Bi2O3掺杂对Ag(Nb0.8Ta0.2)O3陶瓷结构和介电性能的影响

本文研究了Bi₂O₃掺杂对Ag(Nb_0.8Ta_0.2)O₃陶瓷的结构和介电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,Bi₂O₃的掺杂可以使陶瓷中Ag⁺被还原并析出,且银析出的量随Bi₂O₃掺杂量的增加而不断增加,这可能源自于Bi³⁺对Ag⁺的取代。在一定范围内增大Bi₂O₃掺杂量可提高Ag(Nb_0.8Ta_0.2)O₃陶瓷的室温介电常数,降低介电损耗,并使温度系数向负值方向移动。当Bi₂O₃的掺杂量约为3.5wt%时,样品具有较大的介电常数(ε=672)和较小的介电损耗(tanδ=7.3×10^-4)。     

Ti(Ⅳ)掺杂Bi_2O_3电子结构和可见光催化活性的原理

密度泛函理论(DFT)计算对掺杂体系新型环境光催化剂设计开发具有指导意义.基于DFT框架下的第一性原理平面波超软赝势方法(USPP),对α、β、γ、δ-Bi2O3晶体几何结构分别进行了优化计算,从理论上得到了Bi2O3的总体态密度(TDOS)和Bi、O原子的分波态密度(PDOS).在此基础上对Bi2O3超晶胞进行Ti(IV)的掺杂计算,讨论了Ti(IV)掺杂对各种Bi2O3的电子结构和光吸收特性的影响.结果表明Ti(IV)掺杂Bi2O3晶体后,Ti(IV)的3d轨道进入禁带并与O2p、Bi6p轨道作用,使禁带宽度(Eg)变小,Bi2O3的吸收边红移,从而有助于Bi2O3光催化活性的改善.通过水热合成法制备的Ti(IV)掺杂Bi2O3样品的紫外-可见光漫反射光谱验证了计算的结果.在光催化降解有机染料结晶紫的实验中,光催化剂活性的改善进一步得到证实.     

Nd2O3掺杂(BaSr)TiO3对陶瓷结构和性能的影响

采用常规固相反应法,以Ba0.6Sr0.4TiO3 10%MgO(BSTO)体系为基体成分,研究了Nd2O3掺杂对其显微组织结构和介电性能的影响规律,结果表明掺杂Nd2O3后,抑制了BSTO晶粒的生长;随着Nd2O3掺杂量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变小,密度增大,材料的居里温度向负温度方向移动,并且展宽了介电峰,使材料的温度稳定性提高,此外,随着Nd2O3掺杂量的增加,材料的可调性减小,介电常数减小。     

预烧温度对CaO-Li_2O-Sm_2O_3-TiO_2微波介质陶瓷介电性能的影响

用固相反应法制备了CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2(CLST)微波介质陶瓷。通过改变预烧温度(1 000~1 200℃)研究其对CLST微波介质陶瓷介电性能的影响。研究过程中,对预烧粉体与烧结陶瓷进行XRD与SEM分析,对陶瓷的介电性能εr、Q、τf进行了测试。结果表明,预烧温度对CLST微波介质陶瓷介电性能有较大影响,在预烧温度1 150℃,烧结温度1 340℃时可获得较好的介电性能:εr=112,Q=845,τf=52×10-6/℃。     

Bi_2O_3改性SiO_2涂层对环己烷超临界裂解结焦和燃烧性能的影响

为抑制碳氢燃料在微通道油道中的表面结焦并提高高温裂解产物的燃烧性能,采用负压抽涂的方法,在微通道不锈钢的内壁分别涂覆了Si O2涂层和以Si O2为载体,掺杂不同添加量Bi2O3助剂的Bi2O3-Si O2系列涂层。选用环己烷,在超临界条件下进行裂解实验,分别评价涂层的抑焦效果和对燃烧性能的影响。结果表明,Si O2涂层能够有效的抑制金属催化结焦,从而提升运行温度和时间;Bi2O3-Si O2系列涂层可以有效提高高温段时对环己烷的裂解活性和选择性,当Bi2O3添加量为10%时,涂层对烯烃的选择性最好,有利于提升裂解产物的高温燃烧性能。     

质子导体BaCe_(0.8)Lu_(0.2)O_(3-α)的电性能(英文)

采用高温固相法制备了BaCe0.8Lu0.2O3-α质子导体。运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对该材料的物相结构、微观形貌进行了表征。在500~900℃温度范围内,应用交流阻抗谱和气体浓差电池方法研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性和氢-空气燃料电池性能。结果表明,BaCe0.8Lu0.2O3-α材料为单一斜方晶结构,具有良好的致密性。在500~900℃温度范围内,干燥或湿润的氮气、空气和氧气中,材料的电导率随着氧分压增大稍有增大。在湿润的氢气中,材料表现为纯的质子导电性。在以该材料为固体电解质的氢-空气燃料电池条件下,材料表现为质子、氧离子和电子的混合导电性,其中离子导电性始终占主导;氢-空气燃料电池在900℃下的最大输出功率密度为92.2mW·cm-2,高于我们以前报道的BaCe0.8RE0.2O3-α(RE=Pr,Eu,Ho,Er,等)材料。     

Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2纳米片的简易制备及光催化氧化NO机理的原位漫反射红外光谱研究(英文)

BiOBr因具有合适的能带结构和独特的层状纳米结构而广泛应用于可见光催化领域,但其低的可见光利用率和高的光生电子-空穴对复合率,限制了其实际应用.最近,非整比BiOBr纳米材料表现出了良好的可见光催化性能.本课题组分别采用简易水热法和常温法制备得Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2纳米片,并表现出良好的可见光催化性能.然而,对于Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2的可见光催化氧化NO的转化路径及反应机理还不清楚.基于此,本文采用射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电子自旋共振(ESR)、电子顺磁共振(EPR)和比表面积-孔结构(BET-BJH)等手段研究了Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2的理化性能,通过原位红外光谱(in situ DRIFTS)研究了Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2的可见光催化氧化NO的转化路径及反应机理.XRD结果表明,在常温碱性环境下,OH~-离子逐步取代BiOBr中的Br-离子制备得单斜晶相Bi_4O_5Br_2;在水热碱性环境下,OH-离子进一步取代Bi_4O_5Br_2中的Br-离子制备得四方晶相Bi_(12)O_(17)Br_2.SEM和TEM结果表明,Bi_(12)O_(17)Br_2是由不规则纳米片堆叠形成的紧密且厚实的层状结构,Bi_4O_5Br_2是由纳米片和纳米颗粒无序堆积形成的多孔疏松结构.BET-BJH测试结果显示,Bi_4O_5Br_2的比表面积和孔容(37.2 m~2/g,0.215 cm~3/g)显著高于Bi_(12)O_(17)Br_2(8.7 m~2/g,0.04 cm~3/g).UV-Vis DRS测试结果显示,Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2均显示了良好的可见光吸收能力.可见光催化去除NO的测试结果表明,Bi_4O_5Br_2(41.8%)的光催化活性明显高于Bi_(12)O_(17)Br_2(28.3%).并且,在5次可见光催化循环实验后,Bi_4O_5Br_2(41.1%)表现出良好可见光催化稳定性.ESR测试结果表明,Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2参与反应的主要活性物种均为·OH自由基,Bi_4O_5Br_2产生·OH自由基明显强于Bi_(12)O_(17)Br_2.EPR测试结果表明,Bi_4O_5Br_2的氧空位明显多于Bi_(12)O_(17)Br_2,丰富的氧空位更有利于NO的有效吸附.由此可见,Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2表现出不同的理化特性.可见光催化氧化NO的原位红外光谱表明,只在Bi_(12)O_(17)Br_2光催化氧化NO的转化路径中会生成中间产物N2O3,表明Bi_(12)O_(17)Br_2和Bi_4O_5Br_2具有不同的NO光催化转化路径.结合上述表征结果认为,Bi_4O_5Br_2比Bi_(12)O_(17)Br_2表现出更优异可见光催化性能的主要原因有以下四个方面为:(1)Bi_4O_5Br_2拥有更高的比表面积和更大的孔容,有利于NO的吸附、反应中间产物的转移和提供更多的活性位点参与光催化反应;(2)Bi_4O_5Br_2可以生成更多的·OH自由基和拥有更强的价带空穴氧化能力;(3)NO中的O原子可以与Bi_4O_5Br_2的氧空位结合,从而提供更多的反应位点;(4)Bi_4O_5Br_2的光催化反应中可以生成中间产物N_2O_3,可以降低NO转化成NO_3~-的反应活化能.     

Fe~(3+)掺杂三维分级纳米Bi_2WO_6的合成及其光催化活性增强机理(英文)

利用水热法合成了Fe3+掺杂的三维分级纳米Bi2WO6,借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(HRTEM)、能谱(EDS)、紫外可见漫反射(UV-Vis-DRS)等测试手段对所得样品的相组成、形貌和谱学特征进行了表征。选择罗丹明B为模型污染物研究所得样品在可见光下的催化活性。结果表明,Fe3+掺杂Bi2WO6为新颖的分级纳米结构,且Fe3+掺杂能有效提高Bi2WO6的光催化活性,Fe3+掺杂量对Bi2WO6活性的影响显著;实验结果还表明,所得Fe3+掺杂Bi2WO6催化剂的稳定性较好,易于回收。此外,还对Fe3+掺杂Bi2WO6的光催化活性增强机理进行了研究,缺电子的Fe3+作为电子捕获中心有利于促进光生电子-空穴对的分离,从而提高Bi2WO6的光催化活性。     

La2O3掺杂对CaO—MgO—Nb2O5-TiO2系陶瓷微观结构及微波介电性能的影响

用固相法制备了La2O3掺杂的CaO—MgO—Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷，通过改变La^3 离子的含量以调整改变CaO—MgO—Nb2O5-TiO2-La2O3系陶瓷的微观结构与微波介电性能。研究结果表明：通过A位La^3 离子取代Ca^2 离子可以提高该体系的品质因素Qf值、改善频率温度系数，同时降低了该体系的介电常数。随着La^3 离子取代量的提高，该体系的介电常数从57降低至35，Qf值从33400GHz上升至35000GHz(7．6GHz)，同时该体系的频率温度系数得到了改善。微波介电性能的变化与其微观结构变化密切相关，主要原因是在于A位空位缺陷引起氧八面体的畸变。     

Ni-CH_3CH_2NH_2/H_(1.78)Sr_(0.78)Bi_(0.22)Nb_2O_7复合层状钙钛矿的合成及光催化分解水产氢性能(英文)

自从分解水产氢被首次报道以来,许多光催化剂被开发出来并用于光催化分解水产氢.然而,由于光生电子和空穴的复合率普遍较高,大部分的光催化剂分解水产氢效率都很低.因此,开发新型高效的光催化材料至关重要.具有(Bi_2O_2)~(2+)(A_(m-1)M_mO_(3m+1))~(2-)通式的Aurivillius相层状钙钛矿材料因具有独特的层状结构、元素可调性以及优异的电荷传输和分离能力而广泛应用于光催化分解水和去除有机污染物.此外,当该类层状钙钛矿被剥离成超薄纳米片时,其光催化性能进一步提高.为了进一步提高层状钙钛矿的载流子分离能力,将客体(如贵金属,半导体等)通过化学反应的途径插入到层状钙钛矿的层间区域,从而合成出复合层状钙钛矿被广泛发展和应用.然而,引入的客体主要是贵金属和半导体,这类客体的高成本和不均匀分布制约了其进一步的应用.由于廉价、无毒和稳定等优点,镍基材料如Ni,NiO,Ni_2O_3,NiS,NiS_2,Ni(OH)2和Ni(OH)x等被广泛用作增强电极材料的光电性能和催化剂的光催化分解水产氢性能的助催化剂.本文采用简单的原位化学反应法制备出镍基配合物Ni-CH_3CH_2NH_2(Ni-EA)插层的Ni-CH_3CH_2NH_2/H_(1.78)Sr_(0.78)Bi_(0.22)Nb_2O_7(Ni-EA/HSNNs)复合层状钙钛矿;然后采用X-射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱等手段对Ni-EA/HSNNs光催化剂进行了系统的研究.XRD结果表明,引入Ni~(2+)后,HSNNs层间距减小并且平行于钙钛矿层的晶面结晶度增强,证明HSNNs沿垂直于钙钛矿层的方向出现了层层组装.FTIR和XPS结果表明,引入的Ni~(2+)与HSNNs层间和表面的乙胺分子之间存在较强的相互作用,结合高分辨透射电镜图可知,Ni的存在形态可能为配合物Ni-EA.由此可见,当向HSNNs中引入Ni~(2+)时,Ni~(2+)和HSNNs层间和表面的乙胺分子反应生成带正电的配合物Ni-EA,由于Ni-EA与HSNNs的钙钛矿层带有异种电荷,两者之间存在较强的静电相互作用力,从而引起钙钛矿纳米片HSNNs的层层组装,最后形成Ni-EA/HSNNs复合层状钙钛矿.光催化分解水产氢性能测试结果表明,当引入0.5 wt%Ni时,复合层状钙钛矿表现出最优的光催化性能.与HSNNs(241.58μmol/h)相比,0.5%Ni-EA/HSNNs的光催化分解水产氢速率(372.67μmol/h)提高了0.54倍,表现出与0.5%Pt/HSNNs可比拟的光催化活性,可见,非贵金属Ni具有替代贵金属Pt的能力.进一步的研究表明,镍基配合物Ni-EA显著增强了催化剂的光生载流子的传输和分离能力,从而提高了其光催化分解水产氢性能.该文为光催化分解水产氢提供了一种简便的合成非贵金属配合物助催化剂的方法.     

Ag/Bi2WO6复合材料的制备及光催化性能

采用一步水热合成法制得花球状Bi_2WO_6和Ag/Bi_2WO_6光催化剂,借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FES-EM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外-可见分光光度法(UV-Vis)等手段对样品进行结构性能表征。模拟日光的条件下,以甲基橙(MO)为降解物,对Bi_2WO_6和Ag/Bi_2WO_6的催化活性和机理进行研究。结果表明,相对Bi_2WO_6,相同条件下Ag/Bi_2WO_6对MO具有更佳的降解效果,当Ag掺杂量为1%(n/n)时,其降解率(180 min)可达到91.4%,同时一次回收样降解率也达到81%。此外,也对Ag/Bi_2WO_6复合材料的降解机理做了初步探究。     

Nd2O3添加量对BaTiO3陶瓷介电性能的影响

BaTiO₃ ceramics doped with Nd₂O₃(the additive content was respectively 0.001,0.002,0.003,0.005,0.01,0.03mol)were prepared by Sol-Gel method. Effects of Nd₂O₃ contents on the dielectric constant (ε), the dielectric loss (tanδ) ,the Curie-temperature (T_C) and the resistivity (ρ) of BaTiO₃ ceramic were studied. When Nd₂O₃ content was 0.001mol and 0.002mol, the dielectric constant was increased obviously, but the dielectric loss was also increased. When Nd₂O₃ content was 0.003mol, the dielectric constant was increased, and the dielectric loss was decreased, which was suitable for application in condenser. The resistivity was decreased obviously with the increasing of Nd₂O₃ contents, the resistivity was the smallest when Nd₂O₃ content was 0.001mol. The Curie-temperature was also decreased with the increasing of Nd₂O₃ contents.     

不同晶型Bi2O3可见光光催化降解罗丹明B的研究

采用化学沉淀法制备了α、β、γ 3种晶体结构的Bi₂O₃光催化剂。利用XRD、TEM、氮气吸附、TG-DSC、紫外-可见漫反射光谱对样品的晶体结构、微观形貌、光学吸收特性进行了表征,并以罗丹明B(RhB)作为模型污染物,研究了不同的粉体光催化剂在可见光(λ>420 nm)照射下的光催化能力。结果表明：制备的α-Bi₂O₃为长3 μm、宽1 μm的板条状颗粒,带隙为2.84 eV;β-Bi₂O₃为粒径约150 nm的不规则颗粒,带隙为2.75 eV;γ-Bi₂O₃为直径6 nm、长度150~200 nm的纳米管,带隙为2.68 eV。在可见光照射下Bi₂O₃光催化降解RhB的活性如下：γ-Bi₂O₃>β-Bi₂O₃>α-Bi₂O₃,其中γ-Bi₂O₃在辐照60 min后对罗丹明B的脱色率可达97%以上。     

Li2O-Na2O-B2O3-SiO2烧结助剂对BaAl2Si2O8陶瓷结构与介电性能的影响

采用传统固相反应工艺,按化学计量比合成BaO-Al_2O3-SiO_2(BAS)-x%(w/w) Li_2O-Na_2O-B_2O3-SiO_2(LNBS)(x=0,1,2,3,4)陶瓷。研究不同LNBS烧结助剂添加量对BAS系微波介质陶瓷的结构和介电性能的影响。通过Clausius-Mossotti公式计算讨论了BAS理论与实验介电常数(εr)的差异。研究结果表明:LNBS烧结助剂中Li+进入钡长石Al3+位或单四元环(S4R)间隙,并产生了O_2-空位或Ba2+空位,从而促进BAS六方相向单斜相的转变。添加适量的LNBS烧结助剂后,BAS陶瓷的烧结温度从1 400℃降低到1 325℃,同时BAS陶瓷样品密度、品质因数(Qf)值以及频率温度系数(τf)得到改善。当x=1,烧结温度为1 325℃时,可获得综合性能相对较好的BAS陶瓷,其介电性能:Qf=35 199 GHz,εr=6.37,τf=-1.613×10-5℃-1。     

Structural and electrical properties of the 2Bi2O3·3ZrO2 system

Powder mixtures of α-Bi₂O₃ (bismite) and monoclinic m-ZrO₂ (baddeleyite) in the molar ratio 2:3 were mechanochemically and thermally treated with the goal to examine the phases, which may appear during such procedures. The prepared samples were characterized by X-ray powder diffraction, differential scanning calorimetry (DSC), electrical measurements, as well as scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The mechanochemical reaction leads to the gradual formation of a nanocrystalline phase, which resembles δ-Bi₂O₃, a high-temperature Bi₂O₃ polymorph. Isothermal sintering in air at a temperature of 820 °C for 24 h followed by quenching to room temperature yielded a mixture of ZrO₂-stabilized β-Bi₂O₃ and m-ZrO₂ phases, whereas in slowly cooled products, the complete separation of the initial α-Bi₂O₃ and m-ZrO₂ constituents was observed. The dielectric permittivity of the sintered samples significantly depended on the temperature. The sintered and quenched samples exhibited a hysteresis dependence of the dielectric shift, showing that the ZrO₂-doped β-Bi₂O₃ phase possess ferroelectric properties, which were detected for the first time. This fact, together with Rietveld refinement of the β-Bi₂O₃/m-ZrO₂ mixture based on neutron powder diffraction data showed that ZrO₂-doped β-Bi₂O₃ has a non-centrosymmetric structure with as the true space group. The ZrO₂ content in the doped β-Bi₂O₃ and the crystal chemical reasons for the stabilization of the β-Bi₂O₃ phase by the addition of m-ZrO₂ are discussed.     

Structure Study of Bi2.5Na0.5Ta2O9 and Bi2.5Nam−1.5NbmO3m+3 (m=2-4) by Neutron Powder Diffraction and Electron Microscopy

The crystal structures of Bi_2.5Na_0.5Ta₂O₉ and Bi_2.5Na_m-1.5Nb_mO_3m+3 (m=3,4) have been investigated by the Rietveld analysis of their neutron powder diffraction patterns (λ=1.470 Å). These compounds belong to the Aurivillius phase family and are built up by (Bi₂O₂)²⁺ fluorite layers and (A_m-1B_mO_3m+1)^2- (m=2-4) pseudo-perovskite slabs. Bi_2.5Na_0.5Ta₂O₉ (m=2) and Bi_2.5Na_2.5Nb₄O₁₅ (m=4) crystallize in the orthorhombic space group A2₁am, Z=4, with lattice constants of a=5.4763(4), b=5.4478(4), c=24.9710 (15) and a=5.5095(5), b=5.4783(5), c=40.553(3) Å, respectively. Bi_2.5Na_1.5Nb₃O₁₂ (m=3) has been refined in the orthorhombic space group B2cb, Z=4, with the unit-cell parameters a=5.5024(7), b=5.4622(7), and c=32.735(4) Å. In comparison with its isostructural Nb analogue, the structure of Bi_2.5Na_0.5Ta₂O₉ is less distorted and bond valence sum calculations indicate that the Ta-O bonds are somewhat stronger than the Nb-O bonds. The cell parameters a and b increase with increasing m for the compounds Bi_2.5Na_m-1.5Nb_mO_3m+3 (m=2-4), causing a greater strain in the structure. Electron microscopy studies verify that the intergrowth of mixed perovskite layers, caused by stacking faults, also increases with increasing m.     

浸渍-分解法制备高可见光催化活性的Bi2O3/TiO2纳米管阵列

用浸渍-分解法将Bi₂O₃纳米颗粒沉积在TiO₂纳米管壁上, 制备了Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列. 用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定了Bi₂O₃/TiO₂ 纳米管阵列的化学组分, 利用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品. 通过在可见光下(λ>400 nm)降解甲基橙(MO)水溶液来评价样品的光催化活性. 结果表明, Bi₂O₃纳米颗粒均匀地沉积在TiO₂纳米管中. Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列具有比纯Bi₂O₃膜和N-TiO₂纳米管阵列高得多的可见光催化活性. Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列活性的增强是其强可见光吸收和Bi₂O₃与TiO₂之间形成的异质结的协同作用的结果.     

四角星形BiVO4/Bi2O3催化剂的制备及性能

采用水热法合成具有四角星形貌的钒酸铋,再将钒酸铋浸渍在碱溶液里二次水热,制备出BiVO_4/Bi_2O_3催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等方法对样品进行表征。可见光下,BiVO_4/Bi_2O_3复合物的光催化降解罗丹明B性能及光电流响应均优于纯BiVO_4。这是由于BiVO_4/Bi_2O_3复合材料形成了异质结构,有效抑制了光生电子与空穴的复合效率。     

四角星形BiVO4/Bi2O3催化剂的制备及性能研究

采用水热法合成具有四角星形貌的钒酸铋,再将钒酸铋浸渍在碱溶液里二次水热,制备出BiVO₄/Bi₂O₃催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),紫外-射(UV-Vis DRS)等方法征。可见光下,BiVO₄/Bi₂O₃复合物的光催化降解丹明B性能及光电优于纯BiVO₄。BiVO₄/Bi₂O₃复合材料形成了异质结构,有效抑制了光电子与空穴的复合效率。