国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

成果介紹

難熔碳化物具有較高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，是多相催化中極具吸引力的載體材料。然而，難熔碳化物，尤其是碳化硅(SiC)，因較低的比表面積(<200 m² g^-1)和苛刻的合成條件(在持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)、>1400℃的高溫環(huán)境下進(jìn)行制備)，使得其在工業(yè)應(yīng)用方面仍受到極大限制。

廈門(mén)大學(xué)范鳳茹、田中群院士等人基于勒夏特列原理，從理論上提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種低壓碳熱還原策略，其能夠快速、大規(guī)模地合成具有顯著高比表面積的SiC，能夠滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用需求。具體地，基于低壓碳熱還原策略，可在較低的溫度與壓強(qiáng)(約1300°C、50 Pa)、以較快的速率(30 s)下合成高比表面積(569.9 m² g^-1)的SiC。研究發(fā)現(xiàn)，這種高比表面積SiC具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和抗氧化能力，在650°C的飽和水蒸氣氣流下能夠穩(wěn)定保持超過(guò)100小時(shí)。

同時(shí)，通過(guò)一個(gè)工業(yè)真空燒結(jié)爐，證明了該策略的規(guī)模化生產(chǎn)高比表面積SiC的潛力，在一次實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)量大于12 g，比表面積可達(dá)460.6 m² g^-1。此外，本文提出的策略也適用于其他難熔金屬碳化物的快速合成，如NbC、Mo₂C、TaC、WC；甚至也適用于高熵碳化物的合成，如VNbMoTaWC₅、TiVNbTaWC₅。因此，本文所提出的低壓碳熱還原策略可以實(shí)現(xiàn)高比表面積碳化物的快速合成，促進(jìn)了相關(guān)功能材料的性能研究和工業(yè)應(yīng)用。

相關(guān)工作以《A general method for rapid synthesis of refractory carbides by low-pressure carbothermal shock reduction》為題在《PNAS》上發(fā)表論文。

圖文介紹

圖1. SiO₂經(jīng)低壓碳熱還原得到SiC

首先，從SiO₂碳熱還原合成SiC的熱力學(xué)分析開(kāi)始，該過(guò)程涉及Si – O鍵的斷裂和Si-C鍵的形成。具體的反應(yīng)方程式如下：

而合成SiC的形成一般與氣態(tài)SiO中間體的形成有關(guān)，即方程1可再分為以下兩步：

通常，傳統(tǒng)SiC的合成忽略了壓強(qiáng)的作用。在這里，從合成SiC的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析入手，研究發(fā)現(xiàn)低壓環(huán)境可以降低碳熱還原階段的吉布斯自由能，使反應(yīng)發(fā)生在較低的溫度區(qū)域，并通過(guò)增加中間SiO分子向碳的擴(kuò)散速率來(lái)提高碳熱還原的反應(yīng)速率，從而獲得高比表面積的SiC。

圖2. SiC的合成以及結(jié)構(gòu)表征

在此選擇了一種工業(yè)化批量生產(chǎn)的介孔硅酸鹽分子篩(MCM-41，本質(zhì)為SiO₂，表面積可達(dá)932.6 m² g^-1)來(lái)合成SiC。因此，MCM-41的介孔結(jié)構(gòu)不僅具有較高的比表面積，而且顯著增加了SiO₂前驅(qū)體和反應(yīng)物碳之間的接觸面積。顯然，接觸面積的增加可以加速中間體的擴(kuò)散，提高反應(yīng)速率，從而降低反應(yīng)溫度，形成SiC。

通過(guò)熱解MCM-41/蔗糖分子混合物，隨后將MCM-41/C反應(yīng)物粉末壓成球團(tuán)，置于兩層碳布之間，采用焦耳碳熱沖擊還原法、在持續(xù)抽真空下合成SiC。在典型的低壓碳熱還原過(guò)程中，溫度在前2 s急劇上升后穩(wěn)定維持在~1300℃，反應(yīng)器腔內(nèi)壓力在連續(xù)抽真空的情況下先升高，然后下降到~50 Pa。這樣的低壓環(huán)境通過(guò)促進(jìn)SiO分子生成來(lái)加速SiC的合成。切斷電流后，溫度、壓力迅速恢復(fù)到正常值。

采用XRD對(duì)1100℃~1600℃下30 s內(nèi)制備的產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在1100℃下制備的樣品沒(méi)有與SiC的任何晶面對(duì)應(yīng)的衍射峰，這是因?yàn)樵摐囟炔蛔阋钥朔寂cSiO₂之間的反應(yīng)勢(shì)壘。當(dāng)應(yīng)用溫度從1100℃上升到1200℃時(shí)，在35.7°處觀察到一個(gè)新的衍射峰，對(duì)應(yīng)于β-SiC相的(111)面。此外，隨著加熱溫度從1300°C上升到1600°C，衍射峰變得更尖銳、更窄，表明生成的晶體結(jié)晶更好，晶粒較大。值得注意是，這種低壓碳熱還原法合成SiC的初始反應(yīng)溫度和加熱時(shí)間明顯低于文獻(xiàn)報(bào)道的常規(guī)反應(yīng)溫度和加熱時(shí)間。

圖3. 高比表面積SiC的水熱穩(wěn)定性和規(guī)?；苽?/strong>

通過(guò)將灰綠色SiC粉末暴露在650°C的飽和水蒸氣氣流中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間水熱(HT)穩(wěn)定性測(cè)試。在這樣的高溫下，水和氧分子都具有很強(qiáng)的腐蝕性，并將加速SiC的快速氧化降解。結(jié)果表明，預(yù)處理后的SiC樣品在100 h內(nèi)的XRD衍射峰和圖像變化很小。水熱處理100 h后，比表面積仍具有536.4 m² g^-1。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)高溫水蒸氣處理后，SiC雖然部分氧化，但其主要結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，為其在工業(yè)上的應(yīng)用提供了廣闊的前景。隨著水熱處理時(shí)間增加到200 h，SiC的顏色由灰綠色變?yōu)闇\灰色，并且XRD衍射峰峰強(qiáng)變?nèi)酰砻鱏iC樣品被氧化。

載體的可規(guī)?；苽湟彩亲罹咛魬?zhàn)性的課題之一。在這里，通過(guò)使用工業(yè)真空燒結(jié)爐證明了低壓碳熱還原策略的可行性，該策略可以同時(shí)提供高溫和低壓環(huán)境，以高效和大規(guī)模生產(chǎn)高比表面積SiC。經(jīng)過(guò)煅燒和蝕刻處理去除SiC中的碳或SiO₂殘留，可以獲得12.29 g的產(chǎn)物，比表面積可達(dá)460.6 m² g^-1。

圖4. 低壓碳熱還原合成難熔碳化物的普適性

進(jìn)一步還探索了低壓碳熱還原策略用于合成難熔金屬碳化物(rMC，rM=Nb、Mo、Ta、W)。在這里，選擇相應(yīng)金屬氧化物，采用低壓碳熱還原策略，可以在相對(duì)較低的溫度(約1300℃)下，在20 s內(nèi)高效合成rMC，如NbC、Mo₂C、TaC和WC。尤其重要的是，進(jìn)一步證明了低壓CR策略也適用于基于rM的高熵碳化物的高效合成，如VNbMoTaWC₅、TiVNbTaWC₅。因此，可以預(yù)期，該低壓碳熱還原策略為多種碳化物基先進(jìn)功能材料的合成提供了途徑。

文獻(xiàn)信息

A general method for rapid synthesis of refractory carbides by low-pressure carbothermal shock reduction，PNAS，2022.

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121848119

原創(chuàng)文章，作者：華算老司機(jī)，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2022/09/10/f00d0999b5/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

廈門(mén)大學(xué)最新PNAS！30秒，合成超高比表面積碳化物！

相關(guān)推薦

廈門(mén)大學(xué)最新PNAS！30秒，合成超高比表面積碳化物！