The preparation and catalytic activities of various transition metal carbide crystallites (VC, MoC, WC) were examined in this study. In particular, the effect of different kinds of transition metal crystallites were scrutinized on the ammonia decomposition reaction. The experimental results showed that BET surface areas ranged from $8.3m^2/g$ to $36.3m^2/g$ and oxygen uptake values varied from $9.1{\mu}mol/g$ to $25.4{\mu}mol/g$. Amongst prepared transition metal carbide crystallites, tungsten compounds (WC) were observed to be most active for ammonia decomposition reaction. The main reason for these results were considered to be related to the extent of electronegativity between these materials. Most of transition metal carbide crystallites were exceeded by Pt/C crystallite. However, the steady state reactivities for some of transition metal carbide crystallites (WC) were comparable to or even higher than that determined for the Pt/C crystallite.
WC-Co cemented carbides were consolidated using spark plasma sintering in the temperature 1400℃ with transition metal carbides addition. The densification depended on exponentially as a function of sintering exponent. Moreover, the secondary (M, W) Cx phases were formed at the grain boundaries of WC basal facet. Corresponded, to increase the basal facets lead to the plastic deformation and oriented grain growth. A higher hardness was correlated with their grain size and lattice strain. We suggest that this is due to the formation energy of (M, W)Cx attributed to inhibit the grain growth and separates the WC/Co interface.
The recycling of waste resources, such as spent catalysts, primarily involves leaching and extracting metal components via smelting. These metal components are then recovered as salts, such as sulfates and nitrates. When crystallization occurs during the calcination of the recovered salts, the salts are converted into oxides, which are then reduced to form metals or ceramic materials. Common reducing agents used in oxide reduction include hydrogen and carbon, and metal powders are obtained upon reduction. Carbide synthesis can occur if the recycled element is a transition metal and carbon is used as the reducing agent. Despite being ceramic materials, transition metal carbides exhibit excellent conductivity owing to their metallic bonding. Recently, MXene, a two-dimensional transition metal carbide, has gained attention for electromagnetic wave shielding, secondary battery electrodes, and water purification owing to its electrical conductivity and large surface area. This study developed a process for synthesizing high-value MXene materials from waste resources. The properties of these MXenes were evaluated to confirm the potential of using waste resources as raw materials for MXenes.
Kim, Jiwoo;Kim, Myungjae;Kim, Hyokyeong;Park, Sohyun;Seo, Minkyeong;Kim, Jiwoong
Resources Recycling
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v.31
no.1
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pp.46-55
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2022
The recycling of coated cemented carbide scraps is becoming increasingly significant for the recovery of rare metals. However, coatings consisting of Group IV and V transition metal nitrides are one of the challenging factors in obtaining high-purity materials. We investigated the structural, elastic, and mechanical properties of Group IV and V transition-metal nitrides (TiN, VN, ZrN, NbN, HfN, and TaN) using first-principle calculations. Convergence tests were performed to obtain reliable calculated results. The equilibrium structures of the nitrides were in good agreement with those of a previous study, indicating the reliability of the data. Group IV transition metal nitrides show a higher covalent bonding nature. Thus, they exhibit a higher degree of brittleness than that of Group V transition metal nitrides. In contrast, Group V transition metal nitrides show weaker resistance to shear loading and more ductile behavior than Group IV transition metal nitrides because of the metallic bonds characterized by valence electron concentration. The results of the crystal orbital Hamilton population analysis showed good agreement with the shear resistance tendencies of all transition metal nitrides.
Interest in eco-friendly materials with high efficiencies is increasing significantly as science and technology undergo a paradigm shift toward environment-friendly and sustainable development. MXenes, a class of two-dimensional inorganic compounds, are generally defined as transition metal carbides or nitrides composed of few-atoms-thick layers with functional groups. Recently MXenes, because of their desirable electrical, thermal, and mechanical properties that emerge from conductive layered structures with tunable surface terminations, have garnered significant attention as promising candidates for energy storage applications (e.g., supercapacitors and electrode materials for Li-ion batteries), water purification, and gas sensors. In this review, we introduce MXenes and describe their properties and research trends by classifying them into two main categories: transition metal carbides and nitrides, including Ti-based MXenes, Mo-based MXenes, and Nb-based MXenes.
Transition metal carbides (TMCs) are used to process difficult-to-cut materials due to the trend of requiring superior wear and corrosion properties compared to those of cemented carbides used in the cutting industry. In this study, TMC (TiC, TaC, Mo2C, and NbC)-based cermets were consolidated by spark plasma sintering at 1,300 ℃ (60 ℃min) with a pressure of 60 MPa with Co addition. The sintering behavior of TMCs depended exponentially on the function of the sintering exponent. The Mo2C-6Co cermet was fully densified, with a relative density of 100.0 %. The Co-binder penetrated the hard phase (carbides) by dissolving and re-precipitating, which completely densified the material. The mechanical properties of the TMCs were determined according to their grain size and elastic modulus: TiC-6Co showed the highest hardness of 1,872.9 MPa, while NbC-6Co showed the highest fracture toughness of 10.6 MPa*m1/2. The strengthened grain boundaries due to high interfacial energy could cause a high elastic modules; therefore, TiC-6Co showed a value of 452 ± 12 GPa.
Recent advancements in electronic devices and wireless communication technologies, particularly the rise of 5G, have raised concerns about the escalating electromagnetic pollution and its potential adverse impacts on human health and electronics. As a result, the demand for effective electromagnetic interference (EMI) shielding materials has grown significantly. Traditional materials face limitations in providing optimal solutions owing to inadequacy and low performance due to small thickness. MXene-based composite materials have emerged as promising candidates in this context owing to their exceptional electrical properties, high conductivity, and superior EMI shielding efficiency across a broad frequency range. This review examines the recent developments and advantages of MXene-based composite materials in EMI shielding applications, emphasizing their potential to address the challenges posed by electromagnetic pollution and to foster advancements in modern electronics systems and vital technologies.
In the recently synthesized rare earth transition metal carbide $La_7O_{s4}C_9$ one finds one-dimensional organometallic $[O_{s4}C_9]^{21-}$ polymers embedded in a $La^{3+}$ ionic matrix. The electronic structure of the polymeric $[O_{s4}C_9]^{21-}$ chain was investigated by density of states (DOS) and crystal orbital overlap population (COOP), using the extended Huckel algorithm. A fragment molecular orbital analysis is used to study the bonding characteristics of the $C_2$ units in $La_7O_{s4}C_9$ containing $C_2$ units and single C atoms as well. The title compound contains partially filled Os and carbon bands leading to metallic conductivity. As the observed distances already indicated, the calculations show extensive Os-C interactions. The C-C bond distance in the diatomic $C_2$ units ($d_{C-C}$=131 pm) in the solid is significantly increased relative to $${C_2}^{2-}$$ or acetylene, because antibonding $1{\pi}_g$ orbitals are partially filled by the Os-$C_2(1\;{\pi}_g)$ bonding contribution found at and below the Fermi level.
This paper describes an ab Initio study on interface energies, misfit strain energies, and electron structures at coherent interfaces Fe(bcc structure)/MCs(NaCl structure M=Ti, Zr, Hf). The interface energies at relaxed interfaces Fe/TiC, Fe/ZrC and Fe/HfC were 0.263, 0.153 and $0.271 J/m^2$, respectively. It was understood that the dependence of interface energy on the type of carbide was closely related to changes of the binding energies between Fe, M and C atoms before and after formation of the interfaces Fe/MCs with the help of the DLP/NNBB (Discrete Lattice Plane/ Nearest Neighbour Broken Bond) model and data of the electron structures. The misfit strain energies in Fe/TiC, Fe/ZrC and Fe/HfC systems were 0.390, 1.692 and 1.408 eV per 16 atoms(Fe: 8 atoms and MC; 8 atoms). More misfit energy was generated as difference of lattice parameters between the bulk Fe and the bulk MCs increased.
Carbon nanotube supported molybdenum carbide catalysts were prepared as a function of various preparation conditions and characterized, and their catalytic activities were compared through electrochemical oxidation of methanol. To overcome the low activity of a transition metal catalyst, carbon nanotube was used as a support, and the amount and the kind of precursors, acid treatment method, and carburization temperature were varied for the catalyst preparation. ICP-AES, XRD and TEM were used for the catalyst characterization. Based on the various preparation methods of carbon nanotube supported molybdenum carbide catalysts ($Mo_2C/CNT$), the size and the amount of supported catalysts could be controlled, and their effects on the electrochemical oxidation could be explained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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