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金属的氢脆及其产生机制

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上海金属 2023年第5期45卷 1-16页

作者：李星国北京大学化学与分子工程学院北京100871 北京大学稀土材料化学及其应用国家重点实验室北京100871 北京分子科学国家研究中心北京100871

综述了氢脆的种类,氢在金属中存在的状态,氢脆的机制,钢铁、铝及其合金、钛及其合金、陶瓷等材料的氢脆行为,金属充氢的方法,高温高压氢环境中发生的设备事故实例,金属氢脆的预防措施等。

关键词：氢氢脆机制预防措施

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纳米氧化铈的缺陷化学及其在多相催化中作用的研究进展

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中国稀土学报 2020年第3期38卷 326-344,I0002页

作者：袁堃张亚文北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家研究中心稀土材料化学及应用国家重点实验室北京100871

纳米氧化铈由于其独特的晶体结构和可逆的+3/+4变价能力而有着丰富的晶体缺陷,使其具有优良的储放氧能力,对很多反应都有着很好的催化作用。首先从列举纳米氧化铈的缺陷种类出发,介绍缺陷的引入方法及表征手段,接着从热催化、电催化、... 详细信息

纳米氧化铈由于其独特的晶体结构和可逆的+3/+4变价能力而有着丰富的晶体缺陷,使其具有优良的储放氧能力,对很多反应都有着很好的催化作用。首先从列举纳米氧化铈的缺陷种类出发,介绍缺陷的引入方法及表征手段,接着从热催化、电催化、光催化三个方面选取一些重要的反应,对氧化铈的缺陷化学及其在多相催化中对催化反应性的调控机制进行总结,旨在通过梳理氧化铈的缺陷化学在多相催化中的作用来为设计更高效的催化剂提供借鉴意义,最后对氧化铈缺陷化学研究中存在的问题和未来的研究方向进行了展望。

关键词：纳米氧化铈氧缺陷热催化电催化光催化

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高性能双金属氧化物负极的理性设计及储锂特性

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物理化学学报 2025年第3期41卷 26-38页

作者：林学宇王瑞琦董武杰黄富强北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家研究中心稀土材料化学与应用国家重点实验室中国科学院大学化学工程学院中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室

高能量密度、高功率密度的“双高”锂离子电池（LIBs）的实现依赖于创新突破高容量、高倍率及长循环寿命电极材料。插入型负极，以d0过渡金属氧化物为代表，含有强金属-氧键，表现出高循环稳定性和高倍率性能。然而，由于金属离子变价... 详细信息

高能量密度、高功率密度的“双高”锂离子电池（LIBs）的实现依赖于创新突破高容量、高倍率及长循环寿命电极材料。插入型负极，以d0过渡金属氧化物为代表，含有强金属-氧键，表现出高循环稳定性和高倍率性能。然而，由于金属离子变价较少，其比容量相对较低。转化-合金型负极，以p区金属氧化物为代表，具备高理论比容量，但嵌锂过程中的相团聚和体积膨胀易导致容量快速衰减和倍率性能不佳。通过引入插入型或转化型功能基元构建双金属氧化物负极，可以优化电极中的电子/离子传导，从而改善循环性能和倍率性能，有望实现负极材料高容量、高倍率及长循环的统一。本文通过对各类金属氧化物中的化学键及电子结构特征进行分析，并提出一种新的图示表达方式，将负极锂离子插脱嵌的电化学反应储能过程表达为态密度（DOS）图示。文章阐述了双金属氧化物负极的多步储锂机制，并结合近期相关研究进展，为发展高容量、高倍率及高稳定的双金属化合物负极提供理论参考和实践依据。

关键词：锂离子电池负极材料双金属化合物储锂机制

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稀土金属的非传统氧化态化学

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中国科学：化学 2020年第11期50卷 1504-1559页

作者：王怡黄闻亮北京分子科学国家研究中心稀土材料化学及应用国家重点实验室化学与分子工程学院北京大学北京100871

按照传统观点,除了二价铕、镱、钐与四价铈之外,稀土金属(钪、钇和镧系元素)在化合物中主要呈正三价,这限制了稀土金属参与氧化还原过程的可能.因此,拓展稀土金属的氧化态、合成非传统氧化态的稀土金属配合物既是合成化学家一直以来追... 详细信息

按照传统观点,除了二价铕、镱、钐与四价铈之外,稀土金属(钪、钇和镧系元素)在化合物中主要呈正三价,这限制了稀土金属参与氧化还原过程的可能.因此,拓展稀土金属的氧化态、合成非传统氧化态的稀土金属配合物既是合成化学家一直以来追寻的目标,也是发展稀土金属介导的氧化还原化学的基础.近年来这一领域取得了重大的突破与进展,除了放射性的钷,所有稀土金属的二价分子配合物都被成功制备,而铽和镨的四价分子配合物也首次被合成.合理的配体设计对于稳定稀土金属的非传统氧化态至关重要,而且对其电子结构与成键性质的研究,进一步揭示了配体场对于稀土金属的电子构型有着不可忽视的影响.在本综述中,我们首先对稀土金属的电子构型进行分析,然后在此基础上介绍了近年来稀土金属的非传统氧化态化学的主要进展.综述涵盖了气相、固相、溶液相与分子配合物等体系,侧重于非传统氧化态的稀土分子配合物的合成与表征.在总结文献的基础上,我们阐述了这一领域的进展对于稀土基础理论与应用的重大意义,并对这一领域未来的发展做出了展望.

关键词：稀土金属氧化态分子配合物电子结构配体设计

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高性能贵金属/氧化铈纳米催化材料的控制合成、性能调控及应用的研究进展

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中国科学：化学 2020年第11期50卷 1600-1618页

作者：张茜张亚文北京分子科学国家研究中心北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室北京大学化学与分子工程学院北京100871

贵金属由于其独特的物理化学性质而被广泛应用于多个领域,但是其在地壳中储量较低、价格昂贵、单一组分易于团聚和烧结等缺点限制了其大规模催化应用.通过构建金属合金纳米晶和贵金属负载型催化剂可以有效解决上述问题.本文系统概述了... 详细信息

贵金属由于其独特的物理化学性质而被广泛应用于多个领域,但是其在地壳中储量较低、价格昂贵、单一组分易于团聚和烧结等缺点限制了其大规模催化应用.通过构建金属合金纳米晶和贵金属负载型催化剂可以有效解决上述问题.本文系统概述了贵金属/氧化铈纳米催化材料的控制合成和性能调控,结合本课题组的相关研究工作,主要介绍了特定形貌和纳米结构的双金属/三金属纳米催化剂和贵金属-氧化铈负载型催化剂的控制合成、结构对性能的影响以及它们在催化领域的应用进展.最后展望了关于贵金属/氧化铈纳米催化材料的前沿研究的发展前景.

关键词：贵金属氧化铈控制合成催化性能

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锕系元素的非寻常氧化态化学Ⅰ.气相、固相和水溶液

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核化学与放射化学 2020年第6期42卷 443-464页

作者：邓翀苏一茂黄闻亮北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家研究中心稀土材料化学及应用国家重点实验室放射化学与辐射化学重点学科实验室北京100871

锕系元素在化合物中通常表现出比镧系元素更丰富的变价和更强的成键能力。前锕系元素(锕至镅)拥有较丰富的氧化还原化学,它们在化学反应中可以失去全部或大部分价电子。后锕系元素(锔至铹)则主要以正三价存在于化合物中,表现出与镧系元... 详细信息

锕系元素在化合物中通常表现出比镧系元素更丰富的变价和更强的成键能力。前锕系元素(锕至镅)拥有较丰富的氧化还原化学,它们在化学反应中可以失去全部或大部分价电子。后锕系元素(锔至铹)则主要以正三价存在于化合物中,表现出与镧系元素相似的化学性质。进一步拓宽锕系元素的氧化态、发展锕系元素的氧化还原化学一直是合成化学家追求的目标。本综述将首先对锕系元素的电子构型进行分析,并对“非寻常氧化态”进行界定。然后,介绍锕系元素的非寻常氧化态化学的发展历史与最新进展。作为系列综述的第一部分,将重点介绍气相、固相和水溶液中锕系元素的非寻常氧化态化学。在总结文献的基础上,将归纳这一领域研究的特点与难点,阐述其对于锕系元素基础理论与核科学发展的重大意义。

关键词：锕系元素氧化态非分子化合物电子结构

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质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展

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中国科学：化学 2021年第8期51卷 1018-1028页

作者：冯利利汤思遥陈越李栓李彤岩李星国中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 北京大学化学与分子工程学院稀土材料化学及应用国家重点实验室北京分子科学国家研究中心北京100871 北京华胜信安电子科技发展有限公司北京100085

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件之一,其质量的好坏直接决定电池堆输出功率的大小和使用寿命的长短.金属双极板因具有优异的力学性能和导电性能,成为当前PEMFC双极板研究中关注的焦点.但是,纯金属双极板在质子交换膜燃料... 详细信息

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件之一,其质量的好坏直接决定电池堆输出功率的大小和使用寿命的长短.金属双极板因具有优异的力学性能和导电性能,成为当前PEMFC双极板研究中关注的焦点.但是,纯金属双极板在质子交换膜燃料电池环境中易受腐蚀,金属板腐蚀后,释放出可能毒害催化剂的金属离子,或形成可增加界面接触电阻的致密氧化膜,影响燃料电池的输出功率和使用寿命,对金属双极板进行表面改性可以有效解决上述问题.本文首先概述了双极板的种类、优缺点;然后,系统总结了金属双极板表面改性涂层的制备方法、性能与最新研究进展,主要涉及金属基涂层、碳基涂层和导电聚合物涂层;最后分析了改性涂层国产商业化面临的挑战及国内外产业化现状,从成本和寿命出发展望了金属双极板表面改性的发展方向.

关键词：质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性金属基涂层碳基涂层

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串级萃取理论和稀土分离技术的发展趋势及相关进展

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中国科学：化学 2020年第11期50卷 1730-1736页

作者：廖春生程福祥吴声严纯华五矿(北京)稀土研究院有限公司北京100085 北京大学化学与分子工程学院稀土材料化学及应用国家重点实验室北京分子科学中心北京100871

稀土被誉为"新材料宝库".我国是稀土资源大国,稀土萃取分离理论和技术也处世界领先水平.近20年来,为适应环境友好和智能生产要求,我国的稀土萃取分离技术呈现了连续色层化、超高纯化、控制自动化和联动一体化等发展趋势和特点... 详细信息

稀土被誉为"新材料宝库".我国是稀土资源大国,稀土萃取分离理论和技术也处世界领先水平.近20年来,为适应环境友好和智能生产要求,我国的稀土萃取分离技术呈现了连续色层化、超高纯化、控制自动化和联动一体化等发展趋势和特点.联动萃取工艺的引入使萃取分离流程达到了连续离子交换色层法效果.萃取过程中交叉污染成因分析和控制技术的发展拓展了萃取分离提纯极限.基于全流程仿真优化设计专家系统的稀土分离自动控制可有力保障分离产品的质量稳定.萃取分离与相关工序的联动一体化是进一步提升稀土分离绿色化的新思路.本文结合作者多年来的研究工作,从分离流程的连续色层化、分离产品的超高纯化、分离过程控制的自动化和分离工序的联动一体化几个方面介绍了串级萃取理论和稀土分离技术的发展趋势及相关进展.

关键词：串级萃取理论稀土分离超高纯稀土自动控制联动一体化

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氢冶金研发及发展动态

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金属材料与冶金工程 2022年第1期50卷 40-46页

作者：李星国欧阳明智彭泽清北京大学化学与分子工程学院稀土材料化学及其应用国家重点实验室北京分子科学国家研究中心北京100871 中国铁路武汉局集团有限公司湖北武汉430071

钢铁生产是利用炭对矿石氧化物还原的过程,是温室气体及其它污染物排放的一个主要来源。氢气是一种无污染、来源广、效率高、还原性好的气体,氢冶金这种以氢气还原取代碳还原的新型冶炼方法可以摆脱对焦炭资源的依赖,并能大量减少CO_(2... 详细信息

钢铁生产是利用炭对矿石氧化物还原的过程,是温室气体及其它污染物排放的一个主要来源。氢气是一种无污染、来源广、效率高、还原性好的气体,氢冶金这种以氢气还原取代碳还原的新型冶炼方法可以摆脱对焦炭资源的依赖,并能大量减少CO_(2)的排放,成为了一个新发展方向。本文对氢冶金的重要性、氢,气直接还原铁、直接还原铁机理和特点、直接还原铁的性能、高炉氢冶金、混氢冶金、全氢冶金、氢冶金的问题进行了分析和介绍。我们相信复冶金的发展既可以实现传统的钢铁冶炼技术的转型升级和节能减排,同时也能促进大规模的氢气使用,推动氢能产业的发展。

关键词：氢冶金直接还原铁高炉氢冶金混氢冶金全氢冶金

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单壁碳纳米管的双水相分离

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中国科学：化学 2020年第11期50卷 1619-1636页

作者：吕敏李彦北京大学深圳研究院深圳518057 北京分子科学国家研究中心纳米器件物理与化学教育部重点实验室稀土材料化学及应用国家重点实验室北京大学化学与分子工程学院北京100871 深港产学研基地深圳518057

单壁碳纳米管的本征性质由其手性决定,高性能器件、成像等应用均要求使用性质一致的碳纳米管,而商业化样品通常是由各种不同手性的单壁纳米管组成的混合物,因此,需要对其进行分离.双水相分离法作为一种分离单壁碳纳米管的新兴技术,分离... 详细信息

单壁碳纳米管的本征性质由其手性决定,高性能器件、成像等应用均要求使用性质一致的碳纳米管,而商业化样品通常是由各种不同手性的单壁纳米管组成的混合物,因此,需要对其进行分离.双水相分离法作为一种分离单壁碳纳米管的新兴技术,分离结果稳定可靠,不需要复杂的设备,具有简捷、高效、易扩大规模的特点.本文重点介绍了表面活性剂-碳纳米管和DNA-碳纳米管的双水相分离,通过讨论表面活性剂浓度、盐浓度、p H等分离条件对分离的影响,分析单壁碳纳米管的双水相分离机理.本文还比较了表面活性剂-碳纳米管和DNA-碳纳米管双水相分离的特点并对未来碳纳米管双水相分离领域可能的研究方向进行了探讨.

关键词：单壁碳纳米管双水相分离手性

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