Đồng crôm, công thức hóa học là CuCr2O4, CAS 12053-18-8. Nó là một loại bột màu xanh đậm với cấu trúc tinh thể đa diện. Theo các phương pháp chuẩn bị khác nhau và sửa đổi bề mặt, nó cũng có thể biểu hiện các kích thước và hình dạng hạt khác nhau, chẳng hạn như hình cầu, cột lục giác hoặc hình que, v.v. Nó là một chất dẫn điện và nhiệt tuyệt vời. Vì nó có chứa đồng nên nó có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt hiệu quả. Trên thực tế, nó có những ứng dụng quan trọng trong thiết bị điện tử và điện lạnh. Độ hòa tan rất thấp trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ. Giới hạn độ hòa tan này mang lại cho sản phẩm độ ổn định và khả năng tái sử dụng tuyệt vời trong các ứng dụng xúc tác. Nó là một vật liệu chống sắt từ. Khi đặt trong từ trường ngoài, mô men từ của nó hướng ngược lại với từ trường ngoài. Từ tính này làm cho sản phẩm có tác dụng đặc biệt trong việc ứng dụng chất xúc tác. Nó là một hợp chất kim loại vô cơ. Hợp chất này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất làm chất xúc tác. Là một chất xúc tác, nó đã được sử dụng rộng rãi và cũng cho thấy giá trị ứng dụng cực cao trong lĩnh vực điện tử, hợp kim cứng, thiết bị làm lạnh, pin nhiên liệu, thủy tinh quang học và bột màu. Những ứng dụng này không chỉ phản ánh các đặc tính vật lý tuyệt vời của sản phẩm về nhiều mặt mà còn minh họa triển vọng ứng dụng rộng rãi của nó.
|
|
|
Đồng crôm(công thức hóa học CuCr2O4 hoặc Cu2Cr2O5), là một oxit kim loại loại Spinel, đóng vai trò không thể thay thế trong lĩnh vực hàng không vũ trụ do cấu trúc tinh thể độc đáo của nó (các ion đồng chiếm các khoảng trống tứ diện, các ion crom được phân bố trong các khoảng trống bát diện) và độ ổn định nhiệt, ổn định hóa học và hoạt động xúc tác tuyệt vời. Ứng dụng của nó chạy qua nhiều liên kết cốt lõi như động cơ tên lửa, hệ thống đẩy tên lửa, bảo vệ nhiệt tàu vũ trụ, lưu trữ và chuyển đổi năng lượng, đồng thời đã trở thành vật liệu chính để thúc đẩy những đột phá trong công nghệ hàng không vũ trụ.
1. Chức năng và cơ chế hoạt động cốt lõi
Nó là một trong những chất xúc tác tốc độ đốt cháy quan trọng nhất trong nhiên liệu rắn tổng hợp. Các hạt kim loại của nó có diện tích bề mặt riêng và năng lượng bề mặt cao, có thể cải thiện đáng kể tốc độ đốt cháy của nhiên liệu đẩy, đồng thời giảm chỉ số áp suất (độ nhạy của tốc độ đốt cháy với sự thay đổi áp suất), cho phép động cơ duy trì quá trình đốt cháy ổn định trong phạm vi áp suất rộng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng kích thước hạt có tác động đáng kể đến hiệu suất của nhiên liệu đẩy:
Việc giảm kích thước hạt có thể làm giảm năng lượng kích hoạt phân hủy ở nhiệt độ-thấp, tăng tốc độ phản ứng phân hủy ở nhiệt độ-cao, từ đó cải thiện tốc độ đốt cháy ở áp suất-cao và giảm chỉ số áp suất. Ví dụ: khi kích thước hạt của oxocopper giảm từ cấp micromet xuống cấp nanomet, tốc độ đốt cháy của chất đẩy có thể tăng thêm 15% -20% và chỉ số áp suất ở phần áp suất cao có thể giảm 0,2-0,3.
2. Tối ưu hóa công thức và tác dụng hiệp đồng
Để nâng cao hơn nữa hiệu suất, nó thường được sử dụng kết hợp với các chất xúc tác tốc độ cháy khác như oxit sắt và ống nano carbon. Ví dụ, trong chất đẩy hỗn hợp HTPB (hydroxyl end polybutadiene), trộn oxocopper với ferrocene theo tỷ lệ 3:1 có thể tăng tốc độ cháy lên 25% trong khi vẫn duy trì chỉ số áp suất dưới 0,5. Ngoài ra, sự phân bố kích thước hạt của nó cần phải được kiểm soát chặt chẽ: kích thước hạt quá nhỏ có thể dễ dẫn đến sự kết tụ và ảnh hưởng đến khả năng phân tán; Nếu kích thước hạt quá lớn thì hiệu suất xúc tác sẽ giảm. Bột oxocopper có kích thước hạt đồng đều có thể được điều chế bằng cách sấy phun, nghiền bi và các quy trình khác để đảm bảo sự phân bố đồng đều của nó trong nhiên liệu đẩy.
3. Các trường hợp ứng dụng điển hình
Động cơ tên lửa: Trong động cơ đẩy rắn của dòng tên lửa Trường Chinh, nó đóng vai trò là chất xúc tác tốc độ đốt chính, giúp tốc độ đốt nhiên liệu đẩy đạt 8-12 mm/s (áp suất khí quyển), đáp ứng yêu cầu lực đẩy cao khi tên lửa cất cánh.
Hệ thống đẩy tên lửa: Trong động cơ giai đoạn 3 của một loại tên lửa đạn đạo, kết hợp với chất xúc tác tổng hợp natri borohydrit, thuốc phóng có thể duy trì tốc độ đốt cháy 6-8mm/s trong môi trường chân không, đảm bảo tên lửa bắn trúng mục tiêu một cách chính xác.
1. Ổn định nhiệt độ cao và hoạt động chống oxy hóa
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 độ) và lớp oxit crom dày đặc (Cr ₂ O3) hình thành trên bề mặt của nó có thể ngăn chặn hiệu quả sự thẩm thấu oxy và kéo dài tuổi thọ của vật liệu. Ví dụ, trong hệ thống bảo vệ nhiệt của viên nang quay trở lại, lớp phủ có thể kéo dài thời gian chịu nhiệt độ của vật liệu từ 120 giây lên 180 giây, đảm bảo cho việc hạ cánh an toàn của tàu vũ trụ.
2. Khả năng chống sốc nhiệt và chống bong tróc
When spacecraft rapidly pass through the atmosphere, the surface temperature changes sharply (Δ T>1000 độ/s), dễ gây bong tróc lớp phủ. Bằng cách tối ưu hóa cấu trúc tinh thể (chẳng hạn như giảm kích thước hạt và tăng mật độ ranh giới hạt), hiệu suất sốc nhiệt có thể được cải thiện đáng kể. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng chất được xử lý đặc biệtđồng crômLớp phủ duy trì độ bám dính trên 95% sau 20 chu kỳ nhiệt (2000 độ → nhiệt độ phòng), tốt hơn nhiều so với lớp phủ alumina truyền thống (độ bám dính giảm xuống 70%).
3. Các kịch bản ứng dụng điển hình
Ngói bảo vệ nhiệt cho khoang quay trở lại: Trong khoang quay trở lại của tàu vũ trụ thuộc dòng Thần Châu, lớp phủ oxocopper được áp dụng cho các bộ phận chính (chẳng hạn như thành dưới và thành bên), kết hợp với vật liệu composite ma trận gốm gia cố bằng sợi cacbua silic- (C/SiC) để tạo thành cấu trúc bảo vệ nhiệt gradient, cho phép khoang quay trở lại chịu được mật độ dòng nhiệt cao nhất là 50MW/m2.
Hypersonic aircraft nose cone: At the nose cone of a certain type of hypersonic aircraft (speed>5 Mach), lớp phủ tổng hợp hợp kim vonfram có thể chịu được nhiệt độ cao 2200 độ trong khi vẫn duy trì độ nhám bề mặt Ra<0.8 μ m, reducing aerodynamic heating losses.
Hệ thống năng lượng tàu vũ trụ: 'Trung tâm cốt lõi' để lưu trữ và chuyển đổi năng lượng
1. Vật liệu điện cực pin nhiên liệu
Trong pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC), nó có thể được sử dụng làm vật liệu catốt và cấu trúc Spinel của nó cung cấp nhiều chỗ trống oxy, thúc đẩy động học của phản ứng khử oxy (ORR). Nghiên cứu đã chỉ ra rằng điện trở phân cực của cực âm gốc oxocopper ở 800 độ chỉ là 0,1 Ω· cm 2, thấp hơn 67% so với cực âm gốc coban truyền thống (0,3 Ω· cm 2), cải thiện đáng kể mật độ công suất đầu ra của pin (từ 0,5W/cm 2 đến 0,8W/cm 2).
2. Lưu trữ và chuyển đổi năng lượng hydro
Nó có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng hydro:
Sản xuất hydro quang xúc tác: Thông qua phản ứng tách nước quang xúc tác (2H ₂ O → 2H ₂+O ₂), chất xúc tác có thể đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng hydro mặt trời là 4,2% dưới bức xạ tia cực tím, cao hơn 133% so với chất xúc tác TiO ₂ truyền thống (1,8%).
Cải cách rượu để sản xuất hydro: Trong phản ứng cải cách hơi metanol (CH ∝ OH+H ₂ O → 3H ₂+CO ₂), các chất xúc tác được hỗ trợ oxocopper (như CuCr ₂ O ₄/Al ₂ O ∝) có thể đạt được tỷ lệ chuyển đổi metanol là 98% và độ chọn lọc hydro trên 95%, cung cấp nguồn hydro ổn định cho pin nhiên liệu tàu vũ trụ.
3. Các trường hợp ứng dụng điển hình
Hệ thống năng lượng cơ sở mặt trăng: Trong kế hoạch căn cứ mặt trăng do NASA đề xuất, một thiết bị xúc tác quang dựa trên oxocopper được sử dụng để sản xuất hydro từ ánh sáng mặt trời trên bề mặt mặt trăng, kết hợp với pin nhiên liệu để đạt được nguồn cung cấp điện liên tục trong 24 giờ. Một hệ thống duy nhất có thể sản xuất tới 10kg hydro mỗi ngày, đáp ứng nhu cầu hàng ngày của ba phi hành gia.
Nguồn cung cấp năng lượng cho tàu thám hiểm sao Hỏa: Trên tàu thám hiểm sao Hỏa "Perseverance", chất xúc tác oxocopper được sử dụng cho hệ thống năng lượng phụ của máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG), cung cấp năng lượng dự phòng cho tàu thám hiểm thông qua cải cách metanol để sản xuất hydro, kéo dài thời gian hoạt động của sứ mệnh lên 14 năm.
1. Chất xúc tác lọc khí thải
CO ₂, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) được tạo ra bởi quá trình hô hấp của các phi hành gia và NOx phát ra từ thiết bị trong cabin kín của tàu vũ trụ cần được lọc sạch trong thời gian thực. Chất xúc tác có thể xúc tác hiệu quả quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm này ở nhiệt độ thấp (50-100 độ):
Quá trình oxy hóa CO: Dưới tác dụng của chất xúc tác hỗn hợp CuCr ₂ O ₄/CeO ₂, CO có thể chuyển hóa hoàn toàn thành CO ₂ ở 80 độ, với tốc độ phản ứng là 0,5mol/(g · h).
Loại bỏ VOC: Đối với các VOC điển hình như formaldehyde và benzen, tỷ lệ khoáng hóa của chất xúc tác oxocopper vượt quá 99%, tránh ô nhiễm thứ cấp.
2. Vật liệu xử lý nước
Trong hệ thống chu trình nước của tàu vũ trụ, nó có thể được sử dụng làm chất hấp phụ để loại bỏ các ion kim loại nặng (như Hg 2 ⁺, Pb 2 ⁺) và các chất ô nhiễm hữu cơ. Các nhóm Cr OH có điện tích dương trên bề mặt có thể thu giữ các ion kim loại nặng thông qua quá trình hấp phụ và tạo phức tĩnh điện, với khả năng hấp phụ 120mg/g (Hg 2⁺), cao hơn 140% so với than hoạt tính (50mg/g).
3. Các kịch bản ứng dụng điển hình
Hệ thống hỗ trợ sự sống của Trạm vũ trụ quốc tế: Trong hệ thống tái tạo oxy của Trạm vũ trụ quốc tế, giường xúc tác có thể hoạt động liên tục trong hơn 5000 giờ, giảm nồng độ CO ₂ từ 10000ppm xuống dưới 100ppm đồng thời thu hồi 95% oxy.
Đơn vị xử lý nước ở căn cứ mặt trăng: Trong chương trình căn cứ mặt trăng của NASA,đồng crômcác cột hấp phụ dựa trên được sử dụng để xử lý nước tiểu và nước ngưng của phi hành gia, đồng thời chất lượng nước thải đáp ứng các tiêu chuẩn của NASA (tổng lượng carbon hữu cơ<0.1mg/L, no heavy metals detected).
Triển vọng tương lai: Ứng dụng đột phá trong các lĩnh vực mới nổi
1. Nano oxocopper và công nghệ lượng tử
Bằng việc kiểm soát các điều kiện tổng hợp (như phương pháp hòa tan, phương pháp khuôn mẫu), chấm lượng tử oxocopper với kích thước hạt<10nm can be prepared. Its quantum confinement effect can significantly enhance catalytic activity and optical performance:
Điện toán lượng tử: Các chấm lượng tử có thể đóng vai trò là vật liệu ứng cử viên cho bit lượng tử, với thời gian quay trong phạm vi mili giây, mang lại khả năng xây dựng máy tính lượng tử trạng thái rắn.
Tăng cường quang xúc tác: Hệ số hấp thụ của nano oxocopper trong vùng ánh sáng khả kiến cao gấp 5 lần so với vật liệu khối và hiệu suất sản xuất hydro xúc tác quang có thể đạt 8%, tiến gần đến ngưỡng thương mại (10%).
3. Tương thích sinh học và y học hàng không vũ trụ
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hạt nano oxocopper biến đổi bề mặt (chẳng hạn như được phủ bằng polyethylen glycol) có khả năng tương thích sinh học tốt và có thể được sử dụng làm chất mang thuốc hoặc cảm biến sinh học:
Theo dõi sức khỏe phi hành gia: Cảm biến dựa trên Oxocopper có thể phát hiện các chất chuyển hóa như glucose và lactate trong dịch cơ thể của phi hành gia trong thời gian thực, với độ nhạy ở mức pM.
Bảo vệ bức xạ: Các hạt nano Oxocopper có thể hấp thụ các hạt năng lượng cao-trong tia vũ trụ, giảm thiệt hại cho DNA của phi hành gia và tăng hiệu quả bảo vệ lên 30% so với tấm chắn chì truyền thống.
2. 3In D và sản xuất theo yêu cầu
Bằng cách kết hợp công nghệ in 3D như thiêu kết laser chọn lọc (SLS), các thành phần cấu trúc phức tạp dựa trên oxocopper (như buồng đốt và tấm bảo vệ nhiệt) có thể được chuẩn bị trực tiếp, đạt được "tích hợp sản xuất theo thiết kế". Ví dụ, vật liệu composite oxocopper/polyimide được in bằng SLS có mật độ thấp hơn 40% so với vật đúc truyền thống trong khi vẫn duy trì được 90% tính chất cơ học.
Nó là một chất xúc tác quan trọng được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa chất.
1. Phương pháp đồng kết tủa hóa học:
Đồng-kết tủa hóa học là phương pháp thường được sử dụng để điều chế sản phẩm. Phương pháp này yêu cầu đồng-kết tủa Cu(NO3)2·6H2O và Cr(NO3)3·9H2O dưới tác dụng kết hợp của axit clohydric và nước amoniac, sau đó rang sản phẩm ở khoảng 500 độ để thu được tinh khiếtđồng crôm. Phương pháp tổng hợp có độ chính xác cao, dễ kiểm soát điều kiện phản ứng nên tương đối phổ biến trong ứng dụng thực tế.
2. Phương pháp gel-sol:
Phương pháp sol{0}}gel là phương pháp tổng hợp sản phẩm bằng phản ứng dung dịch. Phương pháp này cần thêm CuSO4 và NH4CrO4 vào nước khử ion tương ứng, sau đó sử dụng NH4OH hoặc NaOH để điều chỉnh độ pH tạo thành dung dịch keo. Dung dịch keo sẽ được làm bay hơi đến khô để tạo thành gel, sau đó được xử lý ở nhiệt độ nung khoảng 600 độ để cuối cùng thu được sản phẩm nguyên chất. So với các phương pháp tổng hợp khác, phương pháp này có ưu điểm là kiểm soát chính xác kích thước hạt, cấu trúc tinh thể, v.v. nên được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tế.
Nói một cách dễ hiểu, nó có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp đồng kết tủa hóa học, phương pháp sol{0}}gel, phương pháp phản ứng pha khí, phương pháp tổng hợp có hỗ trợ siêu âm- và phương pháp mẫu. Các phương pháp tổng hợp khác nhau có những đặc điểm và ưu điểm riêng, do đó có thể lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp theo nhu cầu cụ thể.
|
Công thức hóa học |
CrCuO3 |
|
Khối lượng chính xác |
163 |
|
Trọng lượng phân tử |
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%) |
|
Phân tích nguyên tố |
Cr, 31,79; Cu, 38,86; Ồ, 29:35 |
Nó là một oxit kim loại kép và các đặc điểm cấu trúc phân tử của nó có ý nghĩa rất lớn đối với hiệu suất và ứng dụng xúc tác của nó.
Oxocopper thuộc về oxit kim loại kép, cấu trúc phân tử của nó rất phức tạp và có nhiều cấu trúc. Loại phổ biến nhất là CuCr2O4cấu trúc tinh thể, các tham số mạng của nó là a=8.105Å, c=8.924Å, nó thuộc hệ tinh thể lập phương và nhóm không gian là Fd-3m. CuCr2O4cấu trúc tinh thể được cấu tạo từ Cu2+ và Cr3+ các ion được sắp xếp xen kẽ nhau, mỗi Cu2+tọa độ ion với sáu Cr3+các ion và mỗi Cr3+tọa độ ion với bốn Cu2+ion và hai O2-ion.
Trong cấu trúc tinh thể CuCr2O4, độ dài liên kết trung bình của Cu2+ion là 0,2077nm, độ dài liên kết trung bình của Cr3+các ion là 0,2130nm và độ dài liên kết trung bình của O2-ion là 0,1379nm. Do sự chênh lệch bán kính ion của CuCr2O4Cấu trúc tinh thể, có nhiều đồng phân hình học phối hợp hơn, chẳng hạn như pha lượng giác, pha tứ giác, pha bát diện và pha mười hai mặt. Những đồng phân hình học phối hợp khác nhau này có thể ảnh hưởng đến tính chất và ứng dụng của sản phẩm.
Cấu trúc phân tử của nó liên quan chặt chẽ đến tính chất vật lý của nó. Nó là một loại bột màu đen có độ ổn định nhiệt cao và kháng hóa chất. Do cấu trúc tinh thể đặc biệt, nó có tính dẫn điện và từ tính tốt, được sử dụng rộng rãi trong một số linh kiện điện tử và vật liệu từ tính. Ngoài ra, nó có độ nhạy nhiệt nhất định và hệ số giãn nở nhiệt của nó có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi cấu trúc tinh thể của nó.
Nó có đặc tính hấp phụ nhất định do cấu trúc phân tử phức tạp của nó. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó có hoạt tính xúc tác và tính chọn lọc tốt, có thể được sử dụng rộng rãi làm chất xúc tác quan trọng trong các phản ứng hóa học khác nhau. Nó thường được sử dụng trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ, như oxy hóa, hydroxyl hóa, hydro hóa và các phản ứng khác. Tác dụng xúc tác của nó chủ yếu được thực hiện bởi các trung tâm hoạt động được hình thành bởi Cu2+và Cr3+ các ion trống trên bề mặt oxy. Ngoài ra, nó còn có đặc tính hấp phụ nhất định, có thể hấp phụ một số chất phân tử nhỏ như khí và nước.
Tóm lại, là một oxit kim loại kép,đồng crômCấu trúc phân tử của nó có ý nghĩa lớn đối với hiệu suất và ứng dụng xúc tác của nó. Cấu trúc tinh thể của sản phẩm c rất phức tạp, có nhiều đồng phân hình học phối hợp, tính chất vật lý tốt, có độ ổn định nhiệt và kháng hóa chất cao, hoạt tính xúc tác và chọn lọc trong các phản ứng hóa học chủ yếu thông qua bề mặt Các trung tâm hoạt động được hình thành bởi Cu2+và Cr3+ion trên chỗ trống oxy được thực hiện.
Chú phổ biến: đồng crôm cas 12053-18-8, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, bán buôn, mua, giá, số lượng lớn, để bán