1 兵器工业卫生研究所，西安 710065
2 西安石油大学电子工程学院，陕西 710065
3 延安大学化学与化工学院，延安 716099
面对化石能源危机问题，清洁高效的氢能源受到人们的广泛关注，电解水制氢成为新的研究热点。本文主要围绕铂/铜合金催化剂的合成、表征及其电解水析氢催化应用展开研究。采用溶剂热法合成铂/铜合金，通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS等表征铂/铜合金的组成结构和微观形貌，对铂/铜合金的构效关系进行探索。利用电化学测试系统测得铂/铜合金不同条件下的析氢催化性能。在0.5 mol/L H2SO4中，铂/铜合金的起始过电位为20.3 mV(10 mA·cm-2时)，塔菲尔斜率为37.56 mV·dec-1；在1 mol/L 磷酸缓冲盐溶液(PBS)中，铂/铜合金的起始过电位为35.0 mV(10 mA·cm-2时)，塔菲尔斜率为52.12 mV·dec-1；在1 mol/L KOH中，铂/铜合金的起始过电位为25.3 mV(10 mA·cm-2时)，塔菲尔斜率为36.82 mV·dec-1。对比发现，铂/铜合金在酸性电解质中展现出更为优异的催化性能。而且，进一步实验表明铂/铜合金催化剂在酸性电解质中具有高的电催化活性面积(30.83 cm2)和良好的循环稳定性。
催化剂 铂/铜合金 溶剂热法 电解水 析氢反应 catalyst Pt/Cu alloy solvothermal method water electrolysis hydrogen evolution reaction
商洛学院 化学工程与现代材料学院, 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室, 商洛市石墨烯技术与应用研究中心, 商洛 726000
镍基电极材料是碱性电解水中最具工业应用前景的过渡金属催化剂, 而其缓慢的析氢反应动力学及低活失活问题仍亟待解决。本研究以泡沫镍(NF)为基底, 采用一步循环伏安法制备了主晶相为独立分相的多晶态金属镍铜合金、夹杂有少量非晶态V2O5相、具有三维多孔团簇结构的金属镍铜负载钒氧化物电催化剂(VOx-NiCu/NF)。纳米颗粒、团簇交织形成的微米孔及泡沫镍的一级微孔共同构成了VOx-NiCu/NF的三级多孔微纳结构, 使其电催化活性面积增加了28倍, 并在析氢反应中表现出优异的催化性能。在碱性介质中, 获得-10 mA·cm-2的析氢电流密度, VOx-NiCu/NF需要的过电势(η10)仅为35 mV, 表现出类铂的催化活性, 具有优异的长效稳定性及强劲的耐用性。电极表面形成的多孔团簇结构, 显著增加了催化活性位点并为物质传递提供大量通道。镍铜合金及非晶态V2O5相, 在一定程度协同改善了材料的固有析氢活性。理想的组成及独特的结构特性提高了VOx-NiCu/NF的催化性能, 其中结构优势对其最优效能起主导作用。动力学分析发现, VOx-NiCu/NF在析氢过程遵循Volmer-Heyrovsky机理, 即表面活性氢原子的电化学脱附为电荷转移过程的决速步骤, 为后续深入研究催化机制奠定了基础。
镍铜合金 钒氧化物 析氢反应 团簇结构 协同效应 nickel-copper alloy vanadium oxide hydrogen evolution reaction cluster structure synergistic effect
北京工业大学理学部物理与光电学院, 微纳信息光子技术研究所, 北京市朝阳区平乐园100号数理楼, 100124
金、银、铜等贵金属的纳米结构都具有表面等离激元共振效应, 在表面增强拉曼散射(SERS)和光催化领域具有重要的应用价值。合金纳米颗粒有望兼具多种金属的优点, 赋予金属纳米颗粒更多优良品质。本论文中, 我们通过改进“Brust”法, 成功合成了直径1~5 nm的Au1Ag1和Au1Cu1合金纳米颗粒, 所制备的合金纳米颗粒在空气中具有良好的稳定性, 并在有机溶剂中具有良好的溶解性。利用溶液法组装的Au1Ag1和Au1Cu1合金SERS基底, 分别对532 nm和785 nm的激发光表现出良好SERS性能。相同条件下, Au1Ag1基底比Au基底对R6G探针分子的拉曼信号强度提高了2~4倍, 表现出良好的SERS活性。Au1Cu1合金基底则比Au1Ag1合金和Au基底表现出更强的光催化活性, 在光催化领域表现出潜在的应用价值。
表面增强拉曼散射(SERS) 金-银合金纳米颗粒 金-铜合金纳米颗粒 合金SERS基底 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Gold-silver alloy nanoparticles Gold-copper alloy nanoparticles Alloy SERS substrate
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210942
1 江苏中科院智能科学技术应用研究院, 江苏 常州 213000
2 英诺激光科技股份有限公司, 广东 深圳 518000
纯铜及铜合金由于具有良好的导热性、导电性、延展性等特点, 受到工业界广泛的认可和应用。本论文基于532 nm纳秒脉冲激光, 初步探索了若干脉冲激光加工参数(如：平均功率、扫描速度、光斑尺寸等)对纯铜及铜合金成型的影响, 并通过优化的加工参数, 打印样品以验证532 nm纳秒脉冲激光3D打印纯铜及铜合金的可行性。
激光加工 纳秒脉冲 3D打印 纯铜 铜合金 laser processing nanosecond pulse 3D printing pure copper copper alloy
1 上海工程技术大学材料工程学院, 上海 201620
2 上海市高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心, 上海 201620
利用激光熔覆技术, 在铜合金表面制备了两种Ni-Ti-Si复合涂层, 测试并分析了涂层的组成、微观组织和摩擦磨损性能。结果表明, 在Ni-15Ti-15Si涂层（涂层1）中主要形成了枝晶状的TiSi、TiSi/TiNi3共晶和γ-Ni相, 而在Ni-35Ti-15Si涂层（涂层2）中主要形成了黑色树枝状的Ti2Ni3Si强化相和白色带状的Ti2Ni相; 涂层2的平均显微硬度值为涂层1的1.3倍, 约为铜基体的9.5倍; 室温环境下涂层2的平均摩擦系数约为0.54, 较铜基体的摩擦系数降低了35%, 因此具有优异的耐磨性。
激光技术 激光熔覆 铜合金 Ni-Ti-Si涂层 耐磨性 中国激光
2017, 44(11): 1102002
1 上海工程技术大学材料工程学院, 上海 201620
2 上海市高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心, 上海 201620
以铝包镍(KF-6)和TiB2为熔覆材料, 利用激光熔覆技术在铜合金(Cr-Zr-Cu)表面制备出了以KF-6为过渡层,以TiB2增强镍基复合涂层为强化层的梯度涂层。研究结果表明, 熔覆粉末中TiB2含量不同, 其在强化层中的组织形态存在明显差异; 强化层的平均硬度介于1150~1450 HV之间; 当TiB2质量分数为10%时, 梯度涂层具有最小的磨损率; 当TiB2质量分数为30%时, 梯度涂层具有较为平稳的摩擦系数(约为0.4); 处于基体和强化层之间的过渡层, 能有效减弱强化层与基体之间成份和硬度的突变, 使梯度涂层的成分及硬度平滑过渡。
激光技术 激光熔覆 铜合金 铝包镍 梯度涂层
1 激光先进制造技术湖北省重点实验室， 湖北 武汉 430223
2 武汉华工激光工程有限责任公司， 湖北 武汉 430223
对3 mm厚的C18000铜合金板分别进行了激光焊接和激光填丝焊接研究，重点分析了焊缝的组织、成分和力学性能。结果表明，直接采用激光焊接时，焊缝出现了晶粒长大的现象，显微硬度为90 HV，强度仅为313 MPa；采用ERNiCu-7焊丝进行激光填丝焊时，焊缝内Ni的质量分数自上而下从31%降至10%，焊缝组织为单相固溶体，显微硬度提高到130~180 HV，强度提高到391 MPa，性能优于直接激光焊接的。
激光技术 激光焊接 光纤激光填丝焊接 C18000铜合金 组织 力学性能 激光与光电子学进展
2017, 54(7): 071405
为进一步提高CuAl10 合金激光熔覆层的耐蚀性能，研究添加不同质量分数的Ni对CuAl10 熔覆层组织及性能的影响。采用HPDL-D30半导体激光设备，用同步送粉的方式在316L不锈钢基体表面进行激光熔覆。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析，并使用显微硬度计进行硬度分析和电化学工作站进行耐蚀性能分析。研究结果表明：添加Ni元素的铜合金熔覆层与基体金属冶金结合，组织分布均匀；添加Ni能显著提高激光熔覆层的耐蚀性能，随着Ni含量的增加，其耐蚀性呈增强趋势，Ni质量分数为6.0%时，耐蚀性能达到最优；未添加Ni元素的熔覆层物相主要以α - Cu，α - Fe，AlFe3，Cu9Al4 组成，添加Ni元素的熔覆层物相主要由α -Cu，α -(Cu,Ni)，AlCu3，Cu9Al4组成。
激光技术 激光熔覆 铜合金 微观组织 Ni)相 耐蚀性能
1 淮阴工学院机械工程学院江苏省数字化制造技术重点建设实验室, 江苏 淮安 223003
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为研究铜合金薄板的脉冲激光弯曲成形工艺, 基于 Taguchi方法对单道单次扫描成形 V形件的工艺进行了正交试验设计。以弯曲角为响应目标, 以望大特性的信噪比评估弯曲角的品质特性, 得到了最佳工艺参数组合: 激光功率 P为 24W, 扫描速率淄为 500 mm/min, 离焦量 L为 4 mm, 实验测得弯曲角为 1.362毅。在成形 V形件的实验基础上采用多道多次扫描方式进行了预定曲率半径的圆弧曲面成形实验。依据扫描次数与弯曲角之间的关系规划了扫描路径和扫描次数, 实验结果与预设目标有较好的一致性; 半路径扫描比全路径扫描更能得到理想的变形效果和表面质量。实验中发现, 因铜合金薄板热传导率高、厚度小, 激光扫描时上下表面的温度梯度不太明显, 成形机理以屈曲机理为主。
激光技术 脉冲激光弯曲成形 Taguchi方法 铜合金 工艺参数优化 laser technique pulsed laser bending Taguchi method copper alloy parameter optimization
