Bakrov kromit, kemijska formula je CuCr2O4, CAS 12053-18-8. Je temno zelen prah s poliedrično kristalno strukturo. V skladu z različnimi metodami priprave in površinskimi modifikacijami ima lahko tudi različne velikosti in oblike delcev, kot so sferični, šesterokotni stebrasti ali paličasti itd. Je odličen električni in toplotni prevodnik. Ker vsebuje baker, lahko učinkovito prevaja elektriko in toploto. Pravzaprav ima pomembne aplikacije v elektroniki in hladilni opremi. Topnost v vodi in večini organskih topil je zelo nizka. Ta omejitev topnosti daje izdelku odlično stabilnost in možnost ponovne uporabe v katalizatorskih aplikacijah. Je antiferomagnetni material. Ko je postavljen v zunanje magnetno polje, se njegovi magnetni momenti poravnajo v nasprotni smeri zunanjega magnetnega polja. Zaradi tega magnetizma ima izdelek posebne učinke pri uporabi katalizatorjev. Je anorganska kovinska spojina. Ta spojina se pogosto uporablja v kemični industriji kot katalizator. Kot katalizator je bil široko uporabljen, izjemno visoko uporabno vrednost pa je pokazal tudi na področju elektronike, trdih zlitin, hladilne opreme, gorivnih celic, optičnega stekla in pigmentov. Te uporabe ne odražajo samo odličnih fizikalnih lastnosti izdelka v številnih vidikih, ampak tudi ponazarjajo njegove široke možnosti uporabe.
|
|
|
Bakrov kromit(kemijska formula CuCr2O4 ali Cu2Cr2O5), kot kovinski oksid spinelnega tipa, igra nenadomestljivo vlogo na področju letalstva zaradi svoje edinstvene kristalne strukture (bakrovi ioni zasedajo tetraedrične praznine, kromovi ioni so porazdeljeni v oktaedrične praznine) in odlične toplotne stabilnosti, kemične stabilnosti in katalitične aktivnosti. Njegova uporaba poteka skozi številne ključne povezave, kot so raketni motorji, raketni pogonski sistemi, toplotna zaščita vesoljskih plovil, shranjevanje in pretvorba energije, in je postal ključni material za spodbujanje prebojev v vesoljski tehnologiji.
1. Osnovne funkcije in mehanizmi delovanja
Je eden najpomembnejših katalizatorjev hitrosti zgorevanja v kompozitnih trdnih pogonskih gorivih. Njegovi kovinski delci imajo visoko specifično površino in površinsko energijo, kar lahko bistveno izboljša stopnjo zgorevanja pogonskih goriv, hkrati pa zmanjša indeks tlaka (občutljivost hitrosti zgorevanja na spremembe tlaka), kar omogoča motorju, da vzdržuje stabilno zgorevanje v širokem območju tlaka. Raziskave so pokazale, da velikost delcev pomembno vpliva na delovanje pogonskih goriv:
Zmanjšanje velikosti delcev lahko zniža aktivacijsko energijo razgradnje pri nizkih-temperaturah, poveča reakcijsko hitrost razgradnje pri visokih-temperaturah, s čimer izboljša-hitrost zgorevanja pri visokem{2}}tlaku in zmanjša indeks tlaka. Na primer, ko se velikost delcev oksobakra zmanjša z mikrometrske na nanometrsko raven, se lahko hitrost gorenja pogonskega goriva poveča za 15 % -20 %, indeks tlaka v visokotlačnem delu pa se lahko zmanjša za 0,2-0,3.
2. Optimizacija formule in sinergijski učinki
Za nadaljnje izboljšanje učinkovitosti se pogosto uporablja v kombinaciji z drugimi katalizatorji stopnje zgorevanja, kot so železovi oksidi in ogljikove nanocevke. Na primer, v kompozitnih pogonskih sredstvih HTPB (hidroksilni terminirani polibutadien) lahko mešanje oksobakra in ferocena v razmerju 3:1 poveča hitrost gorenja za 25 %, medtem ko vzdržuje indeks tlaka pod 0,5. Poleg tega je treba njegovo porazdelitev velikosti delcev strogo nadzorovati: premajhna velikost delcev lahko zlahka povzroči aglomeracijo in vpliva na disperzibilnost; Če je velikost delcev prevelika, se bo katalitska učinkovitost zmanjšala. Oksobakrov prah z enotno velikostjo delcev je mogoče pripraviti s sušenjem z razprševanjem, krogličnim mletjem in drugimi postopki, da se zagotovi njegova enakomerna porazdelitev v pogonskem sredstvu.
3. Tipični primeri uporabe
Raketni motor: V trdnih ojačevalnikih raket serije Long March služi kot glavni katalizator hitrosti zgorevanja, ki omogoča, da hitrost zgorevanja pogonskega goriva doseže 8–12 mm/s (atmosferski tlak), kar izpolnjuje zahteve glede visokega potiska med vzletom rakete.
Pogonski sistem rakete: V motorju tretje stopnje določene vrste balistične rakete, v kombinaciji s kompozitnim katalizatorjem natrijev borohidrid, lahko pogonsko gorivo vzdržuje hitrost gorenja 6-8 mm/s v vakuumskem okolju, kar zagotavlja, da raketa natančno zadene tarčo.
1. Visoka temperaturna stabilnost in antioksidativna aktivnost
When spacecraft re-enter the atmosphere, the surface temperature can exceed 2000 ℃, and traditional materials are prone to failure due to oxidation. It can maintain structural stability even at high temperatures (>1500 stopinj) in gosta plast kromovega oksida (Cr ₂ O3), oblikovana na njegovi površini, lahko učinkovito prepreči prepustnost kisika in podaljša življenjsko dobo materiala. Na primer, v sistemu toplotne zaščite povratne kapsule lahko prevleka podaljša čas temperaturne odpornosti materiala s 120 sekund na 180 sekund, kar zagotavlja jamstvo za varen pristanek vesoljskega plovila.
2. Odpornost na toplotne udarce in učinek proti lupljenju
When spacecraft rapidly pass through the atmosphere, the surface temperature changes sharply (Δ T>1000 stopinj/s), kar lahko zlahka povzroči luščenje premaza. Z optimizacijo kristalne strukture (kot je zmanjšanje velikosti zrn in povečanje gostote meja zrn) je mogoče znatno izboljšati učinkovitost termičnega šoka. Poskusi so pokazali, da posebej obdelanabakrov kromitpremaz ohranja več kot 95 % oprijem po 20 termičnih ciklih (2000 stopinj → sobna temperatura), kar je veliko bolje od tradicionalnih premazov iz aluminijevega oksida (oprijem pade na 70 %).
3. Tipični scenariji uporabe
Toplotna zaščitna ploščica za povratno kapsulo: V povratni kapsuli vesoljskega plovila serije Shenzhou je oksobakrov premaz nanesen na ključne dele (kot so dno in stranske stene) v kombinaciji s kompozitnim materialom s keramično matriko-ojačenim s silicijevimi karbidnimi vlakni (C/SiC), da se tvori gradientna toplotna zaščitna struktura, ki omogoča, da povratna kapsula prenese največji toplotni tok gostota 50MW/m².
Hypersonic aircraft nose cone: At the nose cone of a certain type of hypersonic aircraft (speed>5 Mach), lahko kompozitna prevleka iz zlitine na osnovi volframa prenese visoke temperature 2200 stopinj, medtem ko ohranja površinsko hrapavost Ra<0.8 μ m, reducing aerodynamic heating losses.
Energetski sistem vesoljskega plovila: 'Core Hub' za shranjevanje in pretvorbo energije
1. Materiali za elektrode gorivnih celic
V gorivnih celicah s trdnim oksidom (SOFC) se lahko uporablja kot katodni material, njegova spinelna struktura pa zagotavlja obilo kisikovih prostih mest, kar spodbuja kinetiko reakcije redukcije kisika (ORR). Raziskave so pokazale, da je polarizacijski upor katod na osnovi oksobakra pri 800 stopinjah le 0,1 Ω· cm², kar je 67 % nižje od tradicionalnih katod na osnovi kobalta (0,3 Ω· cm²), kar bistveno izboljša gostoto izhodne moči baterije (z 0,5 W/cm² na 0,8 W/cm²).
2. Shranjevanje in pretvorba vodikove energije
Ima več aplikacij na področju vodikove energije:
Fotokatalitska proizvodnja vodika: S fotokatalitsko reakcijo cepitve vode (2H ₂ O → 2H ₂+O ₂) lahko katalizator doseže 4,2-odstotno učinkovitost pretvorbe solarne vodikove energije pri obsevanju z ultravijolično svetlobo, kar je 133 % več od tradicionalnega katalizatorja TiO ₂ (1,8 %).
Reformacija alkohola za proizvodnjo vodika: V reakciji parne reformacije metanola (CH ∝ OH+H ₂ O → 3H ₂+CO ₂) lahko oksobakrovi katalizatorji (kot je CuCr ₂ O ₄/Al ₂ O ∝) dosežejo stopnjo pretvorbe metanola 98 % in selektivnost vodika več kot 95 %, kar zagotavlja stabilen vir vodika za gorivne celice vesoljskih plovil.
3. Tipični primeri uporabe
Lunarni bazni energijski sistem: V Nasinem predlaganem načrtu lunine baze se fotokatalitska naprava na osnovi oksobakra uporablja za proizvodnjo vodika iz sončne svetlobe lunine površine v kombinaciji z gorivnimi celicami za doseganje 24-urne neprekinjene oskrbe z električno energijo. Posamezen sistem lahko proizvede do 10 kg vodika na dan, kar zadosti dnevnim potrebam treh astronavtov.
Oskrba z energijo za rover Mars: Na roverju za Mars "Perseverance" je bil oksobakrov katalizator uporabljen za pomožni energetski sistem termoelektričnega generatorja z radioaktivnimi izotopi (RTG), ki zagotavlja rezervno napajanje za rover z reformiranjem metanola za proizvodnjo vodika, kar je podaljšalo življenjsko dobo misije na 14 let.
1. Katalizator za čiščenje izpušnih plinov
CO ₂, sledi hlapnih organskih spojin (HOS), ki nastanejo pri dihanju astronavtov, in NOx, ki jih oddaja oprema v zaprti kabini vesoljskega plovila, je treba očistiti v realnem času. Katalizatorji lahko učinkovito katalizirajo oksidacijo teh onesnaževal pri nizkih temperaturah (50-100 stopinj):
Oksidacija CO: Pod delovanjem kompozitnega katalizatorja CuCr ₂ O ₄/CeO ₂ se lahko CO popolnoma pretvori v CO ₂ pri 80 stopinjah, s hitrostjo reakcije 0,5 mol/(g · h).
Odstranjevanje VOC: Za tipične HOS, kot sta formaldehid in benzen, stopnja mineralizacije oksobakrovega katalizatorja presega 99 %, s čimer se izognemo sekundarnemu onesnaženju.
2. Materiali za pripravo vode
V sistemu vodnega cikla vesoljskih plovil se lahko uporablja kot adsorbent za odstranjevanje ionov težkih kovin (kot je Hg²⁺, Pb²⁺) in organskih onesnaževal. Skupine Cr OH s pozitivnimi naboji na površini lahko zajamejo ione težkih kovin z elektrostatično adsorpcijo in kompleksiranjem, z adsorpcijsko zmogljivostjo 120 mg/g (Hg ² ⁺), kar je 140 % več kot aktivno oglje (50 mg/g).
3. Tipični scenariji uporabe
Sistem za vzdrževanje življenja na Mednarodni vesoljski postaji: V sistemu za regeneracijo kisika na Mednarodni vesoljski postaji lahko katalizatorska postelja neprekinjeno deluje več kot 5000 ur in zmanjša koncentracijo CO ₂ s 10000 ppm na manj kot 100 ppm, medtem ko pridobi 95 % kisika.
Enota za obdelavo vode na lunarni bazi: V Nasinem programu lunarne baze,bakrov kromitadsorpcijske kolone se uporabljajo za obdelavo astronavtskega urina in kondenzata, kakovost iztoka pa ustreza standardom NASA (skupni organski ogljik<0.1mg/L, no heavy metals detected).
Obeti v prihodnosti: Prelomne aplikacije na nastajajočih področjih
1. Nano oksobaker in kvantna tehnologija
Z nadzorovanjem pogojev sinteze (kot je solvotermalna metoda, šablonska metoda) oksobakrove kvantne pike z velikostjo delcev<10nm can be prepared. Its quantum confinement effect can significantly enhance catalytic activity and optical performance:
Kvantno računalništvo: kvantne pike lahko služijo kot kandidatni materiali za kvantne bite, z življenjsko dobo vrtenja v območju milisekund, kar zagotavlja možnosti za gradnjo-kvantnih računalnikov v trdnem stanju.
Fotokatalitsko izboljšanje: Absorpcijski koeficient nano oksobakra v območju vidne svetlobe je 5-krat višji od koeficienta razsutega materiala, fotokatalitska učinkovitost proizvodnje vodika pa lahko doseže 8 %, kar se približuje komercialnemu pragu (10 %).
3. Biokompatibilnost in vesoljska medicina
Raziskave so pokazale, da imajo površinsko spremenjeni oksobakrovi nanodelci (kot je prevlečeni s polietilen glikolom) dobro biokompatibilnost in se lahko uporabljajo kot nosilci zdravil ali biosenzorji:
Spremljanje zdravja astronavtov: senzorji na osnovi oksobakra lahko zaznajo presnovke, kot sta glukoza in laktat, v telesnih tekočinah astronavtov v realnem času, z občutljivostjo na ravni pM.
Zaščita pred sevanjem: oksobakrovi nanodelci lahko absorbirajo visoko{0}}energijske delce v kozmičnih žarkih, s čimer zmanjšajo poškodbe DNK astronavtov in povečajo učinkovitost zaščite za 30 % v primerjavi s tradicionalno svinčeno zaščito.
2. 3D tiskanje in izdelava po meri
S kombiniranjem tehnologije 3D-tiskanja, kot je selektivno lasersko sintranje (SLS), je mogoče neposredno pripraviti zapletene strukturne komponente na osnovi oksobakra (kot so zgorevalne komore in toplotno zaščitne ploščice), s čimer se doseže "integracija proizvodnje dizajna". Na primer, kompozitni materiali iz oksobakra/poliimida, ki jih tiska SLS, imajo 40 % nižjo gostoto od tradicionalnih ulitkov, medtem ko ohranjajo 90 % mehanskih lastnosti.
Je pomemben katalizator, ki se pogosto uporablja v kemični industriji.
1. Metoda kemičnega ko-obarjanja:
Kemično ko-obarjanje je pogosto uporabljena metoda za pripravo izdelka. Ta metoda zahteva ko-obarjanje Cu(NO3)2·6H2O in Cr (NO3)3·9H2O pod kombiniranim delovanjem klorovodikove kisline in vode z amoniakom, nato pa izdelek pražimo pri približno 500 stopinjah, da dobimo čistobakrov kromit. Sintezna metoda ima visoko natančnost in enostavno nadzorovanje reakcijskih pogojev, zato je razmeroma pogosta v praktičnih aplikacijah.
2. Sol-metoda:
Sol-gel metoda je metoda za sintezo produkta z reakcijo raztopine. Ta metoda mora dodati CuSO4 in NH4CrO4 v deionizirano vodo in nato uporabite NH4OH ali NaOH za prilagoditev pH, da nastane koloidna raztopina. Koloidna raztopina bo uparjena do suhega, da se tvori gel, nato pa obdelana pri temperaturi kalcinacije približno 600 stopinj, da končno dobimo čisti produkt. V primerjavi z drugimi sintetičnimi metodami ima ta metoda prednosti natančnega nadzora velikosti delcev, kristalne strukture itd., zato se pogosto uporablja v praktičnih aplikacijah.
Z eno besedo, sintetizirati ga je mogoče z različnimi metodami, kot so metoda kemične koprecipitacije, metoda sol-gela, metoda plinske reakcije, ultrazvočna-metoda sinteze in metoda šablone. Različne sintetične metode imajo svoje značilnosti in prednosti, zato je mogoče izbrati ustrezno sintetično metodo glede na specifične potrebe.
|
Kemijska formula |
CrCuO3 |
|
Natančna masa |
163 |
|
Molekulska teža |
164 |
|
m/z |
163 (100.0%), 165 (44.6%), 164 (11.3%), 161 (5.2%), 166 (5.1%), 165 (2.8%), 163 (2.3%), 167 (1.3%) |
|
Elementarna analiza |
Cr 31,79; Cu 38,86; O, 29.35 |
Je dvojni kovinski oksid in značilnosti njegove molekularne strukture so velikega pomena za njegovo katalitično delovanje in uporabo.
Oksobaker spada med dvojne kovinske okside, njegova molekularna struktura je zapletena in obstaja veliko struktur. Najpogostejši je CuCr2O4kristalno zgradbo, njeni mrežni parametri so a=8.105Å, c=8.924Å, spada v kubični kristalni sistem, prostorska skupina pa je Fd-3m. CuCr2O4kristalna struktura je sestavljena iz Cu2+ in Cr3+ ioni razporejeni izmenično, vsak Cu2+ion koordinira s šestimi Cr3+ioni in vsak Cr3+ion koordinira s štirimi Cu2+ioni in dva O2-ioni.
V kristalni strukturi CuCr2O4 je povprečna dolžina vezi Cu2+ionov je 0,2077nm, povprečna dolžina vezi Cr3+ionov je 0,2130 nm, povprečna dolžina vezi pa O2-ionov je 0,1379 nm. Zaradi razlike v ionskem polmeru v CuCr2O4kristalne strukture, obstaja več koordinacijskih geometrijskih izomerov, kot so trigonalna faza, tetragonalna faza, oktaedrična faza in dodekaedrska faza. Ti različni koordinacijski geometrijski izomeri lahko vplivajo na lastnosti in uporabo izdelka.
Njegova molekularna struktura je tesno povezana z njegovimi fizikalnimi lastnostmi. Je črn prah z visoko toplotno stabilnostjo in kemično odpornostjo. Zaradi svoje posebne kristalne strukture ima dobro električno prevodnost in magnetizem ter se pogosto uporablja v nekaterih elektronskih komponentah in magnetnih materialih. Poleg tega ima določeno toplotno občutljivost, njegov koeficient toplotnega raztezanja pa je mogoče prilagoditi s spreminjanjem njegove kristalne strukture.
Zaradi kompleksne molekularne strukture ima določene adsorpcijske lastnosti. Študije so pokazale, da ima dobro katalitično aktivnost in selektivnost ter se lahko pogosto uporablja kot pomemben katalizator v različnih kemičnih reakcijah. Pogosto se uporablja v reakcijah organske sinteze, kot so oksidacija, hidroksilacija, hidrogenacija in druge reakcije. Njegov katalitični učinek se v glavnem izvaja z aktivnimi centri, ki jih tvori Cu2+in Cr3+ ioni na površinskih kisikovih prostih mestih. Poleg tega ima tudi določene adsorpcijske lastnosti, ki lahko adsorbirajo nekatere majhne molekularne snovi, kot sta plin in voda.
Na koncu, kot dvojni kovinski oksid,bakrov kromitMolekularna struktura je zelo pomembna za njegovo katalitično delovanje in uporabo. Kristalna struktura produkta c je zapletena, obstaja več koordinacijskih geometrijskih izomerov, njegove fizikalne lastnosti so dobre, ima visoko toplotno stabilnost in kemično odpornost, njegova katalitična aktivnost in selektivnost v kemičnih reakcijah pa potekata predvsem preko površinskih aktivnih centrov, ki jih tvori Cu2+in Cr3+ioni na prostih mestih kisika se realizirajo.
Priljubljena oznake: bakrov kromit cas 12053-18-8, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, trgovina na debelo, nakup, cena, v razsutem stanju, za prodajo