太阳能驱动的两步热化学循环二氧化碳裂解反应活性材料的热力学与第一性原理评价

来源 :无机材料学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:erdanws
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太阳能驱动两步热化学循环裂解二氧化碳可制备碳中性燃料,为替代化石燃料、缓解全球变暖提供了技术途径.新型活性材料的开发对该技术非常重要.已有研究通常采用能量描述符(材料生成焓或氧空位生成能)评价候选材料,忽略了材料熵的重要性.本研究采用活性材料的熵和生成焓的组合作为描述符,提出评价准则,开展材料可行性的热力学分析.结果表明,活性材料应兼具较大的正的熵变与较小的生成焓变.在此基础上,本研究以氧化铈和钐掺杂的氧化铈为例,发展了基于第一性原理的活性材料熵和生成焓的计算方法,为新型材料的筛选与开发提供基础.计算结果揭示了极化子振动熵以及氧空位和极化子构型熵对活性材料熵变的贡献.“,”Carbon-neutral fuel production by solar-driven two-step thermochemical carbon dioxide splitting provides an alternative to fossil fuels as well as mitigates global warming. The success of this technology relies on the advancements of redox materials. Despite the recognition of the entropic effect, usually energy descriptors (enthalpy of formation or energy of oxygen-vacancy formation) were used for computational assessment of material candidates. Here, in the first step, the criteria was derived based on the combination of solid-state change of entropy and formation enthalpy, and was used to thermodynamically assess the viability of material candidates. In the thermodynamic map, a triangular region, featuring large positive solid-state changes of entropy and small enough solid-state changes of formation enthalpy, was found for qualified candidates. Next, a first-principles DFT+U method was presented to fast and reasonably predict the solid-state changes of entropy and formation enthalpy of candidate redox materials, exemplified for pure and Samaria-doped ceria, so that new redox materials can be added to the thermodynamic map. All above results highlight the entropic contributions from polaron-defect vibrational entropy as well as ionic (oxygen vacancies) and electronic (polarons) configurational entropy.
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目前钠离子电池采用的有机电解液存在易燃易爆等安全隐患,迫切需要开发高性能的固体电解质材料.其中NASICON型Na3Zr2Si2PO12电解质具有宽电化学窗口、高机械强度、对空气稳定、高离子电导率等优点,应用前景广阔.但已有研究的陶瓷生坯由于黏结剂包覆不均匀导致生坯内部气孔较多,难以烧成高致密、高离子电导的陶瓷电解质.本研究采用喷雾干燥法,在Na3Zr2Si2PO12颗粒表面均匀包覆黏结剂的同时对颗粒进行球形造粒,实现颗粒接近正态分布的粒度级配,从而有效提高了颗粒间接触、降低了陶瓷坯体的孔隙率.制备的Na
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小麻柳尾矿库2号拦泥坝修建在覆盖层地基上,虽然坝高较低,但是由于软基上重力坝工程经验不多,其坝体工作性态及抗滑稳定安全性需引起重视.运用有限元分析方法对小麻柳尾矿库2号拦泥坝开展计算分析,分别从地基变形、坝体应力与变形、重力坝整体稳定性等方面进行研究,分析了该软基上重力坝的工作性态及特征,并探讨了该坝的抗滑稳定安全性.研究分析结果表明:采取宽厚、较对称的坝体剖面,并在坝体底部设置垫层,有效地减小了地基压力,坝基面上的应力分布较均匀,除坝踵、坝趾局部以外坝基面竖直向应力较低,约为0.2 MPa,地基不均匀沉
全固态薄膜锂电池(TFLB)是理想的微电子系统电源.目前报道的固态非晶电解质存在离子电导率偏低的问题,限制了TFLB性能的提升.本工作采用磁控溅射法制备了一种新型非晶锂硅氧氮(LiSiON)薄膜用作TFLB的固态电解质.结果表明,优化制备条件后的LiSiON薄膜具有6.3×10–6 S·cm–1的高离子电导率以及超过5 V的宽电压窗口,适合作为TFLB的电解质.在LiSiON薄膜电解质的基础上,本工作构建了MoO3/LiSiON/Li TFLB并获得高的比容量(50 mA·g–1下282 mAh·g–1)