CoSe2-CuSe2NF双功能电催化剂的制备及其电解水性能的研究

随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,开发价格低廉、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂意义重大。本研究利用水热法成功制备出一系列具有纳米花结构的双功能电催化剂(CuSe₂-CoSe₂(1∶1)NF、CuSe₂-CoSe₂(3∶1)NF、CuSe₂-CoSe₂(1∶3)NF),通过一系列的表征对催化剂的结构、形貌、元素组成、元素价态进行分析。研究发现CuSe₂-CoSe₂NF双金属硒化物中CoSe₂和CuSe₂相互协同作用,促进电子转移,提高电解水性能。此外,CuSe₂-CoSe₂NF纳米花结构具有较大的比表面积(808 m²     

射频等离子制备石墨烯负载Co3O4催化剂及其析氧性能研究

氢能的引入能有效提升配电网的供电可靠性,而电解水制氢是实现低碳转型的关键技术,开发高效的电解水催化剂势在必行。过渡金属氧化物储量大、催化活性高,是具有广阔应用前景的析氧反应催化剂。本文通过射频等离子体处理制备石墨烯上负载Co₃O₄析氧催化剂,XRD、Raman和XPS测试结果显示,二维结构石墨烯的引入加速表面电子迁移,增大了反应面积。等离子体处理促进了纳米粒子在石墨烯上的负载,利用等离子体刻蚀作用在催化剂表面制造出大量碳结构缺陷和氧空位结构,改善了活性位点分布,有效调控Co₃O₄电子结构,提高析氧催化活性。电化学测试表明,本文中合成的Co₃O₄@rGO在电流密度为50 mA·cm^-2时的过电位为410 mV,动力学反应速率较快,表现出优于商业IrO₂的析氧催化活性。     

铂/铜合金催化剂的制备及其电解水析氢性能研究

面对化石能源危机问题,清洁高效的氢能源受到人们的广泛关注,电解水制氢成为新的研究热点。本文主要围绕铂/铜合金催化剂的合成、表征及其电解水析氢催化应用展开研究。采用溶剂热法合成铂/铜合金,通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS等表征铂/铜合金的组成结构和微观形貌,对铂/铜合金的构效关系进行探索。利用电化学测试系统测得铂/铜合金不同条件下的析氢催化性能。在0.5 mol/L H₂SO₄中,铂/铜合金的起始过电位为20.3 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为37.56 mV·dec^-1;在1 mol/L磷酸缓冲盐溶液(PBS)中,铂/铜合金的起始过电位为35.0 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为52.12 mV·dec^-1;在1 mol/L KOH中,铂/铜合金的起始过电位为25.3 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为36.82 mV·dec^-1。对比发现,铂/铜合金在酸性电解质中展...     

负极材料Li4Ti5O12的制备与性能研究

利用纳米二氧化钛(P25)粉为钛源,Li2CO3为锂源,采用固相法及高能球磨法制备亚微米级尖晶石Li4Ti5O12.将Li4Ti5O12与碳纳米管(CNTs)制备成复合电极作为工作电极与锂片组成电池进行电化学性能测试.通过SEM,XRD等表征材料形貌、结构及粒径分布,通过充放电测试表征其电化学性能.结果表明,在800℃合成温度及8h合成时间制备条件下可以得到小尺寸且颗粒均匀的亚微米晶体Li4Ti5O12,且合成的产物电化学性能最佳.在800℃及8h合成条件下,产物首次充放电容量分别为188.0 mAh/g和189.1 mAh/g,首次充放效率为99.4％,且具有良好的可逆性.     

3LiMnPO4·Li3V2（PO4）3正极材料的制备及其电化学性能研究

以五氧化二钒干凝胶、碳酸锰、磷酸二氢铵、碳酸锂、乙炔黑为原料,采用固相法在相对较低的温度条件下合成了x Li Mn PO4·y Li3V2(PO4)3锂离子电池复合正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,750℃下烧结15 h合成的3Li Mn PO4·Li3V2(PO4)3为结晶良好的两相结构,颗粒粒径较小且分布比较均匀,其在室温、0.2 C倍率下首次充放电容量分别为144.8 m Ah/g和139.8 m Ah/g,循环50次后容量为130.5 m Ah/g。     

Mg2+掺杂Li4Ti5O12陶瓷靶材的制备及其性能研究

本实验以Mg(OH)2作为镁源,将1wt;、2wt;、3wt;、4wt;、5wt;的Mg(OH)2粉末与纯Li4Ti5O12粉末球磨混合,使用粉末冶金的方法烧结制备出了Mg2+掺杂的Li4Ti5O12陶瓷靶材,分别研究了烧结温度为880 ℃、900 ℃、930 ℃、950 ℃、980 ℃时Mg2+掺杂Li4Ti5O12陶瓷靶材的收缩率、致密度和力学性能的变化情况;通过对Mg2+掺杂Li4Ti5O12陶瓷靶材进行XRD衍射分析和断面的SEM分析可以得出,Mg(OH)2的最佳掺杂量为4wt;,陶瓷靶材的最佳烧结温度为950 ℃.可以得到抗弯强度为83.189 MPa、相对密度为96.041;、维氏硬度为的364.26HV500、物相单一的Mg2+掺杂的Li4Ti5O12陶瓷靶材.     

金属镍掺杂g-C3N4的制备及其光降解性能

采用浸渍法制备不同掺杂量的负载型光催化剂Ni/g-C3N4,并考察其在可见光照下对亚甲基蓝的光降解性能.利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS、N2-sorption和ICP-OES等手段表征Ni/g-C3N4样品.研究表明,Ni/g-C3N4催化剂的光催化活性随着金属镍粒子掺杂量的增加而增大,随着亚甲基蓝浓度的增大而减小,其中金属镍掺杂量4.0wt;的样品4-Ni/g-C3N4表现出优异的光催化活性和光降解稳定性.这是由于4-Ni/g-C3N4样品的光降解过程中产生了超氧自由基、羟基自由基和空穴等活性物质,其中超氧自由基起主导作用.金属Ni0离子在光生电子作用下生成Ni2+,O2分子得到电子生成O2·-自由基.这些活性物质的产生有助于光生电子-空穴对的分离和抑制其复合速率,从而实现可见光下高效催化降解亚甲基蓝.     

Er掺杂MnBi2Te4晶体生长及其微结构研究

MnBi₂Te₄是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体,具有重要的研究意义。本文通过在MnBi₂Te₄晶体中进行稀土元素掺杂,合成了Er掺杂MnBi₂Te₄晶体,Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中,考虑到目前晶体制备工艺周期较长,生成物存在Bi₂Te₃助熔剂等杂质的问题,对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明,利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi₂Te₄晶体结晶性能良好,不含杂质相。磁电输运测量结果显示,少量Er掺杂MnBi₂Te₄晶体的磁性增强,掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi₂Te₄晶体层间距进行了研究,发现层间距为单层MnBi₂Te₄的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi...     

水热法制备FeWO4微晶及其结晶动力学研究

以(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O和Na2WO4.2H2O为起始原料,水热合成了FeWO4微晶。采用X射线衍射(XRD)以及透射电镜(TEM)对制备的微晶进行了测试和表征。结果表明,在水热温度110℃,24 h条件下即可制备出单一物相的FeWO4微晶。随着水热时间的延长和水热温度的增加,产物由针状变为粒状结构,并且产物的结晶性能有所提高,晶粒尺寸逐渐增大。动力学研究表明,FeWO4微晶粒生长符合Brook关系,计算得到晶粒生长活化能为Ea=17.36 kJ/mol。     

C和N元素掺杂Ti3O5的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法与准谐德拜模型相结合研究了C、N取代掺杂O原子对β-Ti3O5和λ-Ti3O5的电子结构以及相变温度的影响规律。结果表明:C元素对两相的电学特性影响较大,掺杂后β-Ti3O5和λ-Ti3O5的带隙宽度分别增加至1.25 eV和1.5 eV;氮元素的掺杂使β-Ti3O5的带隙增大到0.5 eV,同时仍然保持λ-Ti3O5的金属性不变,加剧了相变前后两相的电学差异,N掺杂使Ti3O5更适于应用在光学存储领域;同时对N掺杂Ti3O5的相变影响进行了研究,发现N掺杂可以有效降低相变温度。     

Bi4Si3O12-Bi4Ge3O12赝二元系统析晶行为及其晶体生长

本文采用固相合成方法制备了Bi4(GexSi1-x)3O12(BGSO)固溶体(x=0～0.4),研究了它的固溶特性和析晶行为。实验结果表明,不同组成混合料在900℃左右固相反应能生成BGSO纯相;XRD分析显示,在x=0～0.4区间内,Bi4Si3O12和Bi4Ge3O12可以完全互溶,其晶格常数随x的增加呈线性增长。采用坩埚下降法生长了x=0.15组成的BGSO混晶,获得了透明晶体,并测试了晶体的光学性能。     

Ni2P@2D磷烯双功能电催化剂在光伏辅助全分解水制氢中的应用研究

近年来,二维磷烯(2D BP)因其较短的电荷传输距离、高载流子迁移率和充分暴露的表面活性位点,成为电催化剂的理想材料。然而,不适合的含氧中间体吸附能使其反应动力学迟缓,进而限制了其实际应用。本文通过引入颗粒状的非晶Ni₂P化合物,构建Ni₂P@BP异质结,在改善反应活性的基础上,提高其电化学稳定性。研究结果表明：相较于纯BP和Ni₂P电催化剂,Ni₂P@BP催化剂展现出优异的析氢(HER)和析氧(OER)催化活性,在10 mA/cm²电流密度下的过电势分别为167和186 mV。Ni₂P@BP作为双功能电催化剂,仅需1.54 V的外加偏压(V_app)就可以实现10 mA/cm²的电流密度。将其与a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H三结叠层太阳电池连接,实现了超过7%的太阳能制氢(STH)转换效率,相较于作为双功能电催化剂的纯BP提高了95%。     

Ni掺杂β-Ga2O3单晶的光、电特性研究

本文使用导模(EFG)法生长了Ni掺杂β-Ga₂O₃单晶,并通过粉末X射线衍射(PXRD)和劳厄衍射(Laue diffraction)分别验证了其晶体结构和晶体质量。进一步通过紫外-可见-近红外透过光谱及红外透过光谱研究了Ni²⁺掺杂对β-Ga₂O₃光学特性的影响,发现其(100)面的紫外截止边为252.9 nm,对应的光学带隙为4.74 eV。此外,阴极荧光(CL)光谱测试结果显示,Ni²⁺掺杂β-Ga₂O₃单晶在600～800 nm具有宽带近红外发光特性,有望拓宽β-Ga₂O₃单晶材料在宽带近红外方面的应用。     

光敏化La2O3/TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和水热法制备了La2O3/Ti O2复合物,将此种La2O3/Ti O2复合物利用叶绿素提取液浸泡后,制得了光敏化La2O3/Ti O2复合物,并采用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、比表面积测定仪和紫外-可见分光光度计等对样品进行了表征。结果表明:La2O3/Ti O2催化剂的颗粒粒径在3~10 nm之间,BET比表面积为173.53 m2/g,光敏化La2O3/Ti O2复合物具有较好的可见光响应性能。在可见光下研究了几种光催化剂对水中六价铬离子的光催化还原效果,光催化结果表明:以光敏化La2O3/Ti O2复合物为催化剂,在可见光下光催化还原含Cr6+废水180 min后,Cr6+脱除率达到78.7%。     

RuO2/BiOCl复合光催化剂的制备及其固氮性能研究

BiOCl在光催化固氮领域中有着广阔的应用价值,但其光生电子-空穴对的快速复合限制了其应用和发展。本文首先采用水解法制备了一种具有丰富氧空位的新型RuO₂/BiOCl复合光催化剂,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱、电子顺磁共振等对其进行了表征,采用300 W氙灯为模拟太阳光源,评估了其光催化固氮性能。结果表明：当复合催化剂中RuO₂负载量达到0.2%(质量分数)时,RuO₂/BiOCl具有更好的固氮活性,在光照1 h后其最佳活性达到了131.9μmol/L。相较纯BiOCl催化剂,其固氮性能提升了3.5倍。最后,本文对催化剂的反应机理进行了相关探索,为制备具有更高固氮活性的光催化剂提供参考。     

单一基质白光荧光粉Sr3Bi1-x（PO4）3∶Dy3+的制备与发光性能研究

本文采用高温固相法合成了Sr3Bi1-x(PO4)3∶xDy3+荧光粉。XRD图谱表明合成物质为纯相Sr3Bi(PO4)3晶体结构。主激发峰位于323 nm,348 nm,362 nm,385 nm,423 nm,451 nm和471 nm,分别对应Dy3+的6H15/2到4L19/2,6P7/2,6P5/2,4I13/2,4G11/2,4I15/2,4F9/2的跃迁。主发射峰位于482 nm(4F9/2→6H15/2),575 nm(4F9/2→6H13/2),分别对应于黄光和蓝光发射,其中以348 nm激发得到的峰值最强。研究了不同Dy3+掺杂浓度对发光性能的影响。随着Dy3+浓度的增大,样品的发光强度先增大后减小。当掺杂浓度x=0.08时,发光强度最好。并测试了样品的色坐标,为x=0.33,y=0.35,属于白光区域。     

GdPO4∶Tb3+荧光粉的制备及发光性能研究

稀土Tb³⁺掺杂磷酸钆(GdPO₄)绿色荧光粉是实现白光LED的潜在荧光粉，其常规水热法的制备存在反应时间较长、Tb³⁺的掺杂量偏低等问题。本文采用水热法结合高温烧结制备了一系列Gd_1-xPO₄∶xTb³⁺(x=0、1%、5%、11%、13%、15%、17%、19%)样品，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FT-IR)和荧光分光光度计对所得样品的相结构、形貌、元素组成、光学吸收和发光性能进行了表征。研究结果表明，所合成样品均为GdPO₄的纯相，属于单斜晶系独居石结构，且Tb³⁺均匀分布在GdPO₄基质中引起晶格收缩。在274 nm的光激发下，GdPO₄∶Tb³⁺荧光粉的最强发射峰位于545 nm处，属于Tb³⁺的⁵D₄→^7<...     

介孔Co3S4纳米棒的制备及电催化产氧性能的研究

以六水合硝酸钴(Co(NO3)2· 6H2O)为钴源,硫脲(CS(NH2)2)为硫源,采用溶剂热法和低温固相硫化的方法制备出了介孔Co3S4纳米棒.采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对于介孔Co3S4纳米棒进行表征,同时对介孔Co3S4纳米棒进行了电催化产氧性能测试.结果表明:介孔Co3S4纳米棒的起始过电位为0.37 V,塔菲尔斜率为76.95 mV/dec,具有高的电催化产氧性能.     

Ca3-xCexCo4O9+δ陶瓷的制备与电输运性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了掺Ce的钴酸钙(Ca3Co4O9+δ)陶瓷,通过TG-DSC、XRD和SEM对样品进行表征,研究了Ce掺杂对电导率、Seebeck系数和功率因子的影响。结果表明:陶瓷样品的断面形貌呈片层状。随着Ce掺杂量的增加,样品的导电机制发生变化,测试温度范围内样品的电导率和功率因子下降,Seebeck系数先增加后下降。     

KMnO4与醇类有机物制备MnOOH的研究

在140℃的条件下,用KMnO4分别与甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、1,3-丙二醇以及1,4-丁二醇进行水热反应24 h。采用X射线粉末衍射(XRD)与环境扫描电子显微镜(SEM)对反应产物进行表征。结果表明,KMnO4与乙醇、丙醇、丁醇以及1,4-丁二醇反应均可以得到较纯的棒状MnOOH晶体。KMnO4与甲醇、1,3-丙二醇反应不仅得到了MnOOH晶体并且也得到Mn3O4晶体,而与乙二醇的反应只得到了Mn3O4晶体。并简单探讨了形成这种规律的原因。