1 1.南京工业大学 材料科学与工程学院, 材料化学工程国家重点实验室, 南京210009
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海高等研究院, 上海201210
随着工业的快速发展, 相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时, 催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH), 用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(II)), 并进一步碱处理固定于表面的Cu(II), 形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH), PCSH对Cu(II)的饱和吸附容量提高100%, 高达588 mg/g。研究发现, 这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(II)与-NH2之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌, 作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH4)还原降解4-硝基苯酚(4-NP), 速率常数达到0.7135 /min (pH (7.0±0.3); [RhB]= 20 mg/L; [PMS]= 0.12 g/L; [催化剂]= 0.8 g/L)和11.47×10-3 /s (pH (11.0±0.3); [4-NP]= 10-4 mol/L; [NaBH4]= 5×10-3 mol/L; [催化剂]= 0.167 g/L), 是CSH催化剂体系的20和19倍。本工作利用固体废弃物粉煤灰实现了水溶液中铜元素的再利用, 为水中污染物的有效处理和利用提供了新启示。
粉煤灰 水合硅酸钙 铜离子吸附 聚乙烯亚胺 过氧硫酸氢钾 fly ash calcium silicate hydrate Cu(II) adsorption polyethyleneimine potassium peroxymonosulfate
河南科技大学化学化工学院，河南 洛阳 471023
低硅铝比X分子筛(LSX)经锂改性后因具有较高的N2吸附量和氮氧分离系数，在变压吸附(PSA)领域具有广泛的应用，但合成LSX分子筛的原料价格逐年上涨，导致其生产成本居高不下。钾长石(KAlSi3O8)富含氧化铝和氧化硅，钾还可以作为LSX分子筛的结构导向剂，是合成LSX分子筛的理想原料，可大大降低其生产成本。以嵩县钾长石为原料，经高温煅烧活化，加入晶种导向剂，采用导向剂法合成出了LSX分子筛，考察了硅铝比[n(SiO2)/n(Al2O3)]、碱硅比n[(Na2O+K2O)/ n(SiO2)]、水碱比[n(H2O)/n(Na2O+K2O)]、晶种导向剂用量(wSDA)、晶化温度(Tcry)、晶化时间(tcry)等对产物结构和性能的影响。结果表明，当n(SiO2)/n(Al2O3)=2.1～2.2，n(Na2O+K2O)/n(SiO2)=2.0～2.2，n(H2O)/n(Na2O+K2O)=35～45，wSDA =3%～5%，Tcry =90～100 ℃，tcry =10～14 h，所得LSX分子筛结晶度较高，颗粒大小为5～8 μm，Li+最大交换度可达98.7%，达到了工业上氮氧吸附分离所需的条件(Li+交换度大于96%)。
钾长石 高温活化 晶种导向剂 低硅铝比分子筛 离子交换 potassium feldspar high temperature activation seed guide agent low silicon aluminum ratio zeolite ion exchange
1 河北工业大学化工学院/海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心, 天津 300130 河北省现代海洋化工技术协同创新中心, 天津 300130河北工业大学化工学院/化工节能过程集成与资源利用国家-地方联合工程实验室, 天津 300130天津市本质安全化工技术重点实验室, 天津 300130
2 王美玲
钾是海水中的常量元素之一, 硫酸钾水溶液结构研究有利于解释其溶解度的微观机理, 从而为海水中钾盐的分离纯化提供理论指导。 利用实验室改装的X射线衍射仪、 上海同步辐射光源装置及拉曼光谱技术研究了不同质量分数的K2SO4水溶液的微观结构信息。 由X射线散射数据处理得到的差值结构函数F(Q)可知, Q=2.5 -1附近的一高一低双峰逐渐变成强度相当的两个峰, 此处双峰与水溶液中的氢键网络结构有关; 随着质量分数的增加, Q=5.0 -1附近的峰位向坐标轴右侧移动。 由G(r)可知, 2.8 处峰随质量分数的增加有展宽趋势, 主要受O—O相互作用影响。 在拉曼光谱图中, 位于3 200 cm-1附近的肩峰强度随溶质含量的增加逐渐降低, 2 800～3 800 cm-1范围内整体峰形变窄。 拉曼光谱去卷积拟合的结果表明, K2SO4的加入破坏了水的四面体氢键构型, 小幅促进了质子供体型氢键的形成。 X射线散射和拉曼光谱的分析结果均说明K2SO4的加入破坏了原有的水分子四面体网络结构。
溶液结构 X射线散射 拉曼光谱 Solution structure X-ray scattering Raman spectroscopy K2SO4 Potassium sulfate 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1838
1 沈阳化工大学信息工程学院，辽宁 沈阳 110142
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110169
3 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
5 华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450045
利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体，实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出，其覆盖了近红外与中红外过渡波段（也称“短波红外波段”）。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域，在较小的晶体转角下，获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构，验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上，峰值功率高于2.3 MW，在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量，输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。
非线性光学 光学参量振荡器 短波红外波段 磷酸氧钛钾 角度调谐 中国激光
2023, 50(23): 2308001
沈阳理工大学材料科学与工程学院，沈阳 110159
为提高磷酸镁水泥的水化性能，利用沸石微粉替代部分氧化镁制备磷酸钾镁水泥，结合凝结时间、力学性能测试和水化放热、物相、微观形貌分析研究掺加沸石微粉对磷酸钾镁水泥基本性能的影响。结果表明：沸石微粉的掺量为8%(质量分数)时，磷酸钾镁水泥的水化凝结时间延长至10.17 min，但同时其7 d抗压强度和抗折强度降低至44.6和8.0 MPa；随着沸石微粉掺量的增加，K型鸟粪石的生成量有所降低；当沸石微粉掺量不超过12%(质量分数)时，磷酸钾镁水泥的水化放热总量提高，但进一步掺加沸石微粉，磷酸钾镁水泥中氧化镁含量降低，磷酸钾镁水泥水化放热降低。
磷酸钾镁水泥 沸石 K型鸟粪石 凝结时间 力学性能 水化放热 potassium magnesium phosphate cement zeolite K-type struvite setting time mechanical property hydration heat
太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030024
燃煤固体废弃物粉煤灰的提质利用对缓解煤基固废堆积污染有重大意义。对高铁粉煤灰进行CaO水合、添加造孔剂和粘结剂、NaClO氧化改性，获得多孔高铁粉煤灰吸附剂KIFA，既优化了孔隙结构，又促进了K2FeO4的生成。固定床评价结果显示：KIFA在700 ℃、5% O2、500 mg/m3 SO2的条件下具有最强的脱除SO2性能，脱除效率维持在93%以上的穿透时间和硫容分别为111.8 min和93.58 mg/g，达到了超低排放标准35 mg/m3；KIFA脱硫前后表征结果揭示：K2FeO4是KIFA脱除SO2的主要活性组分，Fe(VI)提供氧化位点，将SO2氧化为SO42-；NO会促进脱硫反应正向进行，NO可与SO2、CaO生成中间产物NO3SO3Ca，进而转化为SO42-，提升SO2的脱除效率。
固废利用 高铁粉煤灰 次氯酸钠 高铁酸钾 脱硫性能 solid waste utilization high-content iron fly ash sodium hypochlorite potassium ferrate desulfurization performance
1 三峡大学电气与新能源学院，湖北省微电网创新协同中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学分析测试中心，湖北 宜昌 443002
通过水热法首次合成了含有Zn、Co、Sn 3种金属元素的氢氧化物，后经强碱刻蚀、聚多巴胺包覆以及碳化和硒化成功制备出氮掺杂碳包覆ZnSe/CoSe/SnSe材料。该复合物用作钾离子电池负极时，多元金属硒化物内核表现出增强的电化学活性，且结构中的空腔缓解了循环时的体积效应；同时，导电包覆层外壳有效提升了材料电导率，并防止了钾化时活性物质粉化团聚。结果与原始材料相比，ZnSe/CoSe/SnSe@NC表现出更优异的储钾性能，其在1 A/g电流密度下经800次循环后，放电比容量仍高达193 mA·h/g。本工作对高性能钾离子电池负极材料的设计与构筑具有指导意义。
钾离子电池 负极材料 金属硒化物 中空核壳结构 包覆改性 potassium-ion batteries anode materials metallic selenides yolk-shell structure coating modification
1 山东大学晶体材料研究院，济南 250100
2 晶体材料国家重点实验室，济南 250100
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621000
高功率激光系统的发展对大尺寸、高性能磷酸二氘钾(DKDP)类晶体的需求越来越大。快速生长法较传统法可大幅缩短晶体生长周期，提高晶体生长效率。但是快速生长DKDP晶体锥面区和柱面区性能存在差异，导致不同位置的性能存在不均匀性，限制其在高功率激光系统中的应用。通过合成晶体生长溶液，采用点籽晶快速生长法生长了中等口径的高氘DKDP晶体，使用透过光谱，从线性吸收角度分析了快长DKDP晶体用作电光开关和频率转换器的可行性。结合Raman光谱技术及摇摆曲线的测试方法分析了晶体氘含量和结晶质量均匀性，为大尺寸DKDP的生长和应用提供参考。
点籽晶法 磷酸二氘钾晶体 氘含量 透过率 摇摆曲线 point seeding method potassium dideuterium phosphate crystals deuterium content transmittance rocking curve
1 山东大学晶体材料研究院，晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 山东大学光学高等研究中心，山东 青岛 266237
磷酸二氢钾(KH2PO4，KDP)晶体是目前唯一可在惯性约束核聚变装置中得到实际应用的非线性光学材料。由于晶体缺陷大大降低了非线性光吸收、激光损伤阈值等光学性能，因此，探明KDP晶体缺陷对其电子结构和光学性质的影响机制对于提升其光学性能具有重要意义。本工作采用第一性原理方法计算了KDP晶体(100)和(101)表面上氢空位和氧空位缺陷的结构、稳定性及电子结构特征，研究了酸环境对表面空位缺陷结构及电子结构的影响规律及微观机制。结果表明：氢空位和氧空位缺陷在KDP晶体(100)和(101)表面上均比在晶体中更容易形成。(100)表面对氢空位及氧空位均具有较高的容忍性，然而，(101)表面的氧空位极易失去电子，在带隙中引入缺陷能级，从而引起额外光吸收，对晶体光学性质产生不利影响。酸性环境会导致(100)表面产生更多氧空位，并诱导产生氧空位缺陷能级；同时，酸性环境有利于修复表面氢空位，并消除氧空位在(101)表面电子结构中引入的缺陷态，有利于提升晶体(101)表面质量及光学质量。
第一性原理 磷酸二氢钾 表面 缺陷 first-principles potassium dihydrogen phosphate surface defect
Author Affiliations
Abstract
1 School of Environmental and Chemical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China
2 Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed), Department of Chemistry and Food Chemistry, Technische Universität Dresden, Dresden 01062, Germany
3 Department of Chemical Engineering, Hebei Petroleum University of Technology, Chengde 067000, China
4 Institute for Carbon Neutralization, College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
5 College of Science/Key Laboratory of Ecophysics and Department of Physics, Shihezi University, Shihezi 832003, China
Potassium-ion batteries (PIBs) have been considered as promising candidates in the post-lithium-ion battery era. Till now, a large number of materials have been used as electrode materials for PIBs, among which vanadium oxides exhibit great potentiality. Vanadium oxides can provide multiple electron transfers during electrochemical reactions because vanadium possesses a variety of oxidation states. Meanwhile, their relatively low cost and superior material, structural, and physicochemical properties endow them with strong competitiveness. Although some inspiring research results have been achieved, many issues and challenges remain to be further addressed. Herein, we systematically summarize the research progress of vanadium oxides for PIBs. Then, feasible improvement strategies for the material properties and electrochemical performance are introduced. Finally, the existing challenges and perspectives are discussed with a view to promoting the development of vanadium oxides and accelerating their practical applications.Potassium-ion batteries (PIBs) have been considered as promising candidates in the post-lithium-ion battery era. Till now, a large number of materials have been used as electrode materials for PIBs, among which vanadium oxides exhibit great potentiality. Vanadium oxides can provide multiple electron transfers during electrochemical reactions because vanadium possesses a variety of oxidation states. Meanwhile, their relatively low cost and superior material, structural, and physicochemical properties endow them with strong competitiveness. Although some inspiring research results have been achieved, many issues and challenges remain to be further addressed. Herein, we systematically summarize the research progress of vanadium oxides for PIBs. Then, feasible improvement strategies for the material properties and electrochemical performance are introduced. Finally, the existing challenges and perspectives are discussed with a view to promoting the development of vanadium oxides and accelerating their practical applications.
potassium-ion batteries vanadium oxides electrode materials electrochemical performance improvement strategies Journal of Semiconductors
2023, 44(4): 041701
