艳芳, 刘兵兵, 孙虎, 杨淑珍, 韩桂洪
2025, 32(1): 1-19. doi: 10.1007/s12613-024-2923-7
中文摘要(574) PDF(52) SpringerLink
摘要:
溶剂萃取作为一种分离和纯化技术，在关键金属冶金中至关重要。溶剂萃取中常用的有机溶剂具有高挥发性、高毒性和易燃性等缺点，对人类健康和环境安全造成了一系列危害。新型溶剂被认为是这些有害有机溶剂的潜在替代品。在过去二十年里，人们提出了几种新型溶剂，包括离子液体（ILs）和深共晶溶剂（DESs）。DESs具有毒性低、可降解、成本低等优点，已逐渐成为绿色溶剂的焦点。本综述根据最新研究进展，系统地阐述了DESs的分类、形成机理、制备方法、表征技术和特殊物化性质。随后，全面总结了DESs在关键金属冶金中的分离和纯化应用。最后，探讨了DESs在当前研究领域的未来机遇和挑战。为提高对DESs的整体认识提供了宝贵的见解，并在扩大关键金属冶金中的分离和纯化应用方面具有重要潜力。
综述
金属材料表界面形状的分形分析研究现状及展望
代沁津, 刘雪峰, 马欣, 田少杰, 崔庆贺
2025, 32(1): 20-38. doi: 10.1007/s12613-024-2961-1
中文摘要(242) PDF(13) SpringerLink
摘要:
分形分析作为一种数学分析方法，可以用来定量描述具有自相似或自仿射性质的不规则形状，已被应用于金属材料中各种尺度和维度下的形状表征。常规方法难以定量描述金属材料研究中表界面形状的规则特征与性能的关系，而分形分析能够实现对金属材料形状特征的定量描述，进而建立这些形状特征与金属材料各项性能之间的定量关系。本文从二维平面和三维曲面的角度出发，综述了分形分析在金属析出物界面、金属晶界界面、金属沉积薄膜表面、金属断面、金属加工表面和金属磨损表面等方面的研究现状，归纳了表界面分形维数与金属材料性能之间的关系。从分形分析的研究范围、图像采集方法和计算方法三个角度出发，指出金属材料表界面形状分形分析研究有待发展的方向，并认为揭示表界面分形维数与金属材料性能之间深层机理等将是金属材料分形分析未来的重点研究方向。
研究论文
岩体性质与最大水平应力的关系：以应力解除法测量数据为例
李鹏, 蔡美峰, 苗胜军, 李远, 王宇
2025, 32(1): 39-48. doi: 10.1007/s12613-024-2944-2
中文摘要(172) PDF(7) SpringerLink
摘要:
了解岩性的力学性质对于准确确定水平应力大小至关重要。为了研究岩体性质与最大水平应力之间的相关性，采用了在中国9个矿山使用改进的应力解除法地应力测量技术确定的89个测点的三维地应力张量，提出了一个新定义的特征参数CERP作为评估岩体结构性质的指标，并使用信息分布方法建立了一个模糊关系矩阵。结果表明，垂直应力和水平应力均与深度呈良好的线性增长关系。弹性模量、泊松比与深度之间没有显著的相关性，数据点的分布比较分散和混乱。而且，岩石质量指标（RQD）与深度之间也没有明显的数学关系。最大水平应力σH是岩体性质的函数，在同一深度上，与CERP呈一定的线性关系。此外，通过建立的模糊识别方法确定的σH的整体变化趋势是随着CERP的增加而增加。模糊识别方法还证明了σH和CERP之间相对详细的局部关系，预测曲线以波动的方式增加，这与实测应力数据非常一致。
研究论文
不同黄铁矿含量条件下再磨介质对黄铜矿浮选回收的影响
王泽君, 石晴, 张国范, 朱宇轩, 李斌斌
2025, 32(1): 49-57. doi: 10.1007/s12613-024-2828-5
中文摘要(411) PDF(24) SpringerLink
摘要:
粗精矿再磨再选是斑岩型铜矿常用的选矿工艺流程，研究表明，通过再磨可以促进矿物的充分解离，实现铜硫矿物的浮选分离，提高铜精矿品位。然而，不同品位的粗精矿再磨后浮选精矿品位提升幅度不同，低品位粗精矿的提升幅度大，而高品位粗精矿的提升幅度小。为研究这一现象，本文选取不同品位的粗精矿，使用不同的再磨介质（铸铁球、陶瓷球、二元等质量混合介质），研究其再磨后对铜回收效果的影响。采用扫描电子显微镜、乙二胺四乙酸二钠盐提取法、X射线光电子能谱和电化学测量等实验研究了黄铜矿、黄铁矿与不同再磨介质之间的电偶腐蚀及与浮选性能之间的关系。研究表明，随着黄铁矿的加入，黄铜矿与黄铁矿之间的电偶腐蚀电流增大，且在使用铁介质时该电流变得更强，根据粗精矿中黄铁矿含量选择再磨介质以控制电偶腐蚀强弱，当黄铁矿含量较高时，使用铁介质再磨促进了电偶腐蚀，增加了黄铁矿表面亲水性FeOOH的生成。而在黄铁矿含量较低时，使用陶瓷介质避免电偶腐蚀加剧，可防止过量的FeOOH覆盖在黄铜矿表面，从而优化浮选效果。
研究论文
铁矿石对铁焦气化的促进作用：结构演化、影响机理及动力学分析
王杰, 王炜, 陈绪亨, 鲍俊芳, 郝秋月, 郑恒, 徐润生
2025, 32(1): 58-69. doi: 10.1007/s12613-024-2873-0
中文摘要(414) PDF(18) SpringerLink
摘要:
高反应性铁焦的使用为低碳炼铁提供了一条绿色途径。为了揭示铁矿石对铁焦气化行为和动力学的影响机理，本文探究了铁矿石对铁焦微观结构的影响机制，还通过非等温热重法对铁焦和焦炭的气化反应进行了对比研究。研究结果表明，与焦炭相比，铁焦的微孔和比表面积较大，且微孔会进一步扩展并相互连接，这为气化剂二氧化碳分子提供了更多的吸附位点，从而降低了铁焦的气化起始温度。结合SEM、XRD和拉曼研究发现从铁矿石中还原出来的金属铁嵌入炭基质中，降低了铁焦碳结构的有序性和石墨化程度，这是铁焦碳原子气化反应活性提高的主要原因。同时，在非等温气化过程中加快升温速度可提高铁焦的气化反应活性。动力学研究表明，由于铁焦具有丰富的孔隙结构，随机孔模型可以有效地表示铁焦的气化过程。并且随着铁矿石含量的增加，气化活化能从焦炭的 246.2 kJ/mol 逐步降低至含15wt%铁矿石铁焦的192.5 kJ/mol。本研究为铁焦气化反应行为及动力学提供了深入机制理解，对于合理设计高反应性铁焦具有重要的基础和技术意义。
研究论文
CaO–MgO–Al2O3–SiO2熔渣中MgO等摩尔取代CaO时的粘度和结构关系
侯勇, 张硕, 党杰, 郭嘉, 周航航, 吕学伟
2025, 32(1): 70-79. doi: 10.1007/s12613-024-2913-9
中文摘要(267) PDF(29) SpringerLink
摘要:
作为冶金过程中的基础渣系，CaO–MgO–Al2O3–SiO2熔渣一直备受关注。尽管该体系的粘度在文献中已有大量报道，但仍有一些科学问题尚未澄清，特别是在高Al2O3体系中MgO替代CaO所引起的粘度变化。从高炉炼铁的角度来看，铁矿石中Al2O3含量的增加会导致炉渣中Al2O3含量的相应增加。目前，高炉中高铝渣系的Al2O3含量一般限制在16wt%–18.5wt%，无法进一步突破。因此，了解Al2O3含量在16wt%–18.5wt%范围内的炉渣粘度变化有助于促进高铝铁矿石的规模化应用。本文研究了MgO等摩尔替代CaO对CaO–MgO–10mol%Al2O3–45mol%SiO2熔渣（Al2O3含量换算成质量分数为16wt%–18.5wt%）粘度和结构的影响。研究发现，随着MgO替代量从0增加到15mol%，熔渣粘度先下降，然后随着替代量的进一步增加而上升。然而，现有文献中的粘度模型无法预测这种变化趋势。在替代过程中，与每个配位硅原子相连的桥氧的平均数量呈上升趋势。此外，MgO对桥氧的弱打断能力导致非桥氧减少，从而增加了熔渣的聚合度。结构分析表明，聚合度是决定熔渣粘度总体趋势的主要因素，但不是唯一因素。键强是影响粘度的另一个重要因素。粘度最小值的出现可归因于CaO和MgO解聚[SiO4]和[AlO4]四面体结构时产生的非桥氧的键强的复杂演变。
研究论文
低温氯化焙烧技术：用于从废弃LiCoO2正极材料中同步回收有价金属
石俊杰, 候长乐, 董静静, 陈东, 李建中
2025, 32(1): 80-91. doi: 10.1007/s12613-024-2898-4
中文摘要(274) PDF(24) SpringerLink
摘要:
随着废弃锂离子电池(LIBs)报废量的不断增加，适当回收废弃LIBs对于循环经济的发展变得至关重要。本研究对氯化焙烧动力学进行了系统分析，并提出了一种新的两步氯化焙烧工艺，该工艺整合了热力学原理，用于回收LIB正极材料。根据热重分析数据使用模型法、无模型法和Z(α)函数法获得的氯化反应的活化能为88.41 kJ/mol。结果表明，当转化率小于等于0.5时，反应主要由一阶（F1）模型主导，当转化率超过0.5时，反应转向二阶（F2）模型。通过深入研究焙烧温度、焙烧时间和NH4Cl与LiCoO2的质量比对反应的影响，确定了最佳条件。在最佳条件下，即400°C、20分钟和NH4Cl/LiCoO2质量比为3:1时，Li和Co的浸出效率分别达到了99.43%和99.05%。对焙烧产品的分析表明，LiCoO2中的有价金属转化为CoCl2和LiCl。此外，阐明了反应机制，为基于晶体结构视角的新型低温氯化焙烧技术提供了见解。这项技术可以指导开发低能耗、低二次污染、高回收效率和高附加值的LIB回收工艺。
研究论文
Fe3+–Co2+–Ni2+溶液体系制备FeCoNi中熵合金
成宗佑, 赵青, 陶梦洁, 都基军, 黄兴希, 刘承军
2025, 32(1): 92-101. doi: 10.1007/s12613-024-2888-6
中文摘要(203) PDF(11) SpringerLink
摘要:
近年来，中熵合金以其优异的物理和化学性能成为研究热点。通过控制合理的元素组成和工艺参数，可以使中熵合金具有与高熵合金相似的性能，并降低成本。本文分别采用溶胶–凝胶法和共沉淀法制备了FeCoNi中熵合金前驱体，采用碳热还原法和氢还原法制备了FeCoNi中熵合金。研究了FeCoNi中熵合金的物相和磁性能。结果表明：在1500°C下经碳热还原和氢还原制备了FeCoNi中熵合金。在碳热还原法制备的FeCoNi中熵合金中检测到一定量的碳。氢还原法制备的合金均匀，纯度较高。氢还原产物具有较好的饱和磁化强度和较低的矫顽力。
研究论文
使用三维X射线显微镜研究高锰高铝钢低碱度保护渣中气泡的逸出行为
刘强, 李想, 杜申, 高茗, 尹延斌, 张炯明
2025, 32(1): 102-110. doi: 10.1007/s12613-024-2896-6
中文摘要(180) PDF(4) SpringerLink
摘要:
在高锰高铝钢的连铸过程中，氩气等各种气体都需要通过结晶器顶部的保护渣逸出。气泡穿越保护渣液渣层是逸出过程中的限制性环节，主要与保护渣粘度和液渣层厚度有关。相对于传统二维表面分析技术研究渣中的气泡尺寸和分布，三维表征是一种更直观、准确和全面的分析方法。因此，本研究采用三维X射线显微镜获得了不同碱度、不同温度和不同保温时间下保护渣中残余气泡的空间分布和三维形貌特征。结果表明，保护渣碱度从0.52增加到1.03，温度从1423 K增加到1573 K的过程中，保护渣的粘度逐渐减小，气泡的上浮速率增加；保温时间从10 s增加到30 s的过程中，凝固的保护渣中残存气泡的体分数和平均等效球直径逐渐减小，尤其是大气泡去除效果明显。提高碱度、温度和保温时间均有利于气泡去除效率的增加。气泡逸出行为的研究对高锰高铝钢低碱度保护渣的性能优化有意义的。
研究论文
钢中密集分布纳米共格粒子的快速获取及其力学性能研究
王肖肖, 黄青松
2025, 32(1): 111-118. doi: 10.1007/s12613-024-2931-7
中文摘要(227) PDF(10) SpringerLink
摘要:
对于传统工程结构材料而言，在不牺牲韧性的前提下提高强度或同时提高强度和韧性已成为各种应用的关键指标。当第二相粒子与基体之间形成稳定的共格界面时在提高材料强度的同时不会破坏其韧性。目前，在金属基体中引入高密度第二相共格粒子的制备工艺路线大致可以分为液相-固相路线和固相-固相路线两种。然而，这些方法均需要进一步的热处理来析出细小的第二相颗粒，其工艺复杂且耗时较长，通常需要几十小时以上。本文采用动态磁场强化的液相精炼工艺制备了共格纳米粒子强化钢（Fe–TYMO钢）和纯铁素体钢，并通过轧制及退火处理对铸态钢的晶粒尺寸进行优化和等轴化。分别对第二相颗粒（包括分布、尺寸、成分以及与金属基体的界面结构关系）、微观组织以及力学性能进行了研究。结果表明，通过该工艺可以快速（约3 min）将大粒子分裂和剪切为细小的第二相粒子（＜5 nm）。Fe–TYMO钢中密集分布着第二相Ti–Y–Mn–O颗粒，其平均直径约为(3.53 ± 1.21) nm，并且与基体形成了良好的共格结构。经700°C轧制后，这些共格颗粒仍保持较高的热稳定性。铸态组织时，Fe–TYMO钢的晶粒尺寸为229 μm，对应的抗压屈服强度为303 MPa；在700°C下分别以应变速率0.1、1、10 s-1轧制后，Fe–TYMO钢的晶粒尺寸减小为78–136 μm，对应的抗压屈服强度分别为397、514和569 MPa。最后，研究了第二相粒子的加工硬化机制为Orowan机制。
研究论文
采用大气实时腐蚀监测技术评价负载缓蚀剂涂层的防腐性能
王晓雪, 靳露露, 王金科, 王荣桥, 刘秀春, 高凯, 孙京丽, 袁勇, 马菱薇, 钱鸿昌, 张达威
2025, 32(1): 119-126. doi: 10.1007/s12613-024-2860-5
中文摘要(377) PDF(29) SpringerLink
摘要:
大气腐蚀监测（ACM）技术已被广泛应用于追踪金属材料的实时腐蚀行为变化，但却很少有研究将其应用于有机涂层防腐性能的监测。本研究将纯环氧涂层和添加有磷酸锌缓蚀剂的环氧涂层涂覆在ACM传感器表面，制造人工损伤后进行腐蚀试验，观察涂层防腐性能随腐蚀试验进行的变化情况。将损伤后涂层分别暴露于浸泡和交替干湿环境中，实时采集ACM传感器的电偶腐蚀电流。在以上两种腐蚀环境下的试验过程中，涂装添加有磷酸锌缓蚀剂环氧涂层的ACM传感器腐蚀电流明显低于涂装纯环氧涂层传感器的腐蚀电流值，这主要归功于磷酸锌缓蚀剂对涂层破损处金属基底的缓蚀作用。电化学阻抗谱结果表明，添加有磷酸锌缓蚀剂涂层在浸泡七天后的低频阻抗模值高出纯环氧涂层一个数量级。此外，添加有磷酸锌缓蚀剂涂层在划伤处也显示出更少的腐蚀产物，再次印证了磷酸锌对金属基底的缓蚀作用。ACM传感器腐蚀电流的变化趋势与常规电化学阻抗谱及表面分析测试结果具有明显的一致性，说明ACM技术在评价有机涂层腐蚀防护性能方面具有极大潜力。
研究论文
YGdTbDyHo稀土高熵合金吸氢性能研究
李通越, 谢子良, 周文娇, 佟欢, 杨大稳, 张岸佳, 吴渊, 宋西平
2025, 32(1): 127-135. doi: 10.1007/s12613-024-2933-5
中文摘要(204) PDF(15) SpringerLink
摘要:
高熵合金作为有前途的储氢材料而受到广泛关注，本研究研究了稀土高熵合金YGdTbDyHo的微观结构和吸氢性能。结果表明，YGdTbDyHo合金具有等轴晶组织，合金元素分布均匀。在吸收氢气后，高熵合金的相结构从具有六方密堆积（HCP）结构的固溶体变为具有面心立方（FCC）结构的高熵氢化物，没有任何二次相析出。该合金在723 K下的最大储氢容量为2.33 H/M（氢原子/金属原子），焓变（ΔH）为−141.09 kJ·mol−1，熵变（ΔS）为−119.14 J·mol−1·K−1。氢吸收的动力学机制是氢化物成核和生长，表观活化能（Ea）为20.90 kJ·mol−1。在没有任何活化的情况下，YGdTbDyHo合金可以快速吸收氢气（在923 K下为180秒），几乎没有观察到潜伏期。得到2.33 H/M值的原因是氢原子占据了四面体和八面体间隙。这些结果表明，HEA作为具有大H/M比的高容量储氢材料具有潜在的应用前景，可用于氘储存领域。
研究论文
挤压参数对Mg–2.49Nd–1.82Gd–0.2Zn–0.2Zr合金微观组织、织构及室温力学性能的影响
张晨锦, 杨光昱, 肖磊, 阚志勇, 郭静, 李强, 介万奇
2025, 32(1): 136-146. doi: 10.1007/s12613-024-2918-4
中文摘要(216) PDF(19) SpringerLink
摘要:
Mg–2.49Nd–1.82Gd–0.2Zn–0.2Zr挤压合金的微观组织、织构和室温力学性能在不同的挤压温度（260和320°C）、挤压比（10:1、15:1和30:1）以及挤压速度（3和6 mm/s）下分别进行了系统研究。结果表明，挤压后的晶粒尺寸远小于均匀化合金的晶粒尺寸，第二相沿挤压方向呈流线型分布。随着挤压温度从260°C升高到320°C，合金的微观结构、织构及力学性能变化较小。随着挤压比从10:1增加到30:1，动态再结晶程度和晶粒尺寸增加，强度逐渐下降，而延伸率则有所提高。随着挤压速度从3 mm/s增加到6 mm/s，晶粒尺寸和动态再结晶程度显著增加，样品呈现出典型的<2$ \stackrel{-}{1}\stackrel{-}{1} $1>–<$ 11\stackrel{-}{2}3 $>稀土织构取向。以挤压温度260°C、挤压比10:1和挤压速度3 mm/s挤压的合金表现出213 MPa的抗拉屈服强度和30.6%的延伸率。通过定量分析强化机制的贡献，发现晶界强化和位错强化在强化贡献中起到了主要作用。这些结果为拓宽镁稀土挤压合金的工业应用提供了一些基础指导。
研究论文
引入Zr、Ti、Nb和Ce元素对高压压铸Al–Si合金压室预结晶和力学性能的影响能
李俊杰, 于文波, 孙振宇, 郑伟辰, 张良威, 薛艳玲, 刘文宁, 熊守美
2025, 32(1): 147-153. doi: 10.1007/s12613-024-2882-z
中文摘要(199) PDF(16) SpringerLink
摘要:
随着高压压铸 (HPDC) 技术的发展，压铸模具越来越大型化、集成化和复杂化。壁厚不均的大型铸件热处理过程中易发生变形甚至撕裂，因此免热处理铝合金的开发成为研究热点。Al–Si合金由于其超强的流动性能满足大型复杂铸件的充型，已被广泛应用于HPDC铸件中。其中高压压铸AlSi10MnMg 合金铸件广泛应用于汽车行业，在Al合金中加入Mg后可以通过热处理提高铸件的力学性能，但铸件中热应力的释放会引起大型整体压铸件的变形。此外，HPDC铸件含有大尺寸的压室预结晶 (ESCs)，这对铸件的力学性能有害。为开发新型免热处理合金，去除了AlSi10MnMg合金中的Mg元素，并引入晶粒细化剂和变质剂改善微观组织，从而提升力学性能。通过引入不同合金元素，探究了微量合金元素、微观组织形态及力学性能间的联系。实验表明，Ti元素的增加导致ESCs的平均尺寸和孔隙率增加，铸件的强度和延展率降低；而加入Nb元素可细化ESCs并降低孔隙率，但与此同时，大尺寸Al3(Zr,Ti) 相的形成降低了力学性能；最后Ce元素的引入则导致铸件出现细化中毒效应，ESCs 的平均尺寸和孔隙率大量增加，力学性能最差。
研究论文
基于送粉和送丝的激光辅助增材制造Ti–6Al–4V的稳健界面与优异打印态力学性能
翁飞, 毕贵军, 周友翔, 隋尚, 谭超林, Zhenglin Du, 苏金龙, Fern Lan Ng
2025, 32(1): 154-168. doi: 10.1007/s12613-024-3003-8
中文摘要(270) PDF(24) SpringerLink
摘要:
本研究探讨了基于送粉激光辅助增材制造（LAAMp）和送丝激光辅助增材制造（LAAMw）制备Ti–6Al–4V样件的可行性。首先，通过LAAMp和LAAMw工艺研究成功规避了Ti–6Al–4V沉积物中的缺陷。进而，利用优化的工艺参数，在粉末/丝材沉积物与锻造基材之间以及粉末与丝材沉积物之间实现了牢固的结合界面。微观组织表征结果显示，Ti–6Al–4V沉积物中存在外延的初生β晶粒，在β晶粒内部，粉末沉积物主要以较细的α′相为主，而丝材沉积物则主要以片层状α相为主。本文分析并讨论了样件中不同微观组织的形成机制及其与力学性能的内在关联。即使未经热处理，粉末沉积物和丝材沉积物界面样件的力学性能也能达到相关航空材料规范（AMS 6932）的要求。在拉伸实验后，断裂未发生在界面区域，进一步表明了界面的牢固性。本研究证实了通过LAAMp和LAAMw相结合直接制造Ti–6Al–4V零件的可行性，可在满足所需尺寸精度和沉积速率的同时保证其强度与延展性。
研究论文
制备可实现优异亚甲基蓝降解的 Co/S 共掺杂碳催化剂
李海旭, 何浩波, 姜天男, 杜云飞, 吴芷尘, 徐良, 王新洁, 刘晓光, 余万华, 薛文东
2025, 32(1): 169-181. doi: 10.1007/s12613-024-2953-1
中文摘要(241) PDF(9) SpringerLink
摘要:
通过在 800°C 高温下热解 MOF-71 和硫脲混合物制备了 S 和 Co 共掺杂碳催化剂，MOF-71 与硫脲的质量比为 1:0.1，可有效活化过一硫酸盐 (PMS) 以降解亚甲基蓝 (MB)。研究发现了两种不同混合路线对甲基溴降解性能的影响。其中，通过醇溶剂蒸发（MOF-AEP）混合路线得到的催化剂可在 4 min内降解 95.60% 的亚甲基蓝（50 mg/L）（降解率：K = 0.78 min-1），比直接研磨法得到的催化剂（MOF-DGP，80.97%，K= 0.39 min-1）更快。X 射线光电子能谱显示，MOF-AEP 的 Co–S 位点（43.39at%）少于 MOF-DGP（54.73at%），MOF-AEP 中的 C–S–C 比例（13.56at%）高于 MOF-DGP（10.67at%）。密度泛函理论计算表明，当硫以 C–S–C 形式掺杂在碳骨架上时，钴对 PMS 的吸附能为-2.94 eV，高于以 Co–S 键形式掺杂在钴旁边时的吸附能（-2.86 eV）。因此，与 Co–S 相比，C–S–C 位点可能对活化 PMS 有更大的贡献。此外，还研究了降解参数，包括 pH 值和 MOF-AEP 的用量。最后，自由基淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）测量结果表明，在降解 MB 的过程中，1O2可能是主要催化物种，而 · O2−可能是次要催化物种。
研究论文
高质量活性铂/碳黑电催化剂制备及其高效电催化析氢性能
柯少柔, 赵雅静, 闵鑫, 李杨弘, 米瑞宇, 刘艳改, 吴小文, 房明浩, 黄朝晖
2025, 32(1): 182-190. doi: 10.1007/s12613-024-2912-x
中文摘要(358) PDF(23) SpringerLink
摘要:
铂基纳米催化剂在催化等领域中具有巨大的应用前景，但开发高效稳定且铂载量更低的铂基纳米催化剂仍是当前的重要挑战。本研究通过超声辅助的原位合成技术成功制备了一类以碳黑作为载体的铂基纳米催化剂，其铂的负载量仅为铂载量6.84wt%，金属铂纳米颗粒的粒径约为2 nm，且在碳黑表面均匀分布，归因于碳黑和铂之间强烈的s–p–d轨道杂化作用，有效防止了铂纳米颗粒团聚。研究结果表明，制得铂碳催化剂具有优异的电催化析氢性能，在电流密度为100 mA·cm−2时其过电位仅为100 mV，且具有优异的循环稳定性；其质量活性高达1.61 A/mg，是商业铂碳催化剂（0.37 A/mg）的4倍。论文研究成果可望为推进贵金属高效制备高效电催化剂和铂基纳米催化剂发展应该提供新的技术思路。
研究论文
构建3D多孔Cu1.81S/氮掺杂碳框架用于超快和长循环寿命钠离子存储
陈琛, 薛红宇, 胡启临, 王梦帆, 尚攀, 刘紫研, 彭涛, 张德扬, 罗永松
2025, 32(1): 191-200. doi: 10.1007/s12613-024-2890-z
中文摘要(611) PDF(36) SpringerLink
摘要:
可充电钠离子电池(SIBs)是最重要的电化学储能装置之一，在大规模储能应用中具有广阔的发展前景。然而较大的Na+半径，会导致动力学反应迟缓、离子嵌入/脱出时体积变化引起的容量快速衰减等问题，使得钠离子电池表现出较差的可逆性、循环稳定性和倍率性能，严重限制了它的实际应用。本文以金属硫化物为研究对象，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为碳源，硝酸铜和硫脲为发泡剂，采用溶胶-凝胶和退火工艺，在三维多孔氮掺杂碳基体中嵌入Cu1.81S纳米颗粒。旨在开发一种合成方法简单易行且具有优异电化学性能的金属硫化物作为钠离子电池的负极材料。通过系统的研究了硫化铜的含量对其结构和性能的影响，结果表明：当铜盐添加量为0.8 g时，此时组装的半电池展现出优异的倍率性能(在20.0 A·g−1电流密度下，具有250.6 mAh·g−1的比容量)和出色的循环稳定性(在10.0 A·g−1下6000次循环保持70%的容量) ，电极材料的电化学性能达到最佳。此外，在全电池测试中也具有较好的倍率性能和循环性能。这些优异的性能与其微观结构有关: 纳米复合材料的多孔结构，它可以缓解Cu1.81S纳米颗粒在放电/充电过程中的体积膨胀和团聚，促进电子转移和离子扩散，提高电极材料的电导率和结构稳定性。由此可知，构建合理的纳米结构能够改善钠负极材料面临的动力学反应迟缓、体积膨胀等问题，也为高倍率和超稳定转换型材料作为快速充电和长寿命SIBs负极的应用提供了可能。
研究论文
铜铁矿AgFeO2纳米粒子用于超级电容器电极的电化学性能
Choulong Veann, Thongsuk Sichumsaeng, Ornuma Kalawa, Narong Chanlek, Pinit Kidkhunthod, Santi Maensiri
2025, 32(1): 201-213. doi: 10.1007/s12613-024-2992-7
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摘要:
采用简单的共沉淀法成功制备了具有2H和3R相混合六方结构的铜铁矿AgFeO₂纳米粒子。将所得前驱体在100、200、300、400和500°C的温度下煅烧，以获得铜铁矿AgFeO₂相。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、Brunauer-Emmett-Teller N2吸附–解吸、X射线吸收光谱（XAS）和X射线光电子能谱（XPS）技术对制备的AgFeO₂样品的形态和微观结构进行了表征。采用三电极系统研究了铜铁矿AgFeO₂纳米粒子在3 M KOH电解质中的电化学性能。在100°C下煅烧的铜铁矿AgFeO₂纳米粒子（AFO100）显示出的高比表面积（28.02 m²∙g–1）和出色的电化学性能，在电流密度为1 A∙g–1时比电容为229.71 F∙g–1，在扫描速率为2 mV∙s−1时比容量为358.32 F∙g−1，且在1000次充电/放电循环后，电容保持率为82.99%，比功率和比能量值分别为797.46 W∙kg−1和72.74 Wh∙kg−1。这些发现表明，铜铁矿AgFeO₂作为超级电容器应用的电极材料具有巨大的潜力。
研究论文
基于柔性栅介电层场效应晶体管的压力与冲量传感器
谭超, 吕俊玲, 张春池, 梁栋, 杨磊, 王泽高
2025, 32(1): 214-220. doi: 10.1007/s12613-024-2968-7
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摘要:
力学传感器在工业生产、电子信息、医疗卫生等诸多领域发挥着重要作用。基于二维材料的场效应晶体管（2D-FET）传感器具有纳米级尺寸、低功耗和高响应精度等优势，是力学传感器应用领域的研究热点。然而，这些力学传感器很少具备对冲量的检测能力。冲量检测是对过程量的检测，表示力在一段时间内对受力体的累积作用。因此，我们利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为栅极介电层，二维二硫化钼（2D-MoS2）作为沟道材料，设计并制备了柔性栅介电层场效应晶体管，用于压力与冲量的传感监测。系统地研究了该传感器对静态/动态荷载的响应作用，通过计算拟合获取了源漏电流信号（Ids）与冲量监测信号$( \overrightarrow{I} )$之间的转换系数。该传感器工作能耗低至30 nW，响应度达到8000%，在空气中放置60 d无性能损失。此外，基于该传感器的传感阵列实现了对压力荷载的定量和定位监测。
研究论文
CoFe2O4/残碳复合材料的结构和微波吸收性能
张元春, 高圣涛, 张星照, 马大成, 朱传磊, 何军
2025, 32(1): 221-232. doi: 10.1007/s12613-024-2849-0
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摘要:
电磁干扰是当今社会迫切需要解决的问题，这就需要迅速发展具有优异电磁波吸收能力的吸波剂。本文以酸洗后的煤气化细渣为碳源，采用直接水热法制备了CoFe2O4/煤气化细渣残碳复合材料。研究了该复合材料的微观结构和电磁波吸收性能。通过CoFe2O4粒子改性煤气化细渣残碳，一方面可以利用CoFe2O4的磁性能提高煤气化细渣残碳基磁性吸波材料的磁性能，另一方面CoFe2O4与煤气化细渣残碳复合能够增加复合材料中的异质界面结构，进而提高煤气化细渣残碳基磁性吸波材料的介电性能；此外，通过调整CoFe2O4的添加量，能够有效调节CoFe2O4/煤气化细渣残碳吸波材料的介电性能和磁性能，实现材料的电-磁协同效应。由于CoFe2O4/煤气化细渣残碳复合材料的异质多界面结构设计和适当的阻抗匹配以及介电损耗和磁损耗之间的协同作用，CoFe2O4/煤气化细渣残碳/石蜡吸波剂表现出优异的且可调控的电磁波吸收性能。当吸波剂厚度为2.44 mm时，反射损耗最强，为−43.99 dB；当吸波剂厚度为1.18 mm时，有效吸收带宽达4.16 GHz。该吸波涂层能够有效地降低完美导体基板的电磁波散射。该研究为合成高效的煤气化细渣残碳基吸波材料提供了一种新的创制方法。

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