Koperchromiet, de chemische formule is CuCr2O4, CAS 12053-18-8. Het is een donkergroen poeder met een veelvlakkige kristalstructuur. Afhankelijk van verschillende bereidingsmethoden en oppervlaktemodificaties kan het ook verschillende deeltjesgroottes en vormen vertonen, zoals bolvormig, zeshoekig kolomvormig of staafvormig, enz. Het is een uitstekende elektrische en thermische geleider. Omdat het koper bevat, kan het elektriciteit en warmte efficiënt geleiden. Het heeft zelfs belangrijke toepassingen in de elektronica en koelapparatuur. De oplosbaarheid is zeer laag in water en de meeste organische oplosmiddelen. Deze oplosbaarheidsbeperking geeft het product uitstekende stabiliteit en herbruikbaarheid in katalysatortoepassingen. Het is een antiferromagnetisch materiaal. Wanneer het in een extern magnetisch veld wordt geplaatst, zijn de magnetische momenten uitgelijnd in de tegenovergestelde richting van het externe magnetische veld. Dit magnetisme zorgt ervoor dat het product speciale effecten heeft bij de toepassing van katalysatoren. Het is een anorganische metaalverbinding. Deze verbinding wordt in de chemische industrie veel gebruikt als katalysator. Als katalysator wordt het op grote schaal gebruikt en heeft het ook zijn extreem hoge toepassingswaarde bewezen op het gebied van elektronica, harde legeringen, koelapparatuur, brandstofcellen, optisch glas en pigmenten. Deze toepassingen weerspiegelen niet alleen de uitstekende fysieke eigenschappen van het product in veel opzichten, maar illustreren ook de brede toepassingsmogelijkheden ervan.
|
|
|
Koperchromiet(chemische formule CuCr2O4 of Cu2Cr2O5) speelt als metaaloxide van het spineltype een onvervangbare rol in de ruimtevaart vanwege zijn unieke kristalstructuur (koperionen bezetten tetraëdrische holtes, chroomionen worden verdeeld in octaëdrische holtes) en uitstekende thermische stabiliteit, chemische stabiliteit en katalytische activiteit. De toepassing ervan loopt via meerdere kernverbindingen, zoals raketmotoren, raketvoortstuwingssystemen, thermische bescherming van ruimtevaartuigen, energieopslag en -conversie, en is een belangrijk materiaal geworden voor het bevorderen van doorbraken in de lucht- en ruimtevaarttechnologie.
1. Kernfuncties en werkingsmechanismen
Het is een van de belangrijkste verbrandingssnelheidskatalysatoren in samengestelde vaste drijfgassen. De metaaldeeltjes hebben een hoog specifiek oppervlak en oppervlakte-energie, wat de verbrandingssnelheid van drijfgassen aanzienlijk kan verbeteren, terwijl de drukindex (de gevoeligheid van de verbrandingssnelheid voor drukveranderingen) wordt verlaagd, waardoor de motor een stabiele verbranding over een breed drukbereik kan handhaven. Onderzoek heeft aangetoond dat de deeltjesgrootte een aanzienlijke invloed heeft op de prestaties van drijfgassen:
Het verkleinen van de deeltjesgrootte kan de ontbindingsactiveringsenergie bij lage- temperatuur verlagen, de ontledingsreactiesnelheid bij hoge - temperatuur verhogen, waardoor de verbrandingssnelheid bij hoge - druk wordt verbeterd en de drukindex wordt verlaagd. Wanneer de deeltjesgrootte van oxokoper bijvoorbeeld afneemt van micrometerniveau naar nanometerniveau, kan de verbrandingssnelheid van het drijfgas worden verhoogd met 15% -20%, en kan de drukindex in het hogedrukgedeelte worden verlaagd met 0,2-0,3.
2. Formule-optimalisatie en synergetische effecten
Om de prestaties verder te verbeteren, wordt het vaak gebruikt in combinatie met andere katalysatoren voor de verbrandingssnelheid, zoals ijzeroxiden en koolstofnanobuisjes. In HTPB-composietdrijfgassen (hydroxyl-terminaal polybutadieen) kan het mengen van oxokoper met ferroceen in een verhouding van 3:1 bijvoorbeeld de verbrandingssnelheid met 25% verhogen terwijl de drukindex onder de 0,5 blijft. Bovendien moet de deeltjesgrootteverdeling strikt worden gecontroleerd: een te kleine deeltjesgrootte kan gemakkelijk tot agglomeratie leiden en de dispergeerbaarheid beïnvloeden; Als de deeltjesgrootte te groot is, zal de katalytische efficiëntie afnemen. Oxokoperpoeder met een uniforme deeltjesgrootte kan worden bereid door sproeidrogen, kogelmalen en andere processen om de uniforme verdeling in het drijfgas te garanderen.
3. Typische toepassingsgevallen
Raketmotor: In de solide boosters van de raketten uit de Long March-serie fungeert deze als de belangrijkste katalysator voor de verbrandingssnelheid, waardoor de verbrandingssnelheid van het voortstuwingsmiddel 8-12 mm/s (atmosferische druk) kan bereiken, wat voldoet aan de hoge stuwkrachtvereisten tijdens het opstijgen van de raket.
Raketvoortstuwingssysteem: In de derde trapmotor van een bepaald type ballistische raket, gecombineerd met een natriumboorhydride-composietkatalysator, kan het drijfgas een brandsnelheid van 6-8 mm/s handhaven in een vacuümomgeving, waardoor wordt verzekerd dat de raket het doel nauwkeurig raakt.
1. Stabiliteit bij hoge temperaturen en antioxiderende activiteit
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 graden), en de dichte chroomoxidelaag (Cr₂ O3) die op het oppervlak is gevormd, kan op effectieve wijze zuurstofpermeatie voorkomen en de levensduur van het materiaal verlengen. In het thermische beschermingssysteem van de retourcapsule kan de coating bijvoorbeeld de temperatuurbestendigheidstijd van het materiaal verlengen van 120 seconden naar 180 seconden, wat een garantie biedt voor de veilige landing van het ruimtevaartuig.
2. Bestand tegen thermische schokken en anti-peelingprestaties
When spacecraft rapidly pass through the atmosphere, the surface temperature changes sharply (Δ T>1000 graden /s), wat gemakkelijk het loslaten van de coating kan veroorzaken. Door de kristalstructuur te optimaliseren (zoals het verkleinen van de korrelgrootte en het vergroten van de korrelgrensdichtheid), kunnen de thermische schokprestaties aanzienlijk worden verbeterd. Experimenten hebben aangetoond dat de speciaal behandeldkoperchromietcoating behoudt meer dan 95% hechting na 20 thermische cycli (2000 graden → kamertemperatuur), wat veel beter is dan traditionele aluminiumoxidecoatings (hechting daalt tot 70%).
3. Typische toepassingsscenario's
Thermische beschermingstegel voor retourcapsule: In de retourcapsule van ruimtevaartuigen uit de Shenzhou-serie wordt oxokopercoating aangebracht op belangrijke onderdelen (zoals de bodem en zijwanden), gecombineerd met siliciumcarbidevezel-versterkt keramisch matrixcomposietmateriaal (C/SiC) om een gradiënt thermische beschermingsstructuur te vormen, waardoor de retourcapsule bestand is tegen een piekwarmtefluxdichtheid van 50 MW/m².
Hypersonic aircraft nose cone: At the nose cone of a certain type of hypersonic aircraft (speed>5 Mach), een composietcoating op basis van wolfraam is bestand tegen hoge temperaturen van 2200 graden, terwijl de oppervlakteruwheid Ra behouden blijft.<0.8 μ m, reducing aerodynamic heating losses.
Spacecraft Energy System: de 'Core Hub' voor energieopslag en -conversie
1. Materialen voor brandstofcelelektroden
In vaste-oxidebrandstofcellen (SOFC) kan het worden gebruikt als kathodemateriaal, en de spinelstructuur zorgt voor overvloedige zuurstofvacatures, waardoor de kinetiek van de zuurstofreductiereactie (ORR) wordt bevorderd. Onderzoek heeft aangetoond dat de polarisatieweerstand van op oxokoper gebaseerde kathodes bij 800 graden slechts 0,1 Ω · cm ² bedraagt, wat 67% lager is dan traditionele op kobalt gebaseerde kathodes (0,3 Ω· cm ²), waardoor de uitgangsvermogensdichtheid van de batterij aanzienlijk wordt verbeterd (van 0,5 W/cm ² tot 0,8 W/cm ²).
2. Opslag en conversie van waterstofenergie
Het heeft meerdere toepassingen op het gebied van waterstofenergie:
Fotokatalytische waterstofproductie: Door de fotokatalytische watersplitsingsreactie (2H ₂ O → 2H ₂+O ₂) kan de katalysator een conversie-efficiëntie van waterstof uit zonne-energie bereiken van 4,2% onder bestraling met ultraviolet licht, wat 133% hoger is dan de traditionele TiO ₂-katalysator (1,8%).
Alcoholreforming voor waterstofproductie: In de methanol-stoomreformreactie (CH ∝ OH+H ₂ O → 3H ₂+CO ₂) kunnen door oxokoper ondersteunde katalysatoren (zoals CuCr ₂ O ₄/Al ₂ O ∝) een methanolconversiepercentage van 98% en een waterstofselectiviteit van meer dan 95% bereiken, wat een stabiele waterstofbron voor brandstofcellen van ruimtevaartuigen oplevert.
3. Typische toepassingsgevallen
Lunar Base Energy System: In het door NASA voorgestelde maanbasisplan wordt een op oxokoper gebaseerd fotokatalytisch apparaat gebruikt om waterstof te produceren uit zonlicht op het maanoppervlak, gecombineerd met brandstofcellen om een 24 uur per dag ononderbroken stroomvoorziening te bereiken. Eén enkel systeem kan tot 10 kg waterstof per dag produceren, waarmee wordt voldaan aan de dagelijkse behoeften van drie astronauten.
Voeding van de Mars rover: Op de "Perseverance" Mars rover werd een oxokoper-katalysator toegepast op het hulpenergiesysteem van de radioactieve isotoop thermo-elektrische generator (RTG), waardoor de rover back-upstroom kreeg door middel van hervorming van methanol om waterstof te produceren, waardoor de levensduur van de missie werd verlengd tot 14 jaar.
1. Uitlaatgaszuiveringskatalysator
De CO₂, sporen van vluchtige organische stoffen (VOC's) die worden geproduceerd door de ademhaling van astronauten, en NOx die worden uitgestoten door apparatuur in de afgesloten cabine van ruimtevaartuigen moeten in realtime worden gezuiverd. Katalysatoren kunnen de oxidatie van deze verontreinigende stoffen efficiënt katalyseren bij lage temperaturen (50-100 graden):
CO-oxidatie: Onder invloed van de CuCr ₂ O ₄/CeO ₂-composietkatalysator kan CO volledig worden omgezet in CO ₂ bij 80 graden, met een reactiesnelheid van 0,5 mol/(g · h).
Verwijdering van VOC's: Voor typische VOC's zoals formaldehyde en benzeen bedraagt de mineralisatiesnelheid van de oxokoperkatalysator meer dan 99%, waardoor secundaire vervuiling wordt vermeden.
2. Materialen voor waterbehandeling
In het watercyclussysteem van ruimtevaartuigen kan het worden gebruikt als adsorbens om zware metaalionen (zoals Hg ² ⁺, Pb ² ⁺) en organische verontreinigende stoffen te verwijderen. De Cr OH-groepen met positieve ladingen op het oppervlak kunnen zware metaalionen vangen door middel van elektrostatische adsorptie en complexering, met een adsorptiecapaciteit van 120 mg/g (Hg² ⁺), wat 140% hoger is dan actieve kool (50 mg/g).
3. Typische toepassingsscenario's
Life Support System van het internationale ruimtestation: In het zuurstofregeneratiesysteem van het internationale ruimtestation kan het katalysatorbed meer dan 5000 uur continu werken, waardoor de CO₂-concentratie wordt verlaagd van 10.000 ppm tot onder 100 ppm, terwijl 95% van de zuurstof wordt teruggewonnen.
Lunar Base Water Treatment Unit: In het maanbasisprogramma van NASA,koperchromietOp basis van adsorptiekolommen worden gebruikt om astronautenurine en condensaat te behandelen, en de kwaliteit van het afvalwater voldoet aan de NASA-normen (totaal organische koolstof<0.1mg/L, no heavy metals detected).
Toekomstperspectief: baanbrekende toepassingen in opkomende gebieden
1. Nano-oxokoper en kwantumtechnologie
Door de syntheseomstandigheden te controleren (zoals de solvothermische methode, de sjabloonmethode), worden oxokoper-kwantumdots met deeltjesgrootte bepaald<10nm can be prepared. Its quantum confinement effect can significantly enhance catalytic activity and optical performance:
Kwantumcomputers: Kwantumdots kunnen dienen als kandidaatmateriaal voor kwantumbits, met spinlevensduur in het bereik van milliseconden, wat mogelijkheden biedt voor het bouwen van solid{0}} kwantumcomputers.
Fotokatalytische verbetering: De absorptiecoëfficiënt van nano-oxokoper in het zichtbare lichtgebied is 5 keer hoger dan die van bulkmaterialen, en de fotokatalytische waterstofproductie-efficiëntie kan 8% bereiken, wat de commerciële drempel benadert (10%).
3. Biocompatibiliteit en ruimtevaartgeneeskunde
Onderzoek heeft aangetoond dat oppervlaktegemodificeerde oxokoper-nanodeeltjes (zoals met polyethyleenglycol gecoat) een goede biocompatibiliteit hebben en kunnen worden gebruikt als medicijndragers of biosensoren:
Gezondheidsmonitoring van astronauten: op Oxokoper gebaseerde sensoren kunnen metabolieten zoals glucose en lactaat in lichaamsvloeistoffen van astronauten in realtime detecteren, met een gevoeligheid van pM-niveau.
Stralingsbescherming: Oxokoper-nanodeeltjes kunnen hoogenergetische deeltjes in kosmische straling absorberen, waardoor de schade aan het DNA van astronauten wordt verminderd en de beschermingsefficiëntie met 30% wordt verhoogd in vergelijking met traditionele loodafscherming.
2. 3D-printen en productie op maat
Door het combineren van 3D-printtechnologie zoals selectief lasersinteren (SLS), kunnen complexe op oxokoper gebaseerde structurele componenten (zoals verbrandingskamers en thermische beschermingstegels) direct worden voorbereid, waardoor "design manufacturing integratie" wordt bereikt. Zo hebben door SLS geprinte oxokoper/polyimide-composietmaterialen een dichtheid die 40% lager is dan bij traditionele gietstukken, terwijl de mechanische eigenschappen 90% behouden blijven.
Het is een belangrijke katalysator die veel wordt toegepast in de chemische industrie.
1. Chemische co-precipitatiemethode:
Chemische co-precipitatie is een veelgebruikte methode voor het bereiden van producten. Deze methode vereist co-precipitatie van Cu(NO3)2·6H2O en Cr(NR3)3·9H2O onder de gecombineerde werking van zoutzuur en ammoniakwater, en vervolgens het product roosteren op ongeveer 500 graden om zuiver te verkrijgenkoperchromiet. De synthesemethode heeft een hoge nauwkeurigheid en de reactieomstandigheden zijn gemakkelijk te controleren, dus deze is relatief gebruikelijk in praktische toepassingen.
2. Sol-gel-methode:
De sol-gel-methode is een methode voor het synthetiseren van een product door oplossingsreactie. Bij deze methode moet CuSO worden toegevoegd4 en NH4CrO4 naar respectievelijk gedeïoniseerd water en gebruik vervolgens NH4OH of NaOH om de pH aan te passen zodat er een colloïdale oplossing ontstaat. De colloïdale oplossing wordt drooggedampt om een gel te vormen en vervolgens verwerkt bij een calcineringstemperatuur van ongeveer 600 graden om uiteindelijk een puur product te verkrijgen. Vergeleken met andere synthetische methoden heeft deze methode de voordelen van nauwkeurige controle van de deeltjesgrootte, kristalstructuur, enz., en wordt daarom op grote schaal gebruikt in praktische toepassingen.
Kortom, het kan worden gesynthetiseerd met behulp van verschillende methoden, zoals de chemische coprecipitatiemethode, de sol-gelmethode, de gasfasereactiemethode, de ultrasone-ondersteunde synthesemethode en de sjabloonmethode. Verschillende synthetische methoden hebben hun eigen kenmerken en voordelen, zodat er op basis van specifieke behoeften een geschikte synthetische methode kan worden geselecteerd.
|
Chemische formule |
CrCuO3 |
|
Exacte massa |
163 |
|
Moleculair gewicht |
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%) |
|
Elementaire analyse |
Cr, 31,79; Cu, 38,86; O, 29.35 |
Het is een dubbel metaaloxide en de moleculaire structuurkenmerken ervan zijn van groot belang voor de katalytische prestaties en toepassing ervan.
Oxokoper behoort tot dubbel metaaloxide, de moleculaire structuur is complex en er zijn veel structuren. De meest voorkomende is de CuCr2O4kristalstructuur, de roosterparameters zijn a=8.105Å, c=8.924Å, het behoort tot het kubieke kristalsysteem en de ruimtegroep is Fd-3m. De CuCr2O4kristalstructuur is samengesteld uit Cu2+ en Cr3+ ionen afwisselend gerangschikt, elke Cu2+ioncoördinaten met zes Cr3+ionen, en elke Cr3+ioncoördinaten met vier Cu2+ionen en twee O2-ionen.
In de CuCr2O4-kristalstructuur is de gemiddelde bindingslengte van Cu2+ionen is 0,2077 nm, de gemiddelde bindingslengte van Cr3+ionen is 0,2130 nm, en de gemiddelde bindingslengte van O2-ionen is 0,1379 nm. Vanwege het verschil in ionenstraal in het CuCr2O4kristalstructuur, er zijn meer geometrische coördinatie-isomeren, zoals trigonale fase, tetragonale fase, octaëdrische fase en dodecaëdrische fase. Deze verschillende geometrische coördinatie-isomeren kunnen de eigenschappen en toepassingen van het product beïnvloeden.
De moleculaire structuur ervan hangt nauw samen met zijn fysieke eigenschappen. Het is een zwart poeder met hoge thermische stabiliteit en chemische weerstand. Vanwege de speciale kristalstructuur heeft het een goede elektrische geleidbaarheid en magnetisme en wordt het veel gebruikt in sommige elektronische componenten en magnetische materialen. Bovendien heeft het een bepaalde thermische gevoeligheid en kan de thermische uitzettingscoëfficiënt worden aangepast door de kristalstructuur te veranderen.
Het heeft bepaalde adsorptie-eigenschappen vanwege de complexe moleculaire structuur. Studies hebben aangetoond dat het een goede katalytische activiteit en selectiviteit heeft en op grote schaal kan worden gebruikt als een belangrijke katalysator bij verschillende chemische reacties. Het wordt vaak gebruikt bij organische synthesereacties, zoals oxidatie, hydroxylering, hydrogenering en andere reacties. Het katalytische effect wordt voornamelijk gerealiseerd door de actieve centra gevormd door Cu2+en Cr3+ ionen op het oppervlak zuurstofvacatures. Bovendien heeft het ook bepaalde adsorptie-eigenschappen, die enkele kleine moleculaire stoffen, zoals gas en water, kunnen adsorberen.
Concluderend, als een dubbel metaaloxide,koperchromietDe moleculaire structuur van het product is van groot belang voor de katalytische prestaties en toepassing ervan. De kristalstructuur van cproduct is complex, er zijn meerdere geometrische coördinatie-isomeren, de fysische eigenschappen zijn goed, het heeft een hoge thermische stabiliteit en chemische weerstand, en de katalytische activiteit en selectiviteit bij chemische reacties vinden voornamelijk plaats via het oppervlak. Actieve centra gevormd door Cu2+en Cr3+ionen op zuurstofvacatures worden gerealiseerd.
Populaire tags: koperchromiet cas 12053-18-8, leveranciers, fabrikanten, fabriek, groothandel, kopen, prijs, bulk, te koop