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含缺陷位金属有机骨架材料的研究进展

含缺陷位金属有机骨架材料的研究进展
含缺陷位金属有机骨架材料的研究进展

Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2018, 7(2), 64-69

Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/b0449770.html,/journal/japc

https://https://www.doczj.com/doc/b0449770.html,/10.12677/japc.2018.72008

Recent Research Progresses on Defective

Metal-Organic Frameworks

Rongfei Du, Jieyu Wu, Yanghe Fu*

Institution of Advanced Fluorine-Containing Materials, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang

Received: Apr. 26th, 2018; accepted: May 11th, 2018; published: May 18th, 2018

Abstract

Metal-organic frameworks (MOFs), as a new type of porous coordination polymers, continue to receive abundant attention since their first synthesis about two decades ago. The few recent stu-dies of defective MOFs have focused either on the nature of defect inclusion itself or on how de-fects influence their physicochemical properties such as catalytic activity and guest sorption. This paper focused on the recent research process and the problems of structural defects in MOFs, which have a well-established role in enhancing and controlling the properties of materials.

Meanwhile, the developing trends of this method were also prospected.

Keywords

Structural Defects, Metal-Organic Frameworks, Porosity, Stability, Acidity

含缺陷位金属有机骨架材料的研究进展

杜荣飞,吴结宇,傅仰河*

浙江师范大学含氟新材料研究所,浙江金华

收稿日期:2018年4月26日;录用日期:2018年5月11日;发布日期:2018年5月18日

摘要

金属有机骨架材料(MOFs)作为一种新型的多孔配位聚合物,在近二十年已经被大量研究工作者研究。目前研究表明缺陷位会存在于多种MOFs材料中,含缺陷位的MOFs材料的理化性质与完美晶体相比有明显的不同。本文重点阐述了缺陷位对MOFs材料的孔道结构、热稳定性和材料酸性的影响,并对其发展趋*通讯作者。

杜荣飞等势作了展望。

关键词

缺陷位,金属有机骨架材料,孔隙率,稳定性,酸性

Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

https://www.doczj.com/doc/b0449770.html,/licenses/by/4.0/

1. 引言

金属有机骨架材料,(Metal Organic Frameworks,MOFs),是近二十年来发展迅速的一种多孔材料。MOFs主要是由金属离子或金属氧簇和有机配体通过自组装的方式,以金属或金属氧簇作为顶点,通过刚性或半刚性的有机配体连接而成。与传统的多孔材料分子筛相比,MOFs具有孔道可调控,表面官能团易修饰等特点。自从1995年,Yaghi课题组报道了第一种MOF材料[1],数年后Yaghi利用Zn作为金属中心,报道了一种三维结构的MOF材料,即MOF-5 [2]。科研工作者在之后的研究工作中相继报道了大量MOFs材料,并且金属中心也从最开始的过渡金属向主族金属Al [3],甚至到贵金属Ru上发展[4]。这也就进一步的拓展了MOFs材料的应用前景。由于MOFs材料具有规整的孔道结构以及较大的比表面积,目前发现其具有一定的应用价值,如:气体的吸附分离[5],染料降解[6],药物载体[7]以及多相催化[8]等方面。

晶体缺陷(crystal defects)是指晶体内部结构完整性受到破坏的所在位置。在MOFs材料的合成过程中,控制合成的条件,比如加入小分子的羧酸,改变晶化温度或晶化时间等条件可以调控材料形成缺陷位。MOFs材料的缺陷位,目前普遍认为是因为有机配体或金属中心缺失[9]。相较于完美晶体,含有缺陷位的MOFs具有更大的比表面积,更高的孔容孔隙率和更优良的催化效应[10]。缺陷位存在于MOFs骨架中,会使得材料孔道中的自由体积增加。更大的孔道自由体积直接导致材料的孔容孔隙率的提升,最大可达0.99 cm3/g。[11]缺陷位的存在也会导致材料的密度降低,最终导致材料的比表面积上升,且最大的BET比表面积可以达到1777 m2/g[9]。更多的缺陷位存在于MOFs材料中会导致材料存在局部的不饱和配位。由于缺陷位的存在,材料中的金属位点会更容易暴露在孔道中,使其更容易与客体分子接触。MOFs 材料的金属中心是很多催化反应的活性中心,作为Lewis酸中心的金属位点,形成缺陷位之后,由于其局部配位不饱和增强了其L酸性。更强的L酸性对一些反应的活性有着促进作用,如:芳香醇氧化成对应的芳香醛[12]。

目前,针对MOFs材料的缺陷位的研究尚处在起步阶段。本文从孔道结构,热稳定性和酸性三个方面阐述了缺陷位的引入对MOFs材料的性质的影响。总结综述了关于MOFs材料缺陷位的研究成果,并对其未来的研究方向做出了展望。

2. 缺陷位的存在对MOFs材料孔道的影响

2013年,Zhou课题组首次报道,利用乙酸作为晶体调节剂可以诱导Zr基UiO-66形成缺陷位[11]。并且,Zhou通过表征说明,平均每个晶胞单元有一个有机配体的缺失。随着醋酸的使用量的增加,材料的比表面积以及孔体积均逐渐递增。随着缺陷位的增加,材料的光学性质也发生了一定的变化,从白色向黄色过渡,最终呈现为淡棕色。2016年,Lillerud课题组利用几种有机单齿羧酸作为晶体调节剂,同

杜荣飞等

样得到了含有缺陷位的UiO-66材料[9]。

Lillerud课题组发现,不同的一元羧酸作为晶体调节剂的时候,有机羧酸的酸性越强,并且合成过程中加入的量越多,则会导致合成的材料拥有更大的比表面积[9]。当材料中存在缺陷位,无论是有机配体还是金属中心的缺失都会使得MOFs材料的孔体积和比表面积增加。缺陷位的存在会导致MOFs材料原本规整的孔道中存在局部且少量的无序部分,从而BET比表面积有所提高。孔体积的提高会使得含有缺陷位的MOFs材料相比于无缺陷位的材料能够吸附更多的客体小分子。Zhou课题组的研究表明,UiO-66材料在使用不同量的醋酸作为晶体调节剂,比表面积从1090 m2/g逐渐增加到1617 m2/g,孔体积也从0.44 cm3/g增加到0.99 cm3/g [11]。Alessandro课题组通过研究Zr基的MOF-808在合成过程中使用小分子羧酸对缺陷位的调节[10]。Alessandro课题组使用甲酸,乙酸和丙酸分别作为晶体调节剂加入到合成体系中。

这些小分子的一元羧酸均可以起到诱导材料形成缺陷位的作用。随着碳链的增长,材料的比表面积以及比孔容是逐渐递减。一元羧酸诱导形成的缺陷位,本身作为“配体”会补偿缺陷空位,当其碳链越长,则MOFs材料的孔道中的自由空间则越少,从而会导致材料的BET比表面积和孔体积的下降。

完美晶体的MOFs材料的有机配体大多为多元羧酸。在MOFs材料的合成过程,与金属中心自组装形成三维的网状结构。MOFs材料的金属中心的配位数是固定的,对于UiO-66系列材料而言,每个Zr-O 簇的周围有12个对苯二甲酸配位连接,每个对苯二甲酸的连接有两个Zr-O簇。在一个结构单元中,对苯二甲酸分子缺失,为了保持金属中心的十二配位结构,晶体调节剂的小分子羧酸会取代对苯二甲酸的空位,从而与金属中心配位。原本完美晶体中的有机配体被小分子的羧酸取代,从而导致材料具有更大的比表面积和孔容孔隙率。使用有机羧酸来诱导MOFs材料形成缺陷位,这在小范围上改变了材料的孔道结构和局部化学环境,从而使材料对氮气有更高的吸附量。氮气作为惰性分子,在MOFs材料的孔道表面吸附作用与一些活性分子的选择性强吸附不同,如:H2O和CO2等[12]。2016年,Babarao课题组发现,HCl和FA(formic acid)作为晶体调节剂可以诱导UiO-66形成缺陷位,并且含有缺陷位的UiO-66材料对CO2和H2O表现出不同的吸附性质[13]。氮气吸脱附结果表明,晶体调节剂的使用会诱导材料形成缺陷位,并且随着晶体调节剂使用量的增加,材料的BET比表面积和孔体积逐渐递增,并且明显高于不使用晶体调节剂的UiO-66材料。但是,HCl和FA在诱导材料形成缺陷位时的作用机理是不同的,从而导致最终材料有不同的孔道结构。在298K,1 bar下的CO2吸附量,含有缺陷位的材料吸附量低于不含有缺陷位的,并且随着缺陷位的增加,CO2的吸附量呈现递减的趋势。当HCl作为晶体调节剂时,CO2的吸附量高于使用FA的样品。在高压下的CO2吸附量却明显不同,当CO2的压力达到35 bar时,298K 下其最大吸附量依次为d-UiO-66-05FA > d-UiO-66-2HCl > d-UiO-66-1FA > d-UiO-66-1HCl > d-UiO-66-2FA > d-UiO-66-0.5HCl > UiO-66。然而,CO2的等量吸附热却表现出不同的趋势。HCl作为晶体调节剂的样品的吸附热高于无缺陷的UiO-66的吸附热,这又高于FA作为晶体调节剂的样品。对于这样的趋势可能是因为:CO2在缺陷位点上的吸附作用强度不同所导致的。CO2与-OH或是-Cl的作用比与-OOCH的强。密度泛函理论计算(DFT calculation)结果证实了上述说法。DFT结果表明,CO2与Zr-O簇之间的结合能的大小顺序为:-OH > -Cl > 完美晶体> -OOCH。由于缺陷位的存在,材料中疏水的有机配体减少,取代有机配体的是小分子-OOCH,-OH等。这也就是使得含有缺陷位的材料更具有亲水性。

研究表明,含有缺陷位的材料具有更大的H2O吸附量,这取决于缺陷位的量,而不是缺陷位补偿基团。

3. 缺陷位的存在对材料的热稳定性的影响

当金属中心与有机配体之间的键断裂时,MOFs经历不可逆的热降解过程,且该过程伴随着有机配体的燃烧。因此,MOFs材料的热稳定性是金属中心与有机配体结合强度以及连接金属离子或簇的有机配体数量的结果。Zr基MOFs具有较强的金属-羧基键和高度的骨架连接性,这赋予了Zr基MOF材料较

杜荣飞等好的热稳定性。这表明[Zr6O4(OH)4]12+之间的有机配体缺失可能对热稳定性产生不利影响。2014年,

Lillerud课题组系统的阐述了UiO-66的热稳定性质[14]。他们使用HCl作为晶体调节剂,改变了合成温度和有机配体/金属投料配比,最后他们发现:缺陷位的数量与合成温度以及投料比相关。具体来说,在较低的合成温度以及较低的投料比时,合成的UiO-66材料具有更多的缺陷位。从TGA曲线上看,含有缺陷位的MOFs材料在受热后骨架结构坍塌,其质量损失较完美晶体的小。从热重图上可以看出,材料在723 K是骨架彻底坍塌,但是在不同温度处理之后的材料的PXRD图谱却是完全不一样的结果。

事实上,有更多缺陷位的UiO-66在523 K时会出现长程有序的质量损失,而无缺陷的样品完全保留了723 K的结晶度。此外,用溶剂反复洗涤有缺陷的UiO-66,会显著地影响材料的热稳定性。2016年,Lillerud课题组再次报道了使用单齿羧酸作为晶体调节剂诱导材料形成缺陷位[9]。事实证明,酸性最强的晶体调节剂二氟乙酸(DFA)和三氟乙酸(TFA)会诱导材料形成更多数量的缺陷位。这可能是由于在合成体系中存在大量的去质子的晶体调节剂分子,其可以更有效地与有机配体竞争。然而,有缺陷的MOF的热稳定性不如在合成中使用HCl时那样严重地受到影响,并且在623K以下不发生显着的结晶损失。

Goodwin课题组发现在UiO-66(Hf)中存在具有reo拓扑的相关的有缺陷的纳米区域之后,他们证明缺陷对骨架结构的热致密化和负热膨胀(NTE)有影响,并且这些参数是缺陷浓度的函数[15]。热致密化,即受热时晶胞的体积减小,这是在523K-623K之间去除补偿基团甲酸根的结果。缺陷位最多的样品比最少的观察到的效果大1%。所有样品在从623 K冷却到373 K时都经历NTE,尽管这种现象与缺陷位浓度呈反比。

4. 缺陷位的存在对材料的酸性的影响

MOFs材料中存在有Lewis酸性位点对材料的气体吸附性能以及催化活性是非常重要的[16]。

[Zr6O4(OH)4]12+簇在573K真空处理时容易发生脱羟基化,生成[Zr6O6]12+,此时每个Zr原子是七配位并具有路易斯酸性[17]。这样的Lewis酸性位点对羟醛缩合反应是有催化活性的[18]。有机配体上连有不同的官能团对L酸性以及反应的催化活性是有着不同的影响的。将缺陷位引入到MOF材料中是增加材料L 酸性位点的途径之一,并且这也主要应用于催化反应中[19]。

2013年的Vermoortele课题组报道了使用TFA作为晶体调节剂来诱导MOFs材料形成缺陷位[20]。在573 K真空下处理时除去TFA在簇上产生配位不饱和位点(CUS)。CUS作为L酸性位,其对催化转化香茅醛是有活性的。在合成过程中同时使用TFA和HCl,这对香茅醛的催化转化活性可以进一步提高。同时使用TFA和HCl有利于TFA补偿到金属氧簇上,从而产生更多的L酸性位。不久之后,旨在通过热力学深入研究缺陷位的形成及其催化活性影响的理论研究也取得了一定成果。Vandichel课题组报道了,在骨架结构中,用两个TFA基团取代一个有机配体合成是可行的,但其相较于完美晶体更加不稳定[21]。-Cl或-OH基团充当补偿基团时,它们的可接近性较差。这也就支持了TFA作为缺陷位补偿剂是更加合适的。文中还模拟了在593K和10?3 bar条件下脱除TFA,证实在这些条件下该方法是热力学有利的,并且同时将CUS留在金属氧簇上。

Br?nsted酸位点可用于催化,危险物质的选择性吸附和质子导电材料等应用[22]。然而,受限于大部分的MOFs材料的化学稳定性,MOFs材料的B酸的性质应用的研究还较少。由于Zr基MOFs出色的稳定性,它们也被认为是一种理想的引入B酸的MOFs载体。无缺陷的Zr-MOF由于在团簇中存在μ3-OH 基团而具有弱的B酸性质,但是通过产生缺陷可以引入额外的B酸位点。在完美的UiO-67样品上进行酸碱滴定实验,观察pH = 7.1时有一个化学计量点,pKa=3.44[23]。UiO-66缺陷样品的滴定曲线在pH = 5.44, 7.56和9.51显示出三个明显的拐点,分别对应于的pKa值为3.52,6.79和8.30。μ3-OH基团的pKa = 3.52,这与观察到的UiO-67的结果一致。另外两个对应的pKa值分别为Zr-OH2(6.79)和Zr-OH(8.30),质

杜荣飞等

子作为缺陷位置的补偿物质。同样,对于八配位的NU-1000和六配位的MOF-808也有相似的结果。基于该研究成果,Yaghi课题组推测Zr-MOFs也可以在酸催化反应中有活性,并且研究缺陷数目和它们对促进环氧化物开环反应的活性之间是否有关[24]。事实上,他们发现催化活性是缺陷数量的直接函数,MOF-808是性能最好的材料,符合更多有缺陷化合物的状态。

5. 总结与展望

利用一些小分子物质,如:HCl,DFA,TFA等可以在合成过程中诱导MOFs材料形成缺陷位。含有缺陷位的材料在BET比表面积和孔体积上均优于完美晶体。含有缺陷位的材料可以使得材料具有一些完美晶体所不具备的性质,拓展了合成过程中MOFs材料性质的修饰途径,使得带有缺陷位的MOFs材料可以在气体吸附分离,催化等领域具有不一样的性质。在特定物质的选择吸附和调节催化活性上,含有缺陷位的MOFs材料具有更好的实际应用前景和价值。

基金项目

浙江省自然科学基金(LY18B030006),国家自然科学基金(21303166)。

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(完整)人教版初三化学金属和金属材料专题

第八单元 金属和金属材料专题训练 专题一 金属活动性顺序及其应用 题型一 依据现象对几种金属活动性顺序的判断 1.X 、Y 都能与稀硫酸反应放出氢气而Z 不能;Y 能从X 的盐溶液中置换出X 。则他们的金属活动性顺序为( ) A .X>Y>(H)>Z B .Y>X>(H)>Z C .X>Z>(H)>Y D .Y>(H)>X>Z 2.将甲、乙两种金属片分别放入硫酸铜溶液中,甲表面析出铜,乙没明显现象,据此判断,三种金属活动性顺序是 A .甲>铜>乙 B .乙>铜>甲 C .铜>甲>乙 D .甲>乙>铜 3.金属Ni 、Mn 分别放入其他三种金属X 、Y 、Z 的盐溶液中,反应的结果和有无金属析出的情况如下表所示,他们的金属活动性由强到弱的顺序为( ) A .X Mn Y Ni Z B .Z Ni Y Mn X C .Z Mn Y Ni X D .X Mn Ni Y Z 4.X 、Y 、Z 、W 是四种不同的金属,为比较金属活动性强弱,某同学利用这四种金属单质、盐酸、Z 的硝酸盐、W 的硝酸盐进行有关实验。结果如下表(能发生置换反应的记为“√”不能反应的记为“—”无标记的表示未作实验)。这四种金属的活动性顺序为( ) A .X>W>Y>Z B .X>Y>W>Z C .W>X>Y>Z D .Y>W>Z>X 题型二 根据金属活动性顺序判断金属与化合物溶液反应后滤渣滤液的成分 5.在氧化铜和铁粉的混合物中加入一定量的稀硫酸,反应完全后滤出不溶物,再向滤液中加入一块薄铁,足够时间后,铁片上无任何变化。据此,你认为下列实验结论不正确的是( ) A .滤液中一定含有硫酸亚铁,不可能含有硫酸铜和硫酸 B .滤出的不溶物中有铜,也可能有铁 C .滤出的不溶物中一定有铜,但不可能有铁 D .如果滤出的不溶物有铁,则一定有铜 6.在氯化铜和氯化亚铁的混合溶液中加入一定量的镁粉,充分反应后过滤,向滤出的固体中滴加稀盐酸,没有气泡产生。下列判断正确的是( ) A .滤出的固体中一定含有铜,可能含有铁和镁 B .滤出的固体中一定含有铜,一定不含铁和镁 C .滤液中一定含有氯化镁和氯化亚铁,可能含有氯化铜 D .滤液中一定含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜 7.往AgNO 3和ZnSO 4的混合溶液中加入过量的铁粉,充分反应后过滤,则滤渣中一定存在的金属是( ) A .Ag 和Fe B .Ag C .Ag 、Fe 和Zn D .Ag 和Zn 8.化学兴趣小组对金牌中金属成分提出猜想。甲同学认为是由金银合金制成;乙同学认为是由黄铜(铜锌合金)制成。为了验证他们的猜想哪个可能正确,进行如下实验:取制造这种金牌的材料粉末少量,加入试剂X ,则X 不可以是下列试剂中的( ) A .硫酸锌溶液 B .盐酸 C .硫酸铜溶液 D .硝酸银溶液 9.已知铜铁均能与FeCl 3溶液反应,反应方程式分别为:Cu +2FeCl 3 2FeCl 2+CuCl 2,Fe + 2FeCl 33FeCl 2,现将一包铜、铁的混合粉末加入到盛有FeCl 3溶液的烧杯中,充分反应后烧杯中仍有少量固体,关于烧杯中物质组成的说法正确的是( ) A .溶液中一定含FeCl 3,固体一定是铁和铜 B .溶液中一定含FeCl 2,固体一定含铜 C .溶液中一定含FeCl 2、CuCl 2,固体一定含铜 D .溶液中一定含FeCl 2,固体一定是铁和铜 10.在Cu(NO 3)2、AgNO 3和Zn(NO 3)2的混合溶液中加入一定量的铁粉,充分反应后过滤,向滤出的固体中滴加稀硫酸,有气泡产生,则滤出的固体中一定含有 ,滤液中一定含有的溶质的化学式为 ,上述过程中所发生的有关反应的化学方程式为 (写出一个即可) 题型三 设计实验判断或验证金属活动性顺序 11.只用一种试剂就能一次判断金属锌、铜、银的活动性顺序,这种试剂是( ) A .氯化镁溶液 B .稀硫酸 C .硫酸铜溶液 D .硝酸银溶液 12.(1)早在西汉时期我们劳动人民就发明了“湿法炼铜”,请用化学方程式表示冶炼原理。 ;青铜器是一种合金,它属于 (填“混合物”或“纯净物”)

新材料概论金属材料及其合金的研究进展

新材料概论金属材料及其合金的研究进展

河南工程学院《新材料概论》考查课 专业论文 金属材料及其合金的研究进展 学生姓名: 学号:== 学院: 专业班级: 专业课程: 任课教师:

日 金属材料及其合金的研究进展 ) 摘要:金属是人们日常生活生产中最不可或缺的材料,更是人类社会进步的关键所在,本篇论文主要论述金属材料的种类、性能及在社会发展中的重要应用,并且展望金属材料在未的发展前景。 关键词:金属材料、镁合金、铝合金、记忆金属 金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。由两种或两种以上的金属,或金属与非金属,经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质称为合金。工业中广泛使用的金属材料是合金,金属材料中最常用的是钢铁、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金等。现代生产生活中种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 一、金属材料的分类 金属材料通常分为黑色金属和有色金属如图1所示 1、黑色金属又称钢铁材料,包括含铁90%以上的工业纯铁,含碳2%~4%的铸铁,含碳小于2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。 3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金,以及金属基复合材料等。[1]金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属,以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型,主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形

中考化学金属和金属材料专题

中考化学金属和金属材料专题 一、金属和金属材料选择题 1.X、Y、Z三种金属及化合物间发生如下化学反应:Y+ZCl2═Z+YCl2 X+ZCl2═Z+XCl2 Y+2HCl═YCl2+H2↑ X与稀盐酸不反应.则X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是() A.Z>Y>X B.X>Y>Z C.Y>X>Z D.Y>Z>X 【答案】C 【解析】 【详解】 由于Y+ZCl2═Z+YCl2,X+ZCl2═Z+XCl2,说明X和Y的活动性都比Z强;而 Y+2HCl═YCl2+H2↑,X与稀盐酸不反应,说明Y的活动性比X强,因此这三种金属的活动性由强到弱的顺序是Y>X>Z。 故选C 【点睛】 在金属活动性顺序中,只有氢前的金属才可以和稀酸溶液(除稀硝酸外)反应生成氢气,只有前面的金属可以把排在它后面的金属从盐溶液中置换出来,根据这一规律可以判断金属的活动性强弱。 2.下列图象能正确反映对应变化关系的是() Mg、Zn、Fe与稀盐酸反应等质量等质量分数的 盐酸与足量的镁粉、 锌粉 将铜片加入一定量 的硝酸银溶液中 向一定质量的氯化锌 和盐酸溶液中加入锌 粒 A.A B.B C.C D.D 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 A、根据可

知,每24份质量的镁生成2份质量的氢气,每65份质量的锌生成2份质量的氢气,每56份质量的铁会生成2份质量的氢气, Mg、Zn、Fe与稀盐酸反应时,生成等质量的氢气,需要的镁的质量最小,需要锌的质量最多,与图像不符,故A错误; B、根据可知,用等质量的相同质 量分数的盐酸分别与足量的镁粉和锌粉反应,最终生成的氢气的质量相等,镁的活动性强于锌,故对应的曲线是镁的比锌的斜率大,与图像相符,故B正确; C、根据可知,铜与硝酸银生成硝酸铜和银,每64份质量的 铜和硝酸银反应生成硝酸铜和216份质量的银,反应后固体质量会增大,不会减小,与图像不符,故C错误; D、往一定质量的ZnCl2和HC1溶液中加入锌粒,溶液的质量增加,当稀盐酸反应完全时,溶液的质量不再能增加,故D错误。故选B。 【点睛】 本题是一道图像坐标与化学知识相结合的综合题,解题的关键是结合所涉及的化学知识,正确分析各变化的过程,注意分析坐标轴表示的意义、曲线的起点、折点及变化趋势,确定正确的图像。 3.如图所示的四个图象,能正确反映对应变化关系的是() A.水的电解 B.木炭在密闭的容器内燃烧 C.加热一定量的高锰酸钾制氧气

金属有机骨架材料(MOFs)简介

金属—有机骨架(MOFs)材料代表了一类杂合的有机—无机超分子材料,是通过 有机桥联配体和无机的金属离子的结合构成的有序网络结构。MOFs 呈现出目前最高的 比表面积,最低的晶体密度以及可调节的孔尺寸和功能结构,使 MOFs 可以实现一些特 殊的应用,包括气体的存储和分离,催化以及药物缓释等。通过在有机配体中引入功能 基团或者利用 MOFs 作为主体环境引入活性组分,合成功能化的 MOFs 材料,可以大大 拓宽其应用范围。-华南理工-袁碧贞 金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks MOFs)材料是利用含氧、氮等多齿有机 配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构的一种类沸石材料 [1]。—华南理工-袁碧贞 MoF材料是由含氧!氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸和多碱)与过渡金 属离子自组装而成的配位聚合物,是一种比表面积大!孔隙率高!热稳定性好! 构型多样化的类沸石材料[22一],其发展历程大致可以分为三代12.]"如图1一1所示" 最早的MoF材料是由Kattagawa/J!组在20世纪90年代中期合成的,但其合成的材 料在客体分子去除后,骨架坍塌,晶体结构遭到破坏,未形成永久性的孔隙率" 这也是第一代MOF材料"随后科学家们开始研究新型的阳离子!阴离子以及中 性的有机配体链接形成的配位聚合物"第二代材料在客体分子移走后能够留下空 位形成永久性的孔隙率"MOF材料在受到压力!光!化学刺激或者除去溶剂分 子时,材料骨架的形状会发生变化,这就是第三代MOF材料"含有梭基的阴离 子配体和金属离子链接构成的MOF材料属于我们所说的第二代MOF材料,然而 含有氮杂环的有机中性配体构建的MOF材料属于我们所说的第三代MOF。——北化-安晓辉金属-有机骨架 ( metal-organic frameworks, MOFs) 材料是由金属离子与有机配体通过自组装过 程杂化生成的一类具有周期性多维网状结构的多孔 晶体材料,具有纳米级的骨架型规整的孔道结构,大 的比表面积和孔隙率以及小的固体密度,在吸附、分 离、催化等方面均表现出了优异的性能,已成为新材 料领域的研究热点与前沿。MOFs 材料的出现可以 追溯到 1989 年以 Robson 和 Hoskins 为主要代表的 工作,他们通过 4,4',4″,4-四氰基苯基甲烷和正 一价铜盐[Cu( CH 3 CN) 4 ]·BF 4 在硝基甲烷中反应, 制备出了具有类似金刚石结构的三维网状配位聚合 物 [1] ,同时预测了该材料可能产生出比沸石分子筛 更大的孔道和空穴,从此开始了 MOFs 材料的研究 热潮。但早期合成的 MOFs 材料的骨架和孔结构不 够稳定,容易变形。直到 1995 年 Yaghi 等合成出了 具有稳定孔结构的 MOFs

耐蚀金属材料课程练习题答案(江苏科技大学)

练习题 一、选择题 1、为了提高合金的耐蚀性,向材料中加入强的阴极性元素金属,属于以下哪种 方法A。 A)降低阳极相活性B)降低阴极相活性C)增加系统阻力 2、同样加入强阴极性元素,有的合金耐腐蚀,有的却不耐蚀。其原因是A。 A)前者处于可钝化的,后者不是B)前者腐蚀体系处于常温,后者不是 C)前者腐蚀体系存有活化离子(如Cl-),后者不是D)以上都不是 3、为提高铁金属材料耐蚀性,铬是一种常添加的元素,主要起以下作用B。 A)使腐蚀电位正移,增加材料的热力学稳定性B)合金易进入钝态区 C)致钝电位向正向移动D)以上都对 4、加入Cu、P、Cr元素的耐候钢具有较好的耐大气腐蚀性,机理是D。 A)有序固溶理论B)电子机构理论 C)表面富集理论D)形成致密腐蚀产物膜理论 5、金属产生晶间腐蚀应满足的条件是C A)在高压的环境中,只要其电极电位低且强度不够; B)在高温的环境中,只要其产生的氧化膜不够致密; C)在腐蚀的环境中,只要其晶粒与晶界物-化状态和电化学性能不同; D)在高压、高温、腐蚀的环境中,只要其晶粒与晶界成分不符合塔曼定律; 6、奥氏体不锈钢中添加Nb元素的主要作用是C A)增加膜的致密性B)提高材料的抗点蚀能力 C)作为稳定化元素抑制碳化铬的生成D)增加热力学稳定性 7、黄铜脱锌属于以下哪种腐蚀类型E。 A)点蚀B)缝隙腐蚀C)晶间腐蚀D)电偶腐蚀E)选择性腐蚀 8、下列哪种热处理工艺对1Cr18Ni9Ti的抗晶间腐蚀是必须的B A)固溶处理B)稳定化处理 C)去应力退火处理D)敏化处理 9、加入了稳定化元素Ti、Nb的奥氏体不锈钢,却没有达到耐腐蚀的目的。这可能是该钢种在使用前没能进行过D处理。 A)固溶处理B)敏化处理C)退火处理D)稳定化处理 10、海水腐蚀环境中,以下哪个区域腐蚀最严重A。 A)飞溅带B)潮差带C)全浸带D)海泥带 11.以下关于可逆氢脆说法错误的是C A)氢脆在室温附近最敏感;B)材料强度越高,氢脆越敏感;

金属材料大气腐蚀研究进展汇总

存档日期:存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称:材料保护学 课程代号: 任课教师: 完成日期: 专业: 学号: 姓名: 成绩:_____________

金属材料大气腐蚀研究进展 摘要:本文对金属大气腐蚀研究做了简介,综述了我国的大气腐蚀研究进展,并比较了国内外的发展水平。得出我国的大气腐蚀研究已经进入了世界强国之列,但是总体上与美国等发达国家有着20-30年的差距。对以后的大气腐蚀研究方面提出了展望。 关键词:金属,大气,腐蚀

大气腐蚀是指大气中的腐蚀性气体溶解在水中作用于金属表面所引起的腐蚀[1]。大气腐蚀是金属腐蚀的基本类型,几乎所有与大气接触的金属材料都会受到大气腐蚀,大气腐蚀所造成的损失约占腐蚀总损失的一半以上[2],因此,开展大气腐蚀与防护的研究具有重要的意义。 1.金属大气腐蚀研究简介 金属的大气腐蚀是自然界中存在的最普遍的腐蚀现象,因此人们在很早以前就已经开始对它进行研究。特别是基于自然环境中的大气腐蚀现场曝晒试验直观、可靠的特点,世界各国对其都格外重视。尤其是像美国、英国和日本等工业发达的国家,早在上个世纪初就开始通过现场曝晒试验研究多种材料在自然大气环境中的腐蚀行为。相比之下,我国开展自然环境的大气腐蚀研究起步较晚,始于20世纪50年代中期,即1955年开始建立大气腐蚀曝晒试验站,但由于历史原因,发展迟缓,不具系统性,期间由于“文革”影响还中断了十几年,直到1980年才在全国范围内恢复自然环境腐蚀试验网站的建设工作[3]。我国在大气腐蚀基础研究方面在国内外发表了大量的论文,这些系列论文的发表极大的提高了我国在大气腐蚀方面的研究地位,标志着我国已经进入大气腐蚀研究强国之列,而且这方面还保持着很好的发展势头[4]。 2.大气腐蚀行为与规律若干研究进展 (1)金属材料自然环境腐蚀幂指数规律的建立和金属大气腐蚀初期行为与规律研究[5]。以黑色金属和有色金属材料在我国典型大气环境中的长期现场腐蚀试验为基础,通过数据采集、评价和综合分析,获得了金属材料在我国典型大气环境中的腐蚀速率幂函数规律和相关参数以及拟合曲线,由此建立的幂函数模型可以表征我国典型大气环境下金属材料的腐蚀规律,这一规律的确认与获得是我国材料大气腐蚀学科领域的重要进展。其模型为: D A n t 其中,D——腐蚀深度(mm); t——暴晒试验时间(a); A——第一年的腐蚀深度(与环境及材料有关); n——代表腐蚀发展趋势(随钢种和环境变化极大,数值一般小于1); 对Q235和09CuPCrNi耐候钢在模拟潮湿和湿热大气环境中的腐蚀初期行为;铝合金AZ91D镁合金在模拟大气环境中的腐蚀初期行为与机理;Q235、09CuPCrNi耐候钢、铝合金AZ91D镁合金在单一SO2、CO2、NaCl沉积污染状况下和SO2、CO2、NaCl沉积复合污染下的腐蚀初期行为与机理等进行了系统研究,得到了一系列结果,发表在国内外学术刊物上。

人教版初三化学金属和金属材料专题

第八单元 金属和金属材料专题训练 专题一金属活动性顺序及其应用 题型一依据现象对几种金属活动性顺序的判断 1. X 、Y 都能与稀硫酸反应放出氢气而 Z 不能;Y 能从X 的盐溶液中置换出 X 。则他们的金属活动性顺序为( ) A. X >Y >(H )>Z B . Y >X >(H )>Z C . X >Z >(H )>Y D . Y >(H )>X >Z 2?将甲、乙两种金属片分别放入硫酸铜溶液中,甲表面析出铜,乙没明显现象,据此判断,三种金属活动性顺序是 A .甲 >铜 > 乙 B. 乙 >铜> 甲 C. 铜 > 甲>乙 D .甲 >乙>铜3 .金属Ni 、Mn 分别放入其他三种金属 X 、Y 、Z 的盐溶液中,反应的结果和有无金属析出的情况如下表所示,他们 4. X 、Y 、Z 、W 是四种不同的金属,为比较金属活动性强弱,某同学利用这四种金属单质、盐酸、 Z 的硝酸盐、 的硝酸盐进行有关实验。结果如下表(能发生置换反应的记为“V”不能反应的记为“一”无标记的表示未作实验)。 题型二根据金属活动性顺序判断金属与化合物溶液反应后滤渣滤液的成分 5. 在氧化铜和铁粉的混合物中加入一定量的稀硫酸, 反应完全后滤出不溶物, 再向滤液中加入一块薄铁,足够时间后, 铁片上无任何变化。据此,你认为下列实验结论不正确的是( ) A .滤液中一定含有硫酸亚铁,不可能含有硫酸铜和硫酸 B .滤出的不溶物中有铜,也可能有铁 C .滤出的不溶物中一定有铜,但不可能有铁 D .如果滤出的不溶物有铁,则一定有铜 6. 在氯化铜和氯化亚铁的混合溶液中加入一定量的镁粉,充分反应后过滤,向滤出的固体中滴加稀盐酸,没有气泡产 生。下列判断正确的是( ) A .滤出的固体中一定含有铜,可能含有铁和镁 B .滤出的固体中一定含有铜,一定不含铁和镁 C .滤液中一定含有氯化镁和氯化亚铁,可能含有氯化铜 D .滤液中一定含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜 7. 往AgN03和ZnS04的混合溶液中加入过量的铁粉,充分反应后过滤,则滤渣中一定存在的金属是( ) A . Ag 和 Fe B . Ag C . Ag 、Fe 和 Zn D . Ag 和 Zn &化学兴趣小组对金牌中金属成分提出猜想。 甲同学认为是由金银合金制成; 乙同学认为是由黄铜 (铜锌合金)制成。 为了验证他们的猜想哪个可能正确,进行如下实验:取制造这种金牌的材料粉末少量,加入试剂 X ,则X 不可以是下 列试剂中的( ) A .硫酸锌溶液 B .盐酸 C .硫酸铜溶液 D .硝酸银溶液 9. 已知铜铁均能与 FeCl 3溶液反应,反应方程式分别为: Cu + 2FeCb 2FeCb + CuCl 2, Fe + 2FeCb^ 3FeCl 2, 现将一包铜、铁的混合粉末加入到盛有 FeCl 3溶液的烧杯中,充分反应后烧杯中仍有少量固体,关于烧杯中物质组成的 说法正确的是( ) A .溶液中一定含 FeCl 3,固体一定是铁和铜 B .溶液中一定含 FeCl 2,固体一定含铜 C .溶液中一定含 FeCl 2、CuCl 2,固体一定含铜 D .溶液中一定含 FeCl 2,固体一定是铁和铜 10 .在C U (NO 3)2、AgNO 3和Zn (NO 3)2的混合溶液中加入一定量的铁粉,充分反应后过滤,向滤出的固体中滴加稀硫 酸,有气泡 产生,则滤出的固体中一定含有 _____________________________________________________________ ,滤液中一定含有的溶质的化学 式为 ____________________________________________________________________ ,上述过程中所发生的有关反应的化学方程式为 ______________________________________________________ (写出一个即可) 题型三设计实验判断或验证金属活动性顺序 11.只用一种试剂就能一次判断金属锌、铜、银的活动性顺序,这种试剂是( ) 的金属活动性由强到弱的顺序为( A . X Mn Y Ni Z B . Z Ni Y Mn X C . Z Mn Y Ni X D . X Mn Ni Y Z 这四种金属的活动性顺序为( ) A. X>W>Y>Z B. X>Y>W>Z C. W>X>Y>Z

金属有机骨架材料

金属有机骨架材料 金属有机骨架材料(MOFs )是近十年来发展迅速的一种配位聚合物,具有三维的孔结构, 一般以金属离子为连接点,有机配体位支撑构成空间3D延伸,系沸石和碳纳米管之外的又 一类重要的新型多孔材料,在催化,储能和分离中都有广泛应用,目前,大多数研究人员致力于氢气储存的实验和理论研究。金属阳离子在MOFs骨架中的作用一方面是作为结点 提供骨架的中枢,另一方面是在中枢中形成分支,从而增强MOFs的物理性质(如多孔性和手性)。这类材料的比表面积远大于相似孔道的分子筛,而且能够在去除孔道中的溶剂分子 后仍然保持骨架的完整性。因此,MOFs具有许多潜在的特殊性能,在新型功能材料如选 择性催化、分子识别、可逆性主客体分子(离子)交换、超高纯度分离、生物传导材料、光 电材料、磁性材料和芯片等新材料开发中显示出诱人的应用前景,给多孔材料科学带来了新的曙光。常见的不同类型的金属有机骨架材料的结构如下图所示: 如下图所示: 卜叮 MOFs材料作为储氢领域的一名新军,由于具有纯度高、结晶度高、成本低、能够大批量生产、结构可控等优点,正受到全球范围的极大关注,近年来已成为国际储氢界的研究热点。经过近10年的努力,MOFs材料在储氢领域的研究已取得很大的进展,不仅储氢性能有了大幅度的提高,而且用于预测MOFs材料储氢性能的理论模型和理论计算也在不断发展、逐步完善。但是,目前仍有许多关键问题亟待解决。比如,MOFs材料的储氢机理尚存在 争议、MOFs材料的结构与其储氢性能之间的关系尚不明确、MOFs材料在常温常压下的储 氢性能尚待改善。这些问题的切实解决将对提高MOFs材料的储氢性能并将之推向实用化 进程发挥非常重要的作用。

金属材料疲劳研究综述

金属材料疲劳研究综述 摘要:人会疲劳,金属也会疲劳吗?早在100多年前,人们就发现了金属也是会疲劳的,并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害,所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展,概述了金属产生疲劳的原因及影响因素,以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词:金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一.引言 金属疲劳的概念,最早是由J.V.Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时,“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力,且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时,材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程,称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然始终没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏,这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象,就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的,且表现为突然断裂,无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂,危害极大,所以研究金属的疲劳是

非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现,因此常常造成突然的事故。早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制,还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间,美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故,有238艘完全报废,其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月,华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体,19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现,飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体,是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后,人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果,才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二.金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间,Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度,Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代,力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代,Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年,美

2020届初三化学中考复习金属和金属材料专题练习题和答案

金属和金属材料 1.下列有关合金的说法错误的是( ) A.生铁是一种铁的单质 B .黄铜的硬度比纯铜的硬度大 C.钢是一种混合物 D .焊锡的熔点比纯锡的熔点低 2.下列物质不属于合金的是( ) A.生铁 B .钢 C .黄铜 D .C60 3. 下列环境中,铁钉表面最容易产生铁锈的是( ) A.在稀盐酸中 B .在潮湿的空气中 C .在干燥的空气中 D .浸没在植物油中4. 下列属于置换反应的是( ) A.HCl+NaOH===NaCl+H2O B.2KMnO 4==△=== K2MnO4+MnO2+O2↑ C.H2+CuO==△=== Cu+H2O D.2Mg +O2=点==燃== 2MgO 5. 下列四个实验中只需要完成三个就可以证明Zn、Cu、Ag 三种金属的活动性顺序,其中不必进行的实验是( ) A.将锌片放入稀硫酸 B .将铜片放入稀硫酸C.将铜片放入硝酸银溶液 D .将锌片放入硝酸银溶液 6. 以下实验能比较出铜和银的金属活动性强弱的是( ) A.测定两金属的密度 B .铜片放入硝酸银溶液中 C.将两种金属相互刻画 D .铜片、银片分别放入稀硫酸中 7. 将适量的铜粉和镁粉的混合物放入一定量的硝酸银溶液中,充分反应后过滤,得到固体物质和无色滤液,则关于滤出的固体和无色滤液的下列判断正确的是( ) A.滤出的固体中一定含有银和铜,一定不含

镁B.滤出的固体中一定含有银,可能含有 铜和镁 C.滤液中一定含有硝酸银和硝酸镁,一定没有硝酸铜 D.滤液中一定含有硝酸镁,一定没有硝酸银和硝酸铜 8. 把某稀硫酸分为等体积的两份,放入两个烧杯中,分别加入等质量的甲、乙两种金属,反应后金属都没有剩余,产生H2 的质量随时间变化的趋势如图所示。下列说法正确的是( ) A.反应消耗等质量的金属 B .甲的反应速度比乙快 C.反应消耗等质量的硫酸 D .甲的活动性比乙强 9. 金属M与AgNO3溶液反应的化学方程式为M + 2AgNO3 M(NO3) 2+2Ag。下列说法不正确的是( ) A.该反应属于置换反应 B. 金属M可能是铝 C.M的金属活动性比Ag 强 D. 反应前后M的化合价改变 10. 将一根洁净的铁钉放入稀硫酸中, 下列预测可能不正确的是( ) A.铁钉表面将产生气泡 B. 铁钉表面将很快出现铁锈 C.溶液由无色变为浅绿色 D. 溶液质量将增加 11. 利用铝合金代替铝制钥匙,主要利用铝合金的大.

耐磨金属材料的最新研究现状

耐磨金属材料的最新研究现状 关键词:耐磨材料;锰钢;抗磨白口铸铁;技术进展 摘要:耐磨金属材料被广泛地应用于工业生产的各个领域, 而随着科学技术和现代工业的高速发展,由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等所造成的经济损失相当惊人。近年来,对金属磨损和耐磨材料的研究,越来越引起国内外人们的广泛重视。本文概述了国内外耐磨金属材料领域研究开发的现状及取得的一系列新进展。 0 引言 随着科学技术和现代工业的高速发展,机械设备的运转速度越来越高,受摩擦的零件被磨损的速度也越来越快,其使用寿命越来越成为影响现代设备(特别是高速运转的自动生产线)生产效率的重要因素。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害,但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。据统计,世界工业化发达的国家约30%的能源是以不同形式消耗在磨损上的。如在美国,每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元,占国民经济总收入的4%。而我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门,据不完全统计,每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币[1]。因此,研究和发展耐磨材料,以减少金属磨损,对国民经济的发展有着重要的意义。 1国外耐磨金属材料的发展 国外耐磨材料的生产和应用经过了多年研究与发展的高峰期,现已趋于稳定,并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段,目前已发展为耐磨钢和耐磨铸铁两大类。 耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外,根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢;根据合金元素的含量又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢;根据组织的不同还可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。二者中最具有代表性的是低铬白口铸铁和高铬白口铸铁,而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也占有一席之地,中铬铸铁则应用较少。从整体上看,合金白口铸铁的耐磨性优于耐磨铸钢,但后者韧性好,在诸如衬板、耐磨管道等方面有着广泛的应用[2]。 2 我国耐磨金属材料的发展 据统计,国内每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上,应用摩擦磨损理论防止和减轻摩擦磨损,每年可节约150亿美元。近年来,针对设备磨损的具体工况和资源情况,研制出多种新型耐磨材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢

金属和金属材料专题演练

金属和金属材料专题演练 #TRS_AUToADD_1197354943074{mARGIN-ToP:0px;mA RGIN-BoTTom:0px}#TRS_AUToADD_1197354943074P{ mARGIN-ToP:0px;mARGIN-BoTTom:0px}#TRS_AUToAD D_1197354943074TD{mARGIN-ToP:0px;mARGIN-BoTT om:0px}#TRS_AUToADD_1197354943074DIV{mARGIN-ToP:0px;mARGIN-BoTTom:0px}#TRS_AUToADD_11973 54943074LI{mARGIN-ToP:0px;mARGIN-BoTTom:0px} /**---jSoN--{"":{"margin-top":"0","margin-bo ttom":"0"},"p":{"margin-top":"0","margin-bot tom":"0"},"td":{"margin-top":"0","margin-bot tom":"0"},"div":{"margin-top":"0","margin-bo ttom":"0"},"li":{"margin-top":"0","margin-bo ttom":"0"}}--**/ 试一试:比较铜和银的金属活动性强弱,可选用的药品是( ) A.稀盐酸 B.稀硫酸

c.硫酸锌溶液 D.硝酸汞溶液 理一理: 1.金属材料: 金属具有的共同性质是 ; 导电性最强的金属是 ;硬度最大的金属 ;熔点最高的金属 ;熔点最低的金属 ;人体中含量最高的金属 ;地壳中含量最高的金属 。 考虑物质的用途,除了考虑物质的性质,还需要考虑 。 生铁和钢的主要区别是

医用金属材料的研究进展

医用金属材料的研究进展 姓名:因 学号: 专业:材料

摘要:介绍了医用金属材料目前的研究现状、性能和应用,指出了医用金属材料 应用中目前存在的主要问题,阐述了近年来生物医用金属材料的新进展1。Medical metal materials with high strength toughness, fatigue resistance, easy processing and forming excellent properties become clinical dosage biggest and wide application of biomedical materials. 关键词:医用金属种类应用研究进展 一生物医用金属材料的简介 生物医用材料是指能够植入生物体或与生物组织相结合的材料,可用于诊断、治疗,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,是一类惰性材料2。这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛,遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有纯金属钛、钽、铌、锆等、不锈钢、钴基合金和钛基合金等3。 二生物医用金属材料的特性 2.1材料毒性 生物医用金属材料的毒性主要来自金属表面离子或原子因腐蚀或磨损进入周围生物组织,由此作用于细胞,抑制酶的活性,组织酶的扩散和破坏溶酶体。具体可表现为与体内物质生成有毒化合物。并且金属离子进入组织液,会引起水肿、栓塞、感染和肿瘤等。一般才用的降毒方法包括合金化、提高耐蚀性、提高光洁度、表面涂层等4。 2.2生理腐蚀性 生物医用金属材料的生理腐蚀性是决定材料植入后成败的关键,其产物对生物机体的影响决定植入器件的使用寿命。 2.3力学性能 生物医用金属材料需要有足够的强度与塑性。一般说来,对人工髋关节金属材料的要求是:屈服强度>450Mpa;抗拉强度>800Mpa;疲劳强度>400Mpa;延伸率>8%。通常材料的弹性模量大于骨的弹性模量,由此会使得材料与骨应变不同,界面处发生的相对位移造成界面松动;除此产生应力屏蔽,引起骨组织的功能退化或吸收8。 2.4耐磨性 耐磨性影响植入摩擦器件的寿命;以及可能产生有害的金属微粒或微屑,导致周围组织的炎性、毒性反应。可通过提高硬度,表面处理等方法进行改善。 三医用金属材料的种类

金属和金属材料专题(含答案)(word)

金属和金属材料专题(含答案)(word) 一、金属和金属材料选择题 1.现有甲、乙、丙三种金属,先将三者分别加入到硫酸亚铁溶液中,只有甲可使溶液中析出铁单质。再将三者加入到硝酸银溶液中,只有乙不能使溶液中析出银单质,则三者的金属活动性从强到弱的顺序是( ) A.甲>乙>丙B.乙>甲>丙C.甲>丙>乙D.无法判断 【答案】C 【解析】 【分析】 位于前面的金属能把位于后面的金属从其化合物溶液中置换出来。 【详解】 现有甲、乙、丙三种金属,先将三者分别加入到硫酸亚铁溶液中,只有甲可使溶液中析出铁单质,说明甲的活动性比铁强,乙、丙的活动性比铁弱,即甲>铁>乙、丙。再将三者加入到硝酸银溶液中,只有乙不能使溶液中析出银单质,说明甲、丙的活动性比银强,乙的活动性比银弱,即甲、丙>银>乙。三者的金属活动性从强到弱的顺序是:甲>丙>乙。 故选C。 2.自从央行公告第四套人名币1角硬币从2016年11月1日起只收不付后,“菊花1角”身价飞涨。一个很重要的原因是,“菊花1角”材质特殊导致日渐稀少,其使用了铝锌材质。铝、锌元素的部分信息如下,则说法正确的是() A.铝比锌的金属活泼性更弱 B.相等质量的铝和锌和足量稀硫酸反应,铝产生的氢气多 C.锌原子的最外层电子数比铝多17 D.铝的相对原子质量为 【答案】B 【解析】 【详解】 A、铝比锌的金属活泼性更强,故A错误; B、由产生氢气的质量=,可知,相等质量的铝和锌和足量稀硫酸反应,铝产生的氢气多,故B正确; C、由于最外层电子数不超过8个,锌原子的核外电子数比铝多17,不是最外层电子数比铝多17,故C错误; D、由元素周期表中一个格的含义可知,铝的相对原子质量为26.98,单位是“1”,故D错

金属储氢材料研究进展

Chemical Propellants & Polymeric Materials 2010年第8卷第2期 · 15 · 金属储氢材料研究进展 范士锋 (海军驻西安地区军事代表局,陕西西安 710065) 摘 要:综述了金属储氢原理、目前国内外金属储氢材料的研究现状及应用研究进展,对镁系、稀土系、Laves相系、钛系及金属配位氢化物等几个系列金属储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细介绍,并对未来金属储氢材料在民品和军工方面的应用研究方向和发展趋势进行了展望。 关键词:金属储氢材料;研究进展;发展趋势 中图分类号: TG139.7 文献标识码: A 文章编号: 1672-2191(2010)02-0015-05 收稿日期:2009-09-09 作者简介:范士锋(1978-),男,工程师,从事战略导弹总体与固体火箭发动机研究。电子信箱:jizhenli@126.com 作为燃料,氢具有最高的质量热值(其热值1.25×106kJ/kg,为汽油的3倍、焦炭的4.5倍), 是理想的高能清洁燃料之一[1-2]。目前,尽管高压(低于17MPa)气态储氢、低温(低于20K)液态储氢等技术手段使得氢在一些常规燃料和航天推进等领域得以应用,但高压气态氢体积热值小以及低温液态氢液化过程耗能高、使用条件苛刻等问题严重限制了氢作为火炸药能量供给组分的应用。利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的固体储氢方式,能有效克服上述储存方式的不足,而且储氢体积密度大、安全度高、使用和运输便利。因此,今后储氢研究的重点将是新型高性能储氢材料的研发,目前研究较为广泛的主要是金属储氢材料[3]。 储氢材料按氢的结合方式可分为化学键合储氢(如储氢合金、配位氢化物、氨基化合物、有机液体碳氢化合物等)和物理吸附储氢(碳纳米管、多孔碳基材料、金属有机框架材料、纳米储氢材料、多孔聚合物等)。从上述储氢材料的性能(燃烧热、材料密度、储氢密度、反应活性)等衡量标准分析,高热值的金属储氢材料(包括金属氢化物或合金储氢材料)是火炸药燃料组分的发展重点。 文中主要针对当前金属储氢材料的研究热点和存在问题,对相关金属储氢材料的国内外研究进展进行较为详细的综述,以期为此类高性能材料在火炸药中的应用提供研究思路。 1 金属储氢原理及储氢研究现状 传统的氢气存储方式中,气态储氢方式简单 方便,是目前储存压力低于17MPa的常用方法,但存在着体积密度小、运输和使用过程中易燃易爆等缺点;液态储氢方法的体积密度(70kg/m3)较高,但氢气的液化需要冷却到20K的超低温下才能实现,此过程需消耗的能量约占所储存氢能的25% ̄45%,且液态氢使用条件苛刻,对储罐绝热性能要求高,目前只限于航天领域。金属储氢材料是目前研究较为广泛、成熟的新型高性能大规模储氢材料之一,其储氢密度高、安全性好、适于大规模氢气储运,最重要的特性是能够可逆地吸、放大量氢气。氢一旦与储氢合金接触,即在其表面分解为H原子,H原子扩散进入合金内部直至与合金发生反应而生成金属氢化物,氢即以原子态储存在金属结晶点内(四面体与八面体间隙位置)。在一定温度和氢压强条件下,上述吸、放氢反应式如下式所示: 其中,吸氢过程放热,放氢过程吸热,上述吸、放氢反应过程热力学和动力学与温度、氢压力密切相关,特别是放氢压力与反应温度呈指数变化关系[4]。 储氢材料性能的衡量标准主要用以下2个产量表示:体积储氢密度和质量储氢密度。其中,体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量(kg/m3),质量储氢密度为系统储存氢气的质量与系统质量的比值(质量分数)。考虑储氢材料在火炸药中的应用,系统燃烧热(与储存介质的热值和储氢质量分数的大小密切相关)、系统密度(与储存介质的密度和结构相关)和反应活性( 与氧化

常用合金纯金属的耐腐蚀性能

常用合金纯金属的耐腐蚀性能 注:为了改善纯金属的机械性能,在冶炼过程中,根据需要加入微量的其它金属。

接触介质部分材质的耐腐蚀性能参考 分类介质名 称 浓度 (%) 温 度 碳 钢 316 钢 哈 氏 C 蒙 耐 尔 钽镍钛 分 类 介质名称 浓度 (%) 温 度 碳 钢 316 钢 哈 氏 C 蒙 耐 尔 钽镍钛 无机盐盐酸 5 RT BP ○ ○○ ○ ○ ● ●○○ 有 机 盐 氢氟酸 5 48 RT RT ○ ○ ○ ○ ○ ○ ●○ ○10 RT BP ○ ○○ ○ ○ ● ●○○ 醋酸100 RT BP ○ ○ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●20 RT BP ○ ○○ ○ ○ ● ● ○ ○○ 甲酸50 RT BP ○ ○ ○ ○ ● ● ● ●35 RT BP ○ ○○ ○ ○ ● ● ○ ○ ○ ○ 草酸10 RT BP ○ ○○ ●●○ ○ ○ ○硫酸 5 RT BP ● ○ ●●● ● ○ ○ ○ ○ 柠檬酸50 RT BP ○ ○ ● ● ● ● ● ● ●10 RT BP ○ ○ ● ○ ●● ● ○ ○ ○ ○ 碱 苛性钠 20 RT BP ●● ● ●●● ● ●60 RT BP ○○● ○ ●● ● ○ ○ ○ ○ 40 RT BP ●● ● ●○ ○ ● ●80 RT BP○ ○ ○ ● ○ ○●○ ○ ○ ○ 苛性钾50BP●●●●○95 RT BP○ ● ○ ● ○ ○● ○ ○ ○ ○ ○ 盐 氯化铁30 RT BP ○○ ○○ ○ ○ ● ● ○● ●硝酸 10 RT BP ○● ● ○ ○ ● ● ○ ○ ● ● 氯化钠 20° 饱和 RT BP ● ○ ●● ● ● ● ● ●30 RT BP ○● ●○ ○ ○ ● ● ○ ○ ● ○ 氯化铵25 RT BP ○● ● ●● ●68 RT BP ○●● ○ ● ● ○ ○ ● ● 氯化钙25 RT BP● ● ● ● ● ●● ●发烟RT●○○氯化镁42 RT BP ● ● ● ● ● ● ● ●磷酸 30 RT BP ○ ○ ●● ● ○ ○ ● ● ○ ○ 硫 化 物 硫酸铵 20° 饱和 RT BP ●●●● ● ●●50RT ○●●○●○硫化钠10RT ●●●●

(完整版)金属和金属材料复习专题

专题复习:金属和金属材料学案 考点一:金属材料及物理性质 1、金属材料 和 有光泽、、、等(2)个性 a大多数金属具有金属光泽,呈色,但铜呈色,金呈色。 b常温下大多为固体,但是液体。 (3)常见的合金 合金是指具有特性的物质,合金和纯金属相比:①②③ 生活中常见的合金有:、、。金属之最: 最早使用的金属是,使用最广泛的金属是,人体中含量最多的金属元素是,地壳中含量最多的金属是,熔点最低的金属是。 考点二:化学性质 3、金属的化学性质 写出下列物质间相互转化的化学方程式: FeSO4 ①Fe ②Cu ④CuO ③ FeCl2 ① ② ③ ④ 据此,可总结出金属的化学性质有 a b c 考点三:金属活动性及应用 4.金属活动性及应用

a.默写金属活动性顺序表 b.判断下列反应能否发生,并得出结论 (1)Mg+HCl-- (2) Al+HCl-- (3) Fe+HCl— (4) Cu+HCl-- (5 )Ag+HCl-- (6)Al+FeSO4 — (7)Fe+CuSO4-- (8)Cu+AgNO 3—(9)Fe+ZnSO4 — 能反应,不能反应,说明的金属可以与酸反应。 能反应,不能反应,说明的金属可以将的金属从对应的盐溶液中置换出来。c.设计实验证明Fe比Cu活泼,最佳方案选择的试剂是 d. 设计实验证明Fe、Cu、Ag活动性顺序,最佳方案选择的试剂是考点四:铁的冶炼 1、实验室 (2)实验现象:红色粉末逐渐变为________色,澄清的石灰水变________,尾气点燃产生__________火焰。 (3)实验注意事项: ①实验开始时要先(目的:排尽装置内的空气,防止一氧化碳与空气混合加热后,发生爆炸),后, 实验完毕后,先,后, ②尾气中含有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以尾气不能直接排放,要,以防止污染空气。 2、工业炼铁 原料:铁矿石(赤铁矿、磁铁矿)、焦炭、石灰石、空气 高炉炼铁的产品是(填纯铁或生铁)

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