碳纳米纤维负载Co_3S_4复合材料的合成及其在染料敏化太阳电池对电极的应用

采用水热法合成四硫化三钴(Co_3S_4)催化材料,并利用球磨和喷涂技术将其制备成对电极,结合新型无碘电解液Co~(2+)/Co~(3+)用于染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,简称DSCs)来研究其光电性能。测试结果显示,基于Co_3S_4对电极,DSCs的能量转化效率(power conversion efficiency,简称PCE)只有6.06%,远远低于Pt对电极(8.05%)。为了提高Co_3S_4的催化能力,采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维(electrospun carbon nanofibers,简称ECs),结合水热法制备出不同负载量的碳纳米纤维负载四硫化三钴(Co_3S_4/ECs)复合催化材料用于对电极,结果表明,Co_3S_4/ECs的PCE最高可达(8.22±0.08)%,优于Pt对电极。     

介孔调控Co9S8/Ni3S2复合电极材料及电催化析氢性能

利用快速凝固结合化学脱铝模板法制备前驱体纳米多孔Ni-Co合金,再经气相沉积硫和热氢还原制备纳米多孔Co₉S₈/Ni₃S₂复合电极材料。研究表明,通过气相沉积,硫原子与Ni-Co合金原位生成CoS₂/NiS₂复合相,再经过热氢还原后,形成硫原子比例较低的Co₉S₈/Ni₃S₂复合相。该热氢还原过程不仅提高了Co₉S₈/Ni₃S₂各元素周围的电子密度,而且在其表面调制出有介孔结构的异质界面,进而提高其电子传输能力并增大活性比表面积。相比于其他同条件下制备的Ni、Co硫化物,Co₉S₈/Ni₃S₂拥有更佳的析氢反应（HER）活性,在50 mA·cm^-2的电流密度下,Co₉S₈/Ni₃S₂的HER过电位为234 mV,Tafel斜率为106 mV·dec^-1,经稳定性测试后,电压变化仅为14 mV。     

MnWO4/生物质衍生碳纳米复合催化剂的制备及催化性能

通过共沉淀法合成了双金属氧化物MnWO₄镶嵌生物质衍生碳（MnWO₄/BC）纳米复合催化剂,并将其作为对电极（counter electrode,CE）催化剂组装了染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell,DSSC）,探究了MnWO₄/BC在非碘体系中的催化性能和光伏性能。结果表明：在铜氧化还原（Cu²⁺/Cu⁺）电对DSSC中获得的光电能量转换效率（power conversion efficiency,PCE）为3.57%（D35）和1.59%（Y123）,高于Pt电极的PCE（3.12%,1.16%）;50次连续循环伏安测试表明,MnWO₄/BC催化剂具有较好的电化学稳定性。     

球形微粒Co3O4电极催化氧化硫离子

尝试用氨蒸发诱导合成方法在石墨小片上生长球形Co₃O₄微粒, 并用其制备电极且进行S^2-的电化学氧化研究. 用极化曲线、恒电位技术等电化学方法考察了Co₃O₄电极对S^2-的电化学氧化的催化性能, 发现Co₃O₄电极对电化学氧化S^2-具有优异的催化性能, 极大地促进了-0.40 V 附近S^2-向含硫的酸根离子和低级多硫离子的转变, 电流密度最大可以达到580 mA·cm^-2. 恒电位极化表明电极的电催化稳定性良好; 电化学阻抗谱(EIS)测试显示Co₃O₄在碱性S^2-电解液中的电荷转移电阻很小, 这从电化学动力学角度解释了它对S^2-具有良好的催化性能.     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn⁴⁺掺杂的Co₃O₄复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn⁴⁺掺杂,Co₃O₄复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当n_Co∶n_Mn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m²·g^-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g^-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g^-1,这比纯Co₃O₄纳米纤维的416 F·g^-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co₃O₄纳米纤维则是76.4%。     

核壳结构的Co3O4@δ-MnO2/Pt作为锂氧电池高效催化正极

通过简易、可控的水热方法在泡沫镍基体上直接生长了核壳结构的阵列型Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极。阵列电极有利于电极的润湿、氧气的传输和Li₂O₂的负载。Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt正极对氧还原和氧析出反应具有高的催化性能,可促使Li₂O₂依附Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt阵列生长,从而保持阵列结构。该生长行为有利于Li₂O₂在充电时分解。以Co₃O₄@δ-MnO₂/Pt为催化正极的锂氧电池显示出高的容量（在电流密度100 mA·g^-1时容量为2 480 mAh·g^-1）,以及长的循环寿命（容量限定在500 mAh·g^-1时,在200 mA·g^-1电流密度下,可循环65次）,该性能超过了使用Co₃O₄或Co₃O₄@δ-MnO₂催化剂的电池。     

Co3O4/ZnO修饰针灸针的制备及其在葡萄糖检测领域的应用

将Co₃O₄/ZnO针状纳米棒材料修饰到针灸针表面用于检测葡萄糖浓度的变化。首先采用水热法在针灸针表面得到 Co（CO₃）_0.5（OH）·0.11H₂O针状纳米棒前驱体,然后在500 ℃条件下退火3 h得到Co₃O₄针状纳米棒阵列。再采用浸渍法将预制备好的ZnO量子点修饰到Co₃O₄针状纳米棒表面,得到Co₃O₄/ZnO复合修饰的针灸针。研究发现此针灸针对葡萄糖具有较好的电流响应（2 264.27 μA·L·mmol^-1·cm^-2）、较快的响应速度（<4 s）及较低的检测极限（0.311 μmol·L^-1（S/N=3））。且该针灸针在用于检测人体模拟细胞液中葡萄糖浓度时,对抗坏血酸和尿素等表现出较强的抗干扰性。     

Co3O4/ZnO修饰针灸针的制备及其在葡萄糖检测领域的应用

将Co₃O₄/ZnO针状纳米棒材料修饰到针灸针表面用于检测葡萄糖浓度的变化。首先采用水热法在针灸针表面得到Co（CO₃）_0.5（OH）·0.11H₂O针状纳米棒前驱体,然后在500 ℃条件下退火3 h得到Co₃O₄针状纳米棒阵列。再采用浸渍法将预制备好的ZnO量子点修饰到Co₃O₄针状纳米棒表面,得到Co₃O₄/ZnO复合修饰的针灸针。研究发现此针灸针对葡萄糖具有较好的电流响应（2 264.27 μA·L·mmol^-1·cm^-2）、较快的响应速度（<4 s）及较低的检测极限（0.311 μmol·L^-1（S/N=3））。且该针灸针在用于检测人体模拟细胞液中葡萄糖浓度时,对抗坏血酸和尿素等表现出较强的抗干扰性。     

Fe/Cu修饰氮掺杂碳纳米管的构筑及催化性能

通过简单的原位化学合成法结合离子交换法制备了Cu修饰氮掺杂碳（Cu-N-C）和Fe/Cu修饰氮掺杂碳纳米管（Fe/Cu-N-C/CNT）,并系统评估了2种催化剂作为染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells,DSSCs）对电极在I₃^-/I^-体系中的电化学特性和光伏性能。采用X射线衍射（XRD）、拉曼（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和场发射扫描电镜（FESEM）对合成的催化剂进行组分和形貌表征。结果表明：纳米管状的Fe/Cu-N-C/CNT的石墨化程度比纳米颗粒状的Cu-N-C更高,更有利于I₃^-还原反应中电荷的传输。光伏性能测试结果表明：基于Fe/Cu-N-C/CNT对电极的DSSCs的光电能量转换效率（power conversion efficiency,PCE）达到7.55%,高于相同测试条件下Cu-N-C（6.99%）和Pt（6.76%）对电极的PCE。50圈连续循环伏安测试结果表明：Fe/Cu-N-C/CNT催化剂具有比Cu-N-C更好的电化学稳定性。     

硫中毒对Co3O4/CeO2复合氧化物上炭黑催化燃烧的影响

采用共沉淀法制备了CeO₂,Co₃O₄和一系列Co₃O₄/CeO₂复合氧化物催化剂,在400 ℃下含SO₂的氧化气氛中对催化剂进行了硫中毒处理,通过原位红外光谱、X射线衍射、程序升温脱附和X射线光电子能谱对新鲜和硫中毒的样品进行了表征. 结果表明,所有测试的硫中毒样品上均形成了硫酸盐,CeO₂上累积的硫酸盐明显比Co₃O₄上的多,Co₃O₄/CeO₂复合氧化物在硫中毒过程中形成了硫酸钴和硫酸铈. 对新鲜和硫化样品在NO/O₂气氛下进行了催化炭黑燃烧实验,发现Co₃O₄/CeO₂复合氧化物的活性和抗硫性能优于CeO₂,但抗硫性能低于Co₃O₄.     

An Interconnected Ternary MIn2S4 (M=Fe,Co, Ni) Thiospinel Nanosheet Array: A Type of Efficient Platinum‐Free Counter Electrode for Dye‐Sensitized Solar Cells

The ternary iron‐group thiospinels of metal diindium sulfides (MIn₂S₄, M=Fe, Co, Ni) with a vertically aligned nanosheet array structure are fabricated through an in situ solvothermal method on F‐doped tin oxide (FTO) substrates, which are employed as one type of platinum (Pt)‐free counter electrodes (CEs) in structure‐dependent dye‐sensitized solar cells (DSSCs). A DSSC assembled with ternary CoIn₂S₄ CE achieves an photoelectric conversion efficiency (PCE) of 8.83 %, outperforming than that of FeIn₂S₄ (7.18 %) and NiIn₂S₄ (8.27 %) CEs under full sunlight illumination (100 mW cm⁻², AM 1.5 G), which is also comparable with that of the Pt CE (8.19 %). Putting aside that the interconnected nanosheet array provides fast electron transfer and electrolyte diffusion channels, the highest PCE of CoIn₂S₄ based DSSC results from its largest specific surface area (144.07 m² g⁻¹), providing abundant active sites and the largest electron injection efficiency from CE to electrolyte.     

An Interconnected Ternary MIn2S4 (M=Fe,Co, Ni) Thiospinel Nanosheet Array: A Type of Efficient Platinum-Free Counter Electrode for Dye-Sensitized Solar Cells

The ternary iron-group thiospinels of metal diindium sulfides (MIn₂S₄, M=Fe, Co, Ni) with a vertically aligned nanosheet array structure are fabricated through an in situ solvothermal method on F-doped tin oxide (FTO) substrates, which are employed as one type of platinum (Pt)-free counter electrodes (CEs) in structure-dependent dye-sensitized solar cells (DSSCs). A DSSC assembled with ternary CoIn₂S₄ CE achieves an photoelectric conversion efficiency (PCE) of 8.83 %, outperforming than that of FeIn₂S₄ (7.18 %) and NiIn₂S₄ (8.27 %) CEs under full sunlight illumination (100 mW cm⁻², AM 1.5 G), which is also comparable with that of the Pt CE (8.19 %). Putting aside that the interconnected nanosheet array provides fast electron transfer and electrolyte diffusion channels, the highest PCE of CoIn₂S₄ based DSSC results from its largest specific surface area (144.07 m² g⁻¹), providing abundant active sites and the largest electron injection efficiency from CE to electrolyte.     

高效析氧电催化剂Co3O4@NiMn-LDH异质结构阵列的制备

我们合理设计和制备了一种新型的高性能析氧电催化剂——泡沫镍负载Co_3O_4@NiMn-LDH(层状双金属氢氧化物)三维异质结构阵列(Co_3O_4@NiMn-LDH/NF)。这种基于泡沫镍基底的三维异质结构催化剂经简单的两步水热反应即可制得。对比Co_3O_4、NiMn-LDH及传统RuO2催化剂,所制备的Co_3O_4@NiMn-LDH/NF催化剂展示出更优异的电催化析氧性能。在1 mol·L~(-1)KOH溶液中,电流密度为50 mA·cm~(-2)时的过电势仅为282 mV,塔菲尔斜率为64 mV·dec~(-1)。通过有效的界面工程设计,使异质结构陈列Co_3O_4@NiMn-LDH发挥出Co_3O_4和NiMn-LDH各自优异的电催化性能。其中,基于泡沫镍基底生长的活性组分Co_3O_4纳米线阵列作为中间核支撑结构,保持了良好的空隙率,不仅有利于暴露更多的活性位点,而且有利于电解液的扩散和气体产物的释放;而依附于Co_3O_4纳米线阵列上的NiMn-LDH异质结构纳米片层则富有更多的亲水性基团,使得活性位点更易与水结合,从而促进氧析出反应的进行。     

Ag3PO4/Ag2S/g-C3N4复合光催化剂的制备与性能

通过沉积法和离子交换法成功地制备了Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化剂。利用X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附-脱附等温线、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等手段对样品进行了表征。通过降解罗丹明B考察其可见光催化活性及稳定性,研究了硫化钠与磷酸银物质的量的比值(n_(Na_2S)/n_(Ag_3PO_4))、g-C_3N_4添加量对所制备复合光催化材料性能的影响,同时对光催化机理进行了探讨。结果表明,随着n_(Na2S)/n_(Ag3PO4)的增加,所得复合催化材料活性先增加后降低;当n_(Na2S)/n_(Ag_3PO_4)为1.5%、g-C_3N_4与Ag_3PO_4的质量比为3∶7时制备的催化剂ASC1.5的光催化活性最好,在可见光照射下,40 min内可将罗丹明B完全降解,且5次循环使用后仍保持较高的催化活性。和Ag_3PO_4相比,Ag_3PO_4/Ag_2S/g-C_3N_4复合型光催化材料的活性与稳定性都得到明显提高,这主要归因于复合催化剂比表面积和孔结构的增加,载流子分离效率的提高。光催化机理研究表明,空穴(h~+)、超氧阴离子自由基(·O~(2-))和羟基自由基(·OH)都是光催化过程中的主要活性物种。三者作用大小依次为:h~+·O~(2-)·OH。     

纳米Fe_3O_4及钴离子掺杂Fe_3O_4:有机碱共沉淀制备和磁性质

以有机碱四甲基氢氧化铵(TMAH)为沉淀剂合成了纳米Fe3O4和Co2+掺杂的纳米Fe3O4粒子。分别讨论了碱用量,铁盐溶液浓度,反应温度,有机碱及PEG-4000的分散性等因素对纳米Fe3O4的形貌影响。结果表明,所合成的纳米Fe3O4为30nm左右的反尖晶石型面心立方结构,有机碱除了起沉淀剂作用,还能够提高纳米Fe3O4的分散性。本文还讨论了不同Co2+掺入量的纳米Fe3O4粒子的磁性质,结果表明Co2+掺杂的纳米Fe3O4粒子的矫顽力在不同掺入量的下有较大的改变。当Co2+掺入量为10.0%时,纳米Fe3O4的矫顽力达到最大值,为1628Oe。     

镁二次电池正极材料纳米Fe3S4的电化学性能

首次将尖晶石相的纳米Fe₃S₄材料用作镁二次电池的正极材料。采用水热法一步合成了具有纳米结构的Fe₃S₄材料, 并采用XRD、SEM测试手段对产物的物相、形貌进行了表征。实验结果表明, 在160 ℃能够合成纯相的Fe₃S₄材料, 该材料具有银耳状纳米结构。电化学测试结果显示, 水热法合成的纳米Fe₃S₄材料能够在镁二次电池体系中进行有效的可逆充放电, 放电平台电压为0.9 V, 首次放电容量高达267 mAh·g^-1, 50次循环后衰减至110 mAh·g^-1。电化学交流阻抗测试结果表明镁离子能够在Fe₃S₄晶格中扩散。     

镁二次电池正极材料纳米Fe3S4的电化学性能研究

首次将尖晶石相的纳米Fe₃S₄材料用作镁二次电池的正极材料。采用水热法一步合成了具有纳米结构的Fe₃S₄材料, 并采用XRD、SEM测试手段对产物的物相、形貌进行了表征。实验结果表明, 在160 ℃能够合成纯相的Fe₃S₄材料, 该材料具有银耳状纳米结构。电化学测试结果显示, 水热法合成的纳米Fe₃S₄材料能够在镁二次电池体系中进行有效的可逆充放电, 放电平台电压为0.9 V, 首次放电容量高达267 mAh· g^-1, 50次循环后衰减至110 mAh· g^-1。电化学交流阻抗测试结果表明镁离子能够在Fe₃S₄晶格中扩散。     

Hydrothermal synthesis and luminescent properties of Sb-doped Sr3(PO4)2

Sb³⁺-doped Sr₃(PO₄)₂ crystals has been synthesized using phosphoric acid, strontium hydroxide and antimony powder as the raw materials through a hydrothermal reaction method. The crystallinity and the microstructure were investigated using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The photoluminescent property was investigated using luminescent spectrometer. Phase pure Sr₃(PO₄)₂ crystal was obtained and it has a shape of hexagonal rod. It showed the emission and excitation peaks at 396, 250, and 215 nm, respectively, indicating that the emission is attributed to ³P₁-¹S₀ transition and the excitation is attributed to ¹S₀-³P₁ and ¹S₀-¹P₁ transition. It was also observed that the intensity of photoluminescence is thermally stable up to 673 K.     

氮掺杂碳纳米管负载Co3O4氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B₁₂,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂,Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V(vs RHE),超越了商业Pt/C(0.820 V(vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。