2025年9月常州大学低碳清洁能源与安全高效燃烧科研团队孙运兰教授课题组2023级硕士研究生伍双艳在燃烧领域TOP期刊Combustion and Flame期刊发表了题为“Oxygen vacancies and oxygen cycle of copper oxide enhancing the ignition and combustion behavior of boron particles”的研究论文。
本研究通过激光点火实验，研究了CuO对纳米硼粉的点火与燃烧性能的影响，并对样品及其燃烧产物的形貌、热行为、火焰特性、燃烧光谱和产物特性进行了分析。同时，利用DFT研究了CuO中氧空位对硼粉氧化反应的作用机制。主要结论如下：
（1）CuO显著提升了硼粉的反应放热，降低了硼粉的初始氧化温度，并促进了硼粉的高温氧化。 随着CuO含量增加，硼的低温氧化温度由725.3 °C降低至625.2 °C，高温氧化增重峰也从1010 °C下降到982.7 °C。当CuO含量达到30 wt.%时，B0.7–CuO0.3样品的最大放热量达到2634.1 J·g-1。
（2）CuO增强了硼粉的燃烧光谱强度和火焰膨胀速度。 随着CuO含量的增加，燃烧光谱强度与火焰膨胀速度均提高。当CuO含量达到30 wt.%时，火焰面积扩大至纯硼样品的1.4倍。
（3）CuO表面的氧空位有助于硼的点火与燃烧。 相较于气态氧，CuO可提供更高密度的氧源，从而促进硼的氧化。在低温阶段，部分CuO与硼反应生成B2O3和Cu2O，随后Cu2O被硼还原为Cu。在高温阶段，CuO分解生成Cu2O并释放氧气，同时形成的氧空位可促进环境氧的循环参与反应，加速了硼的氧化与燃烧过程。
该论文第一作者伍双艳是常州大学2023级动力工程及工程热物理专业硕士研究生，此研究成果常州大学孙运兰教授为通讯作者，常州大学是第一作者和通讯作者单位。值得一提的是这是伍双艳同学在硕士期间以第一作者发表的第五篇学术期刊论文。
英文摘要：
The combustion of boron (B) powder tends to generate a dense oxide layer on its surface, which severely impedes the sustained reaction. To solve the issue, the B modified by CuO (B-CuO) was prepared to utilize the facilitating effect of CuO on the combustion of nano-sized boron (nB) powder. To elucidate the phenomenon observed in laser ignition experiments, which CuO significantly improves the ignition and combustion performance of nB powder, thermal analysis, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and density functional theory were employed. The results show that CuO enhances the heat release and reduces the ignition temperature of nB. The nB modified by CuO is capable of inducing a pre-ignition reaction and the maximum heat release is achieved when the CuO content reaches 30 wt.%. The oxygen vacancies on the CuO surface act as reaction sites, which promote the speed of the cyclic oxygen absorption and release process, and enhance the flame intensity. This study demonstrates the effectiveness of CuO in promoting the combustion of B powder and provides insight into the underlying mechanisms.
Graphical Abstract：
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2025.114489
撰稿：2023级硕士生伍双艳 审核：朱宝忠
附：期刊简介
Combustion and Flame：中科院大类分区1区 （2025年3月最新升级版），2024-2025最新影响因子6.20，2025年最新CiteScore=10.90
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