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固体氧化物燃料电池Pr_(1+x)Ba_(1-x)Fe_(2)O_(5+δ)阴极材料的制备及电化学性能研究

无机材料学报 2025年第4期40卷 363-371,I0001-I0004页

作者：薛柯蔡长焜谢满意李舒婷安胜利内蒙古科技大学稀土产业学院(稀土工程技术学院) 包头014010 内蒙古科技大学内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室包头014010 内蒙古科技大学轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室包头014010

PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)技术最有前途的阴极材料之一。虽然,PBF的极化面电阻(ASR)与Co基阴极材料相近,但电子电导率低了一个数量级。针对此问题,目前已报道了各种掺杂优化策略。本研究用过量Pr替换PB... 详细信息

PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)技术最有前途的阴极材料之一。虽然,PBF的极化面电阻(ASR)与Co基阴极材料相近,但电子电导率低了一个数量级。针对此问题,目前已报道了各种掺杂优化策略。本研究用过量Pr替换PBF中的Ba,采用溶胶-凝胶法成功合成了PBF和Pr_(1+x)Ba_(1-x)Fe_(2)O_(5+δ)(PBFx,x=0.01、0.02、0.04)材料,并评价了其作为IT-SOFC阴极的电化学性能。结果表明,x=0.01时,过量Pr进入PBF的晶格间隙;x≥0.02时,过量0.01(摩尔分数)的Pr进入间隙位置,其余过量Pr置换PBF中的Ba。在650~800℃范围内,Pr过量提高了PBF的电导率,其中,PBF0.01的电导率最高,达到109.21 S·cm^(-1),提高了76%,这是由于Pr过量使电子传输路径缩短。而且,Pr过量使阴极产生的晶格应变和晶格位错密度降低了氧还原反应(ORR)活性,导致ASR略微增加。最终,本研究制备的Ni-SDC|SDC|PBF_(0.01)(SDC:Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ))单电池的峰值功率密度比PBF器件提高了49%,表明Pr过量可以显著提升阴极材料的电化学性能。

关键词：固体氧化物燃料电池 PrBaFe_(2)O_(5+δ) 阴极电化学性能

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硫酸钙晶须表面无机磷酸三钠-有机硬脂酸复合改性

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 3063-3073页

作者：吴锦绣张一鸣马玉龙柳召刚胡艳宏张晓伟李健飞冯福山内蒙古科技大学稀土产业学院内蒙古包头014010 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区稀土湿法冶金与轻稀土应用重点实验室内蒙古包头014010

聚合物中天然橡胶(NR)的填充补强剂主要是炭黑等材料,炭黑等会在生产过程中造成大量的碳排放,因此可将硫酸钙晶须(CSW)作为新型补强剂应用到橡胶复合材料中替代炭黑。硫酸钙晶须表面是亲水性的,与有机基体相容性较差,本工作首先使用稀... 详细信息

聚合物中天然橡胶(NR)的填充补强剂主要是炭黑等材料,炭黑等会在生产过程中造成大量的碳排放,因此可将硫酸钙晶须(CSW)作为新型补强剂应用到橡胶复合材料中替代炭黑。硫酸钙晶须表面是亲水性的,与有机基体相容性较差,本工作首先使用稀土石膏作为原材料制备硫酸钙晶须,然后采用无机磷酸三钠-有机硬脂酸对晶须表面进行改性。重点优化改性温度、时间和改性剂用量等工艺条件对改性效果的影响,实现了CSW稳定性和疏水性。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Fourier红外光谱、热重-差示量热分析和X射线光电子能谱等检测手段进行表征分析。结果表明:CSW加入量为20.00 g/L,硬脂酸加入量为CSW的6%,改性时间为15 min,改性温度为80℃和0.02 mol/L磷酸三钠为最佳改性工艺条件。改性后最佳产物的接触角达到104.23°,修饰层实现纳米级,其厚度为121.26 nm。改性机理为磷酸三钠在晶须表面生成CaHPO_(3)和Ca(OH)_(2),然后其与硬脂酸发生键合反应,生成C_(17)H_(35)COO-Ca-表面层。该改性工艺实现了CSW的疏水性,为纤维型晶须在NR中的应用提供了实验和理论基础。

关键词：稀土石膏硫酸钙晶须表面复合改性改性机理

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基于仿真软件对ZG30CrMnSiMoVTi钢热处理工艺优化与验证

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金属热处理 2024年第12期49卷 262-267页

作者：赵胜培程军胡宇王川杰赵凌波内蒙古科技大学稀土产业学院轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010

为解决低合金耐磨钢塑韧性不足的问题,利用JmatPro和ANSYS软件对ZG30CrMnSiMoVTi钢的淬火-回火(Q-T)工艺进行优化改善。采用金相显微观察、硬度测试、冲击和拉伸等试验手段研究了试验钢在两种热处理工艺下的组织和性能。结果表明,通过对... 详细信息

为解决低合金耐磨钢塑韧性不足的问题,利用JmatPro和ANSYS软件对ZG30CrMnSiMoVTi钢的淬火-回火(Q-T)工艺进行优化改善。采用金相显微观察、硬度测试、冲击和拉伸等试验手段研究了试验钢在两种热处理工艺下的组织和性能。结果表明,通过对?60 mm×250 mm的钢件模拟分析,得到水淬时间10 s、空淬时间8 s、循环3次的水-空交替循环控制冷却+回火工艺可以作为优化后的热处理工艺。对于从心部到表面的平均硬度,Q-T处理后的49.75 HRC和循环3次后的46 HRC相差不大,但循环3次+回火后的不同位置的硬度更均匀。与Q-T处理的试样相比,水-空循环冷却3次+回火后试样的抗拉强度由1246.3 MPa提升至1551.7 MPa,屈服强度由1038.6 MPa提升至1293.1 MPa,断后伸长率由10.5%提升至12.6%,冲击吸收能量由17.7 J提升至29.1 J。与Q-T处理试样相比,水淬时间10 s、空淬时间8 s、循环3次+回火后试样的组织更加均匀,其硬度分布更均匀,且抗拉强度、屈服强度和冲击吸收能量等都有一定幅度的提升。

关键词： JmatPro软件 ANSYS软件低合金耐磨钢 Q-T热处理水-空交替循环控制冷却+回火工艺

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水-空交替循环控时淬火对低合金钢组织与性能的影响

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金属热处理 2024年第11期49卷 155-160页

作者：王川杰程军胡宇赵凌波赵胜培内蒙古科技大学、稀土产业学院、轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010

针对低合金耐磨钢ZG30CrMnSiMoVTi经淬火-配分(Q-P)处理后组织分布不均匀的问题,采用水-空交替循环控时淬火(ATQ)工艺进行热处理,通过模拟计算分析了不同条件下试验钢的冷却曲线,确定了ATQ处理工艺细节。借助OM、SEM、EDS、洛氏硬度计... 详细信息

针对低合金耐磨钢ZG30CrMnSiMoVTi经淬火-配分(Q-P)处理后组织分布不均匀的问题,采用水-空交替循环控时淬火(ATQ)工艺进行热处理,通过模拟计算分析了不同条件下试验钢的冷却曲线,确定了ATQ处理工艺细节。借助OM、SEM、EDS、洛氏硬度计、冲击试验机和拉伸试验机对不同循环次数下ATQ处理试验钢的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,经过ATQ处理的试验钢中出现了大量的马氏体和少量的贝氏体组织。经过ATQ循环3次的试验钢的组织分布最为均匀,贝氏体含量最多,而且力学性能最优。ATQ循环3次的试验钢的平均洛氏硬度为46.45 HRC,冲击吸收能量为29.1 J,抗拉强度为1551.69 MPa,屈服强度为1293.07 MPa,断后伸长率为12.6%。

关键词：水-空交替控时淬火低合金耐磨钢组织性能

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锂离子电池富锂层状正极材料Li-Ni-Mn-O应变机理研究

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化学学报 2025年第2期83卷 101-109页

作者：刘继洪祝佳鹏张旭张纪阳黄超洋贾桂霄安胜利内蒙古科技大学材料科学与工程学院、内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室、轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室(内蒙古科技大学) 包头014010 内蒙古科技大学稀土产业学院包头014010

富锂层状氧化物(LLOs)中Li_(2)MnO_(3)畴的聚集和晶格释氧导致了严重的容量/电压衰减,阻碍了其商业化应用.本工作设计了Co渗透(LNCMO-P)和未渗透(LNCMO-n P) Li_(1.17)Ni_(0.165)Co_(0.165)Mn0.5O_(2)两种模型,使用第一性原理计算方法... 详细信息

富锂层状氧化物(LLOs)中Li_(2)MnO_(3)畴的聚集和晶格释氧导致了严重的容量/电压衰减,阻碍了其商业化应用.本工作设计了Co渗透(LNCMO-P)和未渗透(LNCMO-n P) Li_(1.17)Ni_(0.165)Co_(0.165)Mn0.5O_(2)两种模型,使用第一性原理计算方法研究了Co渗透对氧化过程、脱锂结构及结构稳定性和晶格畸变的影响.研究结果表明,通过调控氧空位浓度可将Co渗透到Li_(2)MnO_(3)相.Co渗透缓解了Li_(2)MnO_(3)与LiTMO_(2)两相应力畸变,抑制了由不均匀的电化学活动和结构演变产生的晶格应变.Co的渗透激活了界面氧参与电荷补偿,分散了氧的氧化,分担了Li-O-Li构型中氧的氧化压力,改善由于晶格氧过度氧化面临不可逆氧气析出的问题.此外Ni—O强共价键引起了高自旋Co电子态出现,缓减了充电引起的体积膨胀.本工作为设计具有高性能结构稳定的富锂正极材料提供了理论基础.

关键词：富锂层状氧化物 Li2MnO3相 Co渗透应力第一性原理计算

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白云鄂博矿选冶固废烧结法制备微晶玻璃研究

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硅酸盐通报 2024年第4期43卷 1284-1291页

作者：翟飞龙王艺慈张云昊吕智智安胜利柴轶凡罗果萍内蒙古科技大学轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室包头014010 内蒙古科技大学稀土产业学院包头014010

为了更好地综合利用白云鄂博矿选冶固废,本文以白云鄂博萤石尾矿和包钢高炉渣为主要原料,采用一步烧结法研究了不同原料配比对制备微晶玻璃的影响。采用DSC、XRD、SEM、万能试验机、多道γ能谱仪进行表征分析,研究了不同原料配比对制备... 详细信息

为了更好地综合利用白云鄂博矿选冶固废,本文以白云鄂博萤石尾矿和包钢高炉渣为主要原料,采用一步烧结法研究了不同原料配比对制备微晶玻璃的影响。采用DSC、XRD、SEM、万能试验机、多道γ能谱仪进行表征分析,研究了不同原料配比对制备微晶玻璃的影响。结果表明:不同原料配比时,微晶玻璃主晶相为斜辉石、透辉石、鳞石英;随着萤石尾矿和高炉渣质量配比的增加,微晶玻璃颜色逐渐加深,且抗折强度先升高后降低,再升高再降低;当萤石尾矿和高炉渣质量配比为5∶5时,微晶玻璃抗折强度最高,达到76.85 MPa,主晶相为斜辉石和透辉石,晶粒大小均匀,排列规则;当萤石尾矿与高炉渣质量配比为2∶8时,微晶玻璃产品符合B类装饰装修材料标准,当萤石尾矿与高炉渣质量配比为3∶7、5∶5、6∶4时,微晶玻璃产品符合C类装饰装修材料标准。

关键词：微晶玻璃白云鄂博矿选冶固废烧结法放射性

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钕铁硼及含铈钕铁硼废料高温氧化过程异同性研究

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中国稀土学报 2025年

作者：王祥繁辛文彬邓永春闫帅张婧姜银举内蒙古科技大学稀土产业学院(稀土工程技术学院) 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室(内蒙古科技大学)

当前，氧化焙烧-盐酸优溶法为回收稀土磁体废料工业化、规模化的方法。随着含铈钕铁硼的产量逐年增长，其废料的回收工作也不容忽视。本研究聚焦NdFeB和CeFeB两类典型磁体废料，着重从氧化焙烧的角度分析两种类型废料氧化特性的差异性... 详细信息

当前，氧化焙烧-盐酸优溶法为回收稀土磁体废料工业化、规模化的方法。随着含铈钕铁硼的产量逐年增长，其废料的回收工作也不容忽视。本研究聚焦NdFeB和CeFeB两类典型磁体废料，着重从氧化焙烧的角度分析两种类型废料氧化特性的差异性。块状磁体的热重挂丝法等温氧化实验表明，500～900℃范围内的相同温度下氧化4h时，含铈NdFeB和NdFeB两类磁体的等温氧化动力学规律均符合Ginstling-Brounshtein未反应核模型；但含铈NdFeB的氧化增重率要高于NdFeB块状磁体且前者的氧化反应表观活化能要低于后者。差热-热重（TG-DTA）分析表明，含铈NdFeB粉状废料完全氧化的温度要低于NdFeB粉状废料。粉状废料的实际氧化实验表明，在600～900℃范围下焙烧4h时，含铈NdFeB粉状废料氧化增重率要高于NdFeB，但这两者增重率的差值随着氧化温度的提高而减少。XRD物相分析表明，随着氧化温度由600℃升高至900℃，两类粉状废料中NdFeO3的衍射峰逐渐增强；但对于含铈NdFeB粉状废料，此温度范围内均含有CeO2型的物相类型，同时800℃下含铈NdFeB粉状废料可明显检测到NdBO3，低于NdFeB粉状废料中的900℃。本实验结果为理解钕铁硼和含铈钕铁硼氧化焙烧物相种类的不同进而影响后续优溶过程提供理论支撑。

关键词：含铈钕铁硼高温氧化 CeO 氧化速率物相演变

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湿法工艺回收钕铁硼废料的研究现状及发展方向

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湿法冶金 2025年第2期44卷 133-142页

作者：王晓东张晓伟郭峰李健飞邓楚璇王双内蒙古科技大学稀土产业学院内蒙古包头014010 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010

钕铁硼在生产加工过程中,有超过30%的稀土金属转移到废料中,导致钕铁硼废料未能得到有效利用,而随着新能源汽车行业的快速发展,钕铁硼废料的绿色回收已成为该领域的研究热点。综述了目前国内外回收钕铁硼废料的湿法工艺研究现状,包括酸... 详细信息

钕铁硼在生产加工过程中,有超过30%的稀土金属转移到废料中,导致钕铁硼废料未能得到有效利用,而随着新能源汽车行业的快速发展,钕铁硼废料的绿色回收已成为该领域的研究热点。综述了目前国内外回收钕铁硼废料的湿法工艺研究现状,包括酸浸法、沉淀法、溶剂萃取法、碱分解法、离子液体回收法、水解法及微生物分解法等多种方法的原理及优缺点,同时指出了当前研究面临的技术难点,最后提出了未来钕铁硼废料回收利用的主要研究方向,为稀土资源二次利用提供有价值的参考。

关键词：钕铁硼废料稀土湿法回收研究现状发展方向

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稀土抗菌材料研究进展

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化工新型材料 2025年

作者：范君昌吴锦绣柳召刚胡艳宏张晓伟李健飞冯福山内蒙古科技大学稀土产业学院轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古自治区稀土湿法冶金与轻稀土应用重点实验室

抗菌材料对防止感染传播、预防疾病传播、减少抗生素耐药性及保障医疗环境安全具有重要意义，抗菌材料也是维护公共健康、环境清洁、保护医疗和食品行业安全的重要支持，但目前抗菌材料面临环境适应性、细菌抗性、成本及抗菌效果可持续... 详细信息

抗菌材料对防止感染传播、预防疾病传播、减少抗生素耐药性及保障医疗环境安全具有重要意义，抗菌材料也是维护公共健康、环境清洁、保护医疗和食品行业安全的重要支持，但目前抗菌材料面临环境适应性、细菌抗性、成本及抗菌效果可持续性等挑战。因此，需要不断研发新型抗菌材料以应对挑战。稀土复合抗菌材料比传统抗菌剂具有高效广谱、长效稳定、安全环保的显著优势。综述了稀土抗菌材料的研究进展及其发展趋势，对稀土抗菌材料的抗菌机理进行了归纳和总结，最后介绍了稀土抗菌材料在医疗卫生、食品加工、环保等方面的应用。

关键词：稀土抗菌材料抗菌机理应用

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Ce-MOFS/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及其光催化二氧化碳还原制一氧化碳研究

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功能材料 2025年第1期56卷 1171-1178页

作者：张辉孙懿辉吕妍安胜利郭瑞华王瑞芬内蒙古科技大学稀土产业学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古科技大学轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010

以硝酸铈和尿素为原料,1,3,5苯三甲酸为配体,采用简单的静电自组装法合成了铈金属有机框架(Ce-BTC)和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))的复合材料(Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)),用于二氧化碳还原制一氧化碳的研究,并探索Ce-BTC的复合对g-C_(3)N_(4)... 详细信息

以硝酸铈和尿素为原料,1,3,5苯三甲酸为配体,采用简单的静电自组装法合成了铈金属有机框架(Ce-BTC)和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))的复合材料(Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)),用于二氧化碳还原制一氧化碳的研究,并探索Ce-BTC的复合对g-C_(3)N_(4)性能的影响机制。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱、阻抗、光电流测试和CO_(2)还原性能测试对复合材料的结构、形貌、光电学性能及催化性能进行研究。结果表明Ce-BTC与g-C_(3)N_(4)的复合可能使得g-C_(3)N_(4)层间距发生改变,在细化晶体颗粒的同时提高样品比表面积,使复合样品获得更高的可见光捕获能力且载流子的分离效率更高;在仅加入1 mL H2O作为质子提供源的前提下,Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)-3拥有最优光催化性能。CO产率为19.02μmol/(h·g),是g-C_(3)N_(4)的2.25倍,循环测试后催化性能基本保持稳定。

关键词：二氧化碳还原 Ce-BTC 石墨相氮化碳复合光催化材料

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