摘要:作为天然气的主要成分，甲烷可以通过重整反应大规模制氢，还可以与固体氧化物燃料电池配合进行高效发电，大规模应用减碳效果显著，是实现我国双碳目标的重要技术保障。简述了甲烷水蒸气重整制氢的反应条件，分别从催化剂活性组分材料、载体材料、助剂材料的种类以及制备工艺等方面综述了甲烷重整催化剂的研究进展，并分析了提高重整催化剂性能的方法。研究发现选择金属Ni活性组并掺杂钙钛矿、尖晶石等载体和介孔类助剂的使用，可以有效提高活性元素的分散性、调控催化剂的酸碱度和电子结构，获得积碳少、甲烷转化率高的高性能重整催化剂。此外，合理的制备工艺和热处理条件也会显著提高催化剂活性元素的分散性与表面状态，使其重整性能获得进一步提高。

摘要:质子交换膜（PEM）电解水槽是最有前途的制氢技术之一，其阳极上发生的析氧反应（OER）的缓慢四电子过程决定了整体效率。因此，开发高活性且稳定的电催化剂用于酸性环境下的OER是一个长期的挑战。目前，PEM电解水槽中的阳极或电催化剂多使用贵金属铱、钌及其氧化物，它们不仅在强酸性条件下表现出较差的稳定性，而且成本较高、地壳储量低，极大地阻碍了其商业化应用。因此，在酸性介质下，开发活性高，稳定性良好，价格低廉的非贵金属OER电催化剂对PEM电解槽的大规模应用具有重要的意义。综述了当前常见的各种非贵金属电催化剂，包括过渡金属氧化物、碳基材料和其他类型化合物，并对各类催化剂的优缺点进行了讨论，并提出了酸性OER非贵金属电催化剂的未来发展方向。

摘要:电催化水解是生产绿氢的有效途径，但是其阳极的氧气析出反应（OER）动力学缓慢，限制了其大规模应用。采用液相回流法制备了超薄的CoAl-LDH十二边形纳米片，其大的表面积成为良好的催化剂载体，且表面大量未饱和的Co²⁺可有效配位其他阴离子。结合共沉淀法和离子交换法，在CoAl-LDH纳米片表面组装大量超小的CoFe-PB纳米颗粒，以形成CoAl-LDH/CoFe-PB异质结构，再通过原位磷化策略获得CoAlP/CoFeP_x@NC异质结构。在磷化过程中，CoFe-PB纳米颗粒会转化为氮掺杂的碳包裹的CoFeP_x核壳纳米颗粒，以提供足够的活性位点，同时他们也牢固地负载在CoAl-LDH转化而成的CoAlP纳米片的表面，形成稳定的异质结构。由于CoAlP/CoFeP_x@NC异质结构具有丰富的组分、独特的多孔结构和稳定的片层结构，其可以获得优异的电催化OER活性。在碱性电解液（1 mol?L^-1的KOH）中，CoAlP/CoFeP_x@NC在电流密度为10 mA?cm^-2下的过电位为334 mV（vs. RHE）。该研究为低成本和稳定高效的多元金属磷化物基异质结构的电催化剂的设计与制备提供了思路。

摘要:范德华异质结（vdWH）的构建是一种提高二维材料性能的有效途径，借助第一性原理计算方法系统地研究了WS₂/ZnO vdWH的晶体结构及其电子、光催化和光学性质。计算结果表明，二维WS₂/ZnO vdWH具有II型能带排列特征，能有效分离光生载流子，提升载流子分离效率。由于电子会自发从WS₂转移到ZnO单层，WS₂/ZnO vdWH层间会形成内建电场，有效抑制光激发载流子的复合。与WS₂和ZnO两个单层相比，WS₂/ZnO vdWH的光学吸收系数在可见光区明显提高，数量级可达10⁴ cm^-1，具有增强的太阳能利用效率。通过能带排列计算发现，酸性条件比中性或碱性条件更利于WS₂/ZnO vdWH的光催化水解反应。此外，还探究了机械应变对WS₂/ZnO vdWH电子和光催化性质的影响规律，发现施加双轴拉伸应变可以调控WS₂/ZnO vdWH的II型异质结转变为I型异质结，有望应用于光电器件领域。上述结果表明，WS₂/ZnO vdWH是一种极具应用潜力的分解水光催化剂，计算结果可以为WS₂/ZnO vdWH的设计和制备提供理论指导和科学依据。

摘要:在温和的条件下实现对芳香醇选择性氧化是一个重大挑战。以中-四（4-羧基苯基）卟吩或中-四（4-羧基苯基）钴卟吩为有机配体、Zn₂⁴⁺为无机金属节点、4,4’-联吡啶为连接体，通过分步方式制备自组装膜（分别命名为TCPP和TCPP-CoTCPP）。利用紫外可见吸收光谱和原子力显微镜对上述自组装膜的制备过程及组装结果进行表征。结果表明：TCPP-CoTCPP中光生电子-空穴对的分离效率和界面电荷迁移率较TCPP高，室温有氧条件下该自组装膜表现出良好的同步光催化芳香醇选择性氧化和过氧化氢生成性能；在优化的反应条件下，TCPP的过氧化氢产量为47.23 mmol，芳香醇氧化为芳香醛的选择性为48.4%；通过对自组装膜的有机配体调控，TCPP-CoTCPP过氧化氢产量提高到68.73 mmol，芳香醇氧化为芳香醛的选择性提升到84.2%。

摘要:固体氧化物燃料电池（SOFC）在高温条件下长时间运行会发生性能衰减，表现为电池电压下降，阻抗增加，故通过研究电池阻抗变化规律可以分析电池性能衰减原因。作为一种无损在线检测技术—电化学阻抗谱技术(EIS)可分析各衰减因素对单电池阻抗增长的影响规律，如材料结构的退化、毒化等衰减因素导致的电池片欧姆阻抗或极化阻抗的增长。结合弛豫时间分布法（DRT）和等效电路（ECM）拟合等方式，可进一步确定导致电池性能衰减的部件和各衰减因素对电池总阻抗增加的占比率。详细论述了电化学阻抗分析技术在阳极支撑Ni-8YSZ/8YSZ/GDC/LSCF电池片衰减机制中的应用，同时针对其具体失效原因给出有效的解决方案，对制备高性能、低衰减单电池具有重要意义。

摘要:防护涂层在航空发动机和燃气涡轮发动机免受水氧腐蚀和盐雾侵蚀、耐高温、抗冲刷和服役寿命方面发挥着重要的作用。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）技术以其大功率、喷射范围广、能够使粉末原料以气相甚至离子化和非视线沉积特性等特点被广泛应用在热/环境障涂层制备领域，形成的涂层具有沉积效率高、孔隙率较高、热导率低、应变容限高等特点。首先，对PS-PVD热障涂层的表面形貌、柱状晶特点和等离子射流特性进行了探讨。然后，讨论了PS-PVD YSZ热障涂层表面镀铝改性对涂层抗CMAS侵蚀、减少孔隙和裂纹、TGO的生成和提高热循环寿命方面的重要作用，结果表明表面镀铝能显著减少涂层表面孔隙、凹坑、微裂纹和熔融盐对于热障涂层的不利影响。其次，简要概述了近年来SiC_f/SiC CMCs代替镍基高温合金在航空发动机基体上抗高温高压和快速失效方面发挥的重要作用。SiC_f/SiC CMCs与T/EBCs的结合，有效延长了航空发动机的使用寿命，是我国航空事业的又一次重大突破。此外，重点介绍了PS-PVD非视线沉积特性和涂层阴影效应在涂层沉积方面这一特色，总结了TGO、残余应力、热膨胀失配、微裂纹和粗糙度是涂层失效的主要影响因素。最后，对PS-PVD技术未来在制备热/环境障涂层方面的前景进行了展望。

摘要:环氧涂层是一种重要的有机涂层，因其优异的绝缘特性和粘附力，被广泛应用于金属构件的腐蚀防护中。为了提高有机涂层的耐蚀性能，通过添加填料对其进行改性。根据金属表面有机涂层的防护机理将其分为物理屏障涂层、自修复涂层，以及兼具物理阻隔作用和自修复性的双功能涂层，并且对其发展现状进行了总结，详细阐述了每类涂层的防护机制、研究进展及优劣势，最后指出研发双功能环氧涂层是大幅度提升涂层服役寿命的潜在途径，也是防腐涂层未来的发展趋势和前沿课题。

摘要:聚合物基复合材料因具有比强度高、比模量高，疲劳性能好、耐腐蚀等优点，在航空航天等领域中有广泛的应用。然而，聚合物基复合材料存在分层失效现象，对其结构强度及刚度有显著影响，从而给轻量化设计和实际工程应用带来严峻的挑战。从数值模拟及实验表征的角度总结了聚合物基复合材料分层损伤研究现状，系统论述了粘聚力单元技术和扩展有限元技术在分层裂纹扩展方面的应用研究进展，介绍了有限元模拟及原位声发射技术等主要研究方法，指出通过声发射信号参数的处理能够实现聚合物基复合材料分层损伤模态的预测与识别，展望了聚合物基复合材料分层损伤缺陷机器学习研究前景。

摘要:采用透射电子显微镜和室温拉伸性能测试，研究了Cu含量对Mg、Ag、Zn复合微合金化的新型超高强铝锂合金Al-xCu-1.2Li-X（x=4.2、4.5）冷轧薄板的时效析出相和强度的影响。结果表明：T6（165 ℃/24 h）及T8态时效时，不同Cu含量的超高强铝锂合金的析出相包括大量的T₁相、较多的θ′相、部分GP区和δ′/GP/δ′复合相以及少量的S′相；T6态时效时，高Cu含量更有利于合金中GP区及θ′相的析出而导致T₁相的数密度减少，因而强度较低、伸长率相对较高；T8时效时，高Cu含量则有利于T₁相和θ′相的同时析出，导致其数密度大幅度增加，同时S′相和GP区的析出受到抑制，因此随着Cu含量增加，合金强度增加、伸长率小幅度下降；T8态时效后，高Cu含量新型超高强铝锂合金的抗拉强度达661.7 MPa、伸长率约为6%。

摘要:宽带近红外荧光粉转换的近红外LED光源广泛应用于生物医学、物性分析及夜视等领域中，而Fe³⁺由于具有生物环境友好型特点，被视为一种有巨大潜力用于开发新型宽带近红外荧光粉的激活离子。采用高温固相法合成了一款Fe³⁺掺杂的新型近红外荧光粉BaSnO₃:Fe³⁺，并对Fe³⁺宽带近红外发光机理进行了研究。结果表明：荧光粉BaSnO₃:Fe³⁺在波长380 nm的近紫外光激发下，发射出750—1 150 nm的宽带近红外光，其峰值位于896 nm处、半高宽为105 nm；BaSnO₃:Fe³⁺在380 nm处的电子跃迁对应于⁶A₁(⁶S)→⁴E(⁴D)的跃迁，而在896 nm处的电子跃迁对应于⁴T₁(⁴G)→⁶A₁(⁶S)的跃迁；当Fe³⁺掺杂浓度（摩尔分数）达到0.03%时，其发射强度达到最大、激活能约为0.657 eV。说明，将所合成的材料封装成宽带近红外LED器件，可实现夜视照明。

摘要:针对传统钢材Mn13钢等在大规模应用中暴露出的低应力耐磨性差、低温脆性和易生锈等问题，采用在Mn13钢表面焊接具有高强度、良好的延展性和耐蚀性的Al_1.2CoCrFeNi_2.1近共晶高熵合金来改善其表面性能。采用BNi2钎料通过真空钎焊的方式在Mn13钢表面钎焊Al_1.2CoCrFeNi_2.1高熵合金，并对高熵合金母材和钎焊接头的微观组织与力学性能进行了探究，同时研究了真空钎焊温度对钎焊层微观组织和力学性能的影响。实验结果表明：母材Al_1.2CoCrFeNi_2.1高熵合金的显微组织由FCC相和有序B2相组成，钎焊后合金组织中B2相体积分数增加，显微维氏硬度从（436±15.7）HV升至（472±7.1）HV；钎焊接头的微观组织主要为Ni基的固溶体相和硼化物相，焊缝中心主要以CrB为主，扩散区则以B元素与母材元素形成的硼化物为主；钎焊温度过低或者过高会在焊缝形成气孔及硼化物，从而降低钎焊接头的剪切强度，当钎焊温度为1 050 ℃时，焊接接头的剪切强度达到最大值684.6 MPa。

摘要:含铝高锰钢因具有优异的耐磨性、加工硬化能力和低密度特性，作为耐磨器件的关键零配件而被广泛使用，以达到实现轻量化需求和工业节能降耗目的。在ZGMn18Cr2（成分为Fe-18Mn-1.2C-2Cr，质量百分比）的基础上，通过加入质量分数4%的铝，制备出轻质高锰钢。通过光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、维氏硬度、布氏硬度、摆锤冲击试验和拉伸试验等测试手段，研究了时效热处理对1 100 ℃固溶态轻质高锰钢的组织、硬度、拉伸和冲击等力学性能的影响。结果表明：随着时效温度的升高，经300—500 ℃时效处理后轻质高锰钢的屈强比、硬度及冲击韧性逐渐增强；但经600 ℃时效热处理后，在轻质高锰钢的晶界处析出大量碳化物而形成晶界脆性，最终导致其力学性能恶化，其延伸率和强度急剧降低。

摘要:铜及铜合金由于其优良的导电性，被广泛应用于电子、电气、工业制造等领域中，但是铜合金强度的提高往往伴随着电导率的下降。异质结构材料的强度通常大于利用混合规律计算出来的理论强度，通过调控这种额外的强化有望制备出具有优良强度和电导率的铜合金。以纯铜片和铜铬锆合金片为原料，通过扩散焊接、轧制和热处理制备了由铜铬锆层和粗晶铜层组成的层状异质结构材料，并且系统地研究了不同轧制量下CuCrZr/Cu层状异质结构材料的力学和导电性能。研究结果表明：CuCrZr/Cu层状异质结构材料的实际强度大于利用混合规律计算的强度，在轧制量为92%时抗拉强度为532 MPa、电导率为80% IACS、额外强化达到最大值45 MPa，额外强化随着轧制量的进一步增大反而减小。表明，通过调节界面影响区可以提高额外强化的大小，获得具有优良强度和电导率的铜合金。

摘要:利用真空热压烧结工艺，以一种新型的材料排列方式（复合材料前半部分为Ti/Al₃Ti层状复合材料，后半部分在Ti/Al₃Ti层之间扦插玻璃纤维），成功利用玻璃纤维强化Ti/Al₃Ti层状复合材料。在同样的工艺条件下，通过改变玻璃纤维的层数（玻璃纤维的体积分数），探究玻璃纤维的层数对复合材料静态压缩性能、静态拉伸性能的影响。研究结果表明：随着玻璃纤维层数的增加，复合材料的静态压缩性能与静态拉伸性能都有提升，但不是简单的正相关，而是前期提升效果明显，后期提升效果不明显；同时，复合材料的静态压缩性能在沿垂直于叠层方向测试时，提升效果要比沿平行于叠层方向测试时明显。

摘要:以碳纤维粉末为功能性填料和乙基纤维素为胶粘剂，开发了一种低成本碳基传感浆料，将碳纤维浆料直接刮涂至聚酰亚胺薄膜表面而形成碳纤维传感层，在以铜箔为电极，制备出结构简单的碳纤维弯曲传感器。同时，探究了碳纤维含量对弯曲传感器性能的影响。结果表明：当碳纤维含量为0.02 g?mL^-1时，碳纤维粉末被乙基纤维素完全包覆，难以形成导电通路，无弯曲传感特性；随着碳纤维含量的逐渐增加，碳纤维膜内部形成良好的导电通路，随之产生大量的孔洞甚至微裂纹，有利于传感器精准识别不同弯曲角度，并且具有双向识别特性。通过进一步深入探究碳纤维含量对弯曲传感器的迟滞性和稳定性的影响发现，当碳纤维含量为0.04 g?mL^-1时，弯曲传感器具有较小的迟滞性、优异的稳定性和机械耐久性。

摘要:作为固体氧化物燃料电池阳极材料，选用NiO/Gd_0.2Ce_0.8O_1.9（GDC）替换传统NiO/Y_0.16Zr_0.92O_2.08，其可有效扩展三相反应界面，提高电池性能。采用大气等离子喷涂技术，通过调控NiO/GDC团聚粉末粒径，研究阳极微观结构演变及对电池性能的影响。结果表明：粉末粒径影响粉末的熔化程度，当d₅₀=24.7 μm的小粒径粉末熔化充分时，涂层中会暴露更多的GDC，增加反应活性位点；d₅₀=45.2 μm的大粒径粉末熔化不充分时，堆叠产生的间隙会造成涂层中裂纹和孔洞增多，表现出更大的气通量，泄漏率为14.8×10^-6 cm⁴?gf^-1?s^-1；小粒径和大粒径粉末阳极形成的单电池输出峰功率密度接近，在800 ℃时分别达到1 158.46和1 147.0 mW?cm^-2。阻抗谱拟合结果揭示了阳极界面电荷转移和气体传输能力的差异。通过分析粉末粒径对电化学性能的作用机理可知，小粒径粉末阳极具有更多界面活性位点而表现出更快的电荷转移速度，大粒径粉末阳极具有优异的透气性，能透过更多燃料而有效激发活性位点。因此，在大小粒径粉末阳极上形成的电池几乎表现出相同的电化学性能。

摘要:碳基全无机钙钛矿太阳能电池(carbon-based all-inorganic perovskite solar cells, C-PSCs)由于成本低、热稳定性好等优点逐渐引起人们的广泛关注，然而其效率要远低于传统的钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)。通过调控CsPbI₂Br薄膜的退火温度，改善薄膜质量。利用SEM、XRD表征分析了钙钛矿薄膜微观形貌以及物相结构，发现升高退火温度可有效提高CsPbI₂Br薄膜的结晶性从而减少其表面的孔洞。升高钙钛矿薄膜的退火温度，器件的光伏性能有显著提高，短路电流密度(J_sc)从8.84 mA·cm^-2提高至12.14 mA·cm^-2，开路电压(V_oc)从0.93 V提高至1.06 V，最终能量转换效率(PCE)从2.75%提高至7.63%。研究结果表明，优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺可以有效提高其光伏性能。

摘要:采用熔融KOH腐蚀法和化学机械抛光技术对低掺杂4H-SiC外延层进行处理，通过共聚焦激光显微镜和偏光显微镜对基晶面位错（BPD）转化为贯穿型刃位错（TED）的过程进行光学 表征，对比BPD与TED的腐蚀坑坑壁斜率变化找到转化点，测量了15个BPD-TED转化点的转化深度，发现93%的转化发生在1 μm以内的缓冲层中，仅7%发生在1 μm以上的漂移层中，并且平均转化深度为0.59 μm，表明BPD-TED的转化主要发生在衬底/外延层的交界处，在外延生长初期就已完成转化。BPD-TED的转化研究，对于理解和优化SiC晶体外延生长具有重要意义。

摘要:粉质砂土具有富含微细孔隙的特点，导致对其进行注浆加固较为困难。在传统注浆加固材料的基础上，引入纳米硅溶胶，研究纳米硅溶胶对粉质砂土加固的影响。以纳米硅溶胶加固粉质砂土为研究对象，通过注浆效果对比试验、无侧限抗压强度实验、渗透实验、SEM扫描电镜分析等试验方法，比较不同养护环境及龄期加固土力学性能。结果表明：纳米硅溶胶注浆性能相对与传统注浆材料能快速有效地渗入土体对土粒进行胶结，对孔隙进行封堵。通过设置干燥空气和水两种养护环境养护后进行相应力学试验及抗渗冲刷试验，结果发现：当填充率为25%时，纳米硅溶胶加固土强度最大可提高至280—290 kPa，连续水流冲刷下抗渗时间扩展至340 h。此外，比较不同养护环境及龄期的加固土组成成分及结构特征发现，水养护下加固土结构更为完整，孔隙更少。因此，纳米硅溶胶在富水地区对加固粉质砂土具有更大的优势。

摘要:铝灰渣为铝工业生产中伴生的危险固废物，其产量巨大且含有大量的铝资源，合理利用铝灰渣有非常重要的意义。以铝灰渣为原料合成锌铝水滑石，分别用氢氧化钠和盐酸提取得到铝灰渣的提取液，再使用热水法成功合成锌铝水滑石，并探究合成时间、合成温度，以及使用两种不同提取液对合成的锌铝水滑石结晶度的影响。结果表明：延长反应时间和提高反应温度有利于晶体的生长，但过高反应温度会破坏锌铝水滑石晶体而变为其他产物；使用碱提取液合成的锌铝水滑石，其结晶度较好；同时，探究了不同条件下合成的样品对F^-的吸附量，当使用碱提取液合成的锌铝水滑石在合成时间为6 h、合成温度为130 ℃条件下，F^-的吸附量最大为18.3 mg?g^-1；XRD和SEM结果显示，使用氢氧化钠提取液合成的锌铝水滑石的结晶度和晶粒尺寸均较好。

摘要:铜是人体必须的一种微量元素，铜离子的实时快速检测对于环境监测、疾病诊断具有重要意义。将salen配体与金属铱（Ⅲ）相结合合成了一种双功能荧光探针Ir-ppy-pbm，并利用紫外吸收光谱、荧光光谱、激光共聚焦成像等技术研究了其对铜离子(II)及pH的检测效果。结果表明，Ir-ppy-pbm可选择性地与铜离子（II）结合，结合后表现出灵敏的荧光on-off现象，检测限度达58 nmol?L^-1，该值远低于世界卫生组织建议的饮用水中铜离子（II）允许含量（约30 μmol?L^-1）及人体血液中的铜离子（II）水平(1.7—3.9 μmol?L^-1)。激光共聚焦显微成像的结果显示：Ir-ppy-pbm可穿透细胞膜进入细胞核中，并可对细胞核内的铜离子(II)水平进行监测； Ir-ppy-pbm还表现出灵敏的pH荧光响应效果，其在590 nm处的荧光信号可用于较宽范围内的pH检测，而525和590 nm处的荧光强度比值则可用作强酸条件下的比例型荧光pH探针。