光电化学反应的催化II.表面覆盖针状铱层对n-TiO2电极上光电化学过程的催化作用

借助于可换盘旋转环盘电极在含Ce[3+]酸性溶液中比较了n-TiO2电极上载多孔铱层前后的竞争光氧化过程,观察到当铱以高度分散的针状多孔透光层在TiO2电极表面分布时能够催化Ce[3+]的光电化学氧化,并据此讨论了催化光电化学反应的基本前题。     

光电化学反应的催化 Ⅰ.大颗粒金岛对n-TiO_2电极上光电化学过程的催化作用

用溅射、光还原及电沉积法在n-TiO_2单晶电极表面上形成了大颗粒金岛.测量了这些电极和纯金电极在H_2SO_4溶液以及含有Fe~(3+)/Fe~(2+)的酸溶液中的光电化学极化行为.通过分析和比较这些曲线,确定了大颗粒金岛与n-TiO_2单晶的接触具有欧姆结性质.并借助于可换盘旋转环盘电极,在含Ce~(3+)的酸溶液中测量了裸TiO_2电极及载金的TiO_2电极上Ce~(3+)的竞争光电化学氧化.证实了以大岛形式在TiO_2电极表面上分布的催化剂只能催化暗反应,而不能催化光电化学反应.     

Ca3La3（BO3）5中Ce^3＋,Pb^2＋,Mn^2＋的光致发光和能量传递

本文研究了Ca_3La_3(BO_3)_5体系中Ce~(3+)、Pb~(2+)、Mn~(2+)光致发光与组成的关系及Ce~(3+)、Pb~(2+)对Mn~(2+)发光的敏化作用。实验表明在254nm激发下,Ce~(3+)、Pb~(2+)均在紫外光区发光,而单激活的Mn~(2+)几乎不发光。Ce~(3+)、Pb~(2+)能敏化Mn~(2+)发光,且Ce~(3+)的敏化作用比Pb~(2+)强。Ce~(3+)-Mn~(2+)共激活的Ca_3La_3(BO_3)_5在紫外光激发下发出明亮的红光。Ce~(3+)-Mn~(2+)能量传递的机理为电多极相互作用的共振传递。     

硫酸盐物种对Ce-Fe-O_x催化剂脱硝性能影响的研究

采用四种不同的方法制备了一系列含SO_4~(2-)改性Ce-Fe-O_x催化剂,并研究其NH_3选择性催化还原NO_x的催化活性。结果表明,水热法制备的Ce-Fe-O_x(Fe-HT)可提高其催化性能。其优异的SCR性能与硫酸的加入有关,SO_4~(2-)的加入会导致CeO_2晶体的弱化,提高其催化活性。Fe和Ce协同作用可提高催化剂的氧化还原能力,进而提高化学吸附氧的含量、Ce~(3+)/(Ce~(4+)+Ce~(3+))和Fe~(3+)/(Fe~(3+)+Fe~(2+))的比例,从而提高催化性能。过量的硫酸盐会导致Fe~(3+)和Ce~(3+)的下降,降低催化性能。     

Ca2B2O5中Ce^3＋,Mn^2＋的发光与能量传递

本文研究了Ca_2B_2O_5中Ce~(3+)、Mn~(2+)光致发光的性质与其含量的关系,并讨论了Ce~(3+)对Mn~(2+)的能量传递机理.     

光电化学反应的催化

本文主要按照催化剂与半导体电极二者之间所形成的结的性质, 分析了催化剂对电极表面上进行的光电化学反应可能具有的效应。分析结果表明, 催化光电化学反应(光生少数载流子的反应)的前提是催化剂微粒与“半导体/溶液”界面之间有足够强的相互作用, 因而在光照下催化剂粒子中电子系统的费米能级能达到或趋近光生少数载流子的准费米能级。文中并采用带环的可换旋转园盘电极研究了Au、Ir等金属微粒对在n-TiO_2单晶电极上进行的Ce~(3+)—→Ce~(4+)等光电化学反应的催化机理, 证实了上述分析结果。     

Er~(3+)和Ce~(3+)/Ce~(4+)掺杂β-BaB_2O_4纳米棒的制备、结构与发光性质

以Ba(NO_3)_2、NaBH_4、Er_2O_3和CeO_2为原料,在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂辅助下,采用水热法制备了β-BaB_2O_4(β-BBO)纳米棒,稀土离子Er~(3+)单掺杂的β-BBO(β-BBO:Er~(3+))及Er~(3+)和Ce~(3+)/Ce~(4+)共掺杂的β-BBO(β-BBO:Er(3+)/Ce~(3+)/Ce~(4+))纳米棒.通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱、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)和光致发光(PL)光谱分别对样品的物相、结构、形貌、成分及光致发光性质进行了表征.研究结果表明:微量稀土离子掺杂并不改变β-BBO的结构,制得的纳米棒尺寸均匀,长度在200-500 nm之间,直径在10-20 nm之间;β-BBO:Er~(3+)和β-BBO:Er~(3+)/Ce~(3+)Ce~(4+)纳米棒在400nm光激发下,在可见光范围内都观察到中心波长为515和542 nm的绿光.对发光机理的初步研究表明:发光分别对应于Er~(3+)的~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁,铈离子以Ce~(3+)和Ce~(4+)两种形式存在于体系中,Ce~(3+)对Er~(3+)起敏化作用,可以显著增强β-BBO:Er~(3+)/Ce~(3+)/Ce~(4+)纳米棒的发光强度,存在Ce~(3+)→Er~(3+)的能量传递过程.     

CeCl_3和SmCl_3在氯化物熔盐中的电化学行为

利用计时电位法研究了Ce~(3+)在LiC1-KC1共晶熔体和Sm~(3+)在等摩尔KCl-NaCl熔体中固体阴极上的电化学反应。在LiCl-KCl熔体中,Ce~(3+)的电化学反应为:Ce~(3+)+3e→Ce°;在KCl-NaCl熔体中,Sm~(3+)为Sm_(3+)+e→Sm~(2+)。在600℃下Ce~(3+)的扩散系数Dc_e~(3+)=2.08·10~(-5)cm~2/s;Sm~(3+)的扩散系数与温度的关系式为:lgDs_m~(3+)=-2.802-250/T。实验结果表明,Ce~(3+)可完全放电变为Ce°;而Sm~(3+)在比其它稀土离子更正的析出电位下还原为Sm~(2+),在氧化还原条件下Sm~(2+)的电化学反应为;Sm~(3+)+eSm~(2+)。     

在La_2Na_2Sr_6(PO_4)_6Br_2基质中Tb~(3+)的发光及Ce~(3+)对Tb~(3+)的敏化

用高温固相反应法合成了发光材料、研究了Tb~(3+)在La_2Na_2Sr_6(PO_4)_6Br_2基质中的光致发光性质及Ce~(3+)对Tb~(3+)的敏化作用.在254nm紫外光激发下,Tb~(3+)的发光较弱,但Ce~(3+)对Tb~(3+)有强的敏化作用,其能量传递机埋是偶极-偶极相互作用引起的共振能量传递,计算了传递效率。     

La_2CaB_(10)O_(19):Ce~(3+)在VUV-Vis范围的发光性质研究

通过研究La_2CaB_(10)O_(19):Ce~(3+)在VUV-Vis范围的光谱.发现Ce~(3+)在La_2CaB_(10)O-(19)中共有两种格位.分别取代了十配位的I。a’“和八配位的Ca”,从而发射光谱中没有出现特征的双峰,而出现了峰值约位于307,330和 356 nm的3个发射峰.由于在低对称性晶体场中d轨道的分裂.激发光谱中位于194.224,243.260,274和318 nm的峰是由两个格位的Ce~(3+)的f-d跃迁引起的.Ce~(3+)占据两个格位,可以通过以Eu~(3+)为荧光探针的发射光谱中出现的两个~5D_(0-)~7F_0跃迁得到验证.峰值位于162 nm的激发谱带是基质吸收带.与基质禁带宽度相对应.通过计算,不排除其中包含O~(2-)→Ce~(3+)的电荷迁移带的可能性.     

Eu~(2+)和Ce~(3+)在钙钛矿型氟化物中的光谱特征和能量传递

对具d-f和f-f两种跃迁形式的Eu~(2+)和具d-f跃迁特征的Ce~(3+),讨论了它们在ABF_3(A=K~(+),Ba~(2+);B=Li~(+),Mg~(2+),Ca~(2+))中的光谱特征。根据Eu~(2+)、Ce~(3+)在KCaF_3基质中的能级关系,实现了在复合氟化物中Ce~(3+)对Eu~(2+)能量传递,探讨了能量传递机理,并计算了传递量子效率。     

磷灰石结构荧光粉Ba10(PO4)6F2:Ce3+,Tb3+的合成、发光和能量传递

采用高温固相法合成了系列Ce~(3+)和Ce~(3+)/Tb~(3+)激活的具有磷灰石结构荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激发和发射(PLE和PL)光谱对样品进行了表征分析。研究结果表明:所合成的荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2∶Ce~(3+),Tb~(3+)具有氟磷灰石结构,样品微观呈现不规则形貌。荧光粉Ba10-x(PO4)6F2∶x Ce~(3+)的相对发射强度随着x增加而增强,当x=0.09时,荧光强度达到最大。荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2∶Ce~(3+),Tb~(3+)的激发光谱为240～330 nm的宽带,发射光谱呈现出Ce~(3+)的5d→4f跃迁紫外光(335和358 nm)发射和Tb~(3+)的4f→4f跃迁绿光(542 nm)发射。光谱特性表明,发光过程中存在Ce~(3+)→Tb~(3+)能量传递,能量传递效率可以达到60%。计算Ce~(3+)和Tb~(3+)的临界距离为0.79 nm,能量传递机理是偶极-偶极交互作用。此外,详细论述了Ce~(3+)和Tb~(3+)之间的能量传递和发光的过程。通过调节Tb~(3+)的掺杂浓度,对荧光粉发光色坐标与Tb~(3+)的掺杂浓度之间的关系也进行了研究,随着Tb~(3+)的掺杂量从0增加0.52,荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2∶Ce~(3+),Tb~(3+)的发射光谱色坐标可以从(0.149 4,0.045 1)蓝色区变化到(0.280 1,0.585 3)绿色区。     

REBO3中Ce3+和Bi3+对Sm3+光致发光的影响

在紫外光(UV)激发下,系统地研究了REBO_3(RE=La,Gd,Y)中Sm~(3+),Ce~(3+)和Bi~(3+)的发射光谱、激发光谱及其发光强度与组成、结构的关系.结果表明:Ce~(3+)、Bi~(3+)均可敏化LaBO_3中Sm~(3+)的发光;而在GdBO_3和YBO_3中,只有Bi~(3+)能敏化Sm~(3+)的发光,Ce~(3+)猝灭Sm~(3+)的发光.本文还探讨了三种基质中Sm~(3+)发光浓度猝灭的机理.     

CuMnCeLa-O/γ-Al2O3催化剂助燃脱硝性能研究

采用等体积浸渍法制备了Cu Mn-O/γ-Al_2O_3、Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3和Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂.用XRD、BET、SEM、XPS和H_2-TPR技术对其物相和表面性质进行了表征.在连续固定床微反装置上评价了催化剂的CO+O_2和CO+NO反应性能.结果表明,催化剂样品中观测不到Cu O、Mn O_x、Ce O_2和La_2O_3的XRD晶相峰,活性组分在γ-Al_2O_3载体表面呈高度分散状态.Ce、La的引入对催化剂的比表面积、孔容和孔径分布影响不大.SEM谱图中未观测到活性组分的形貌,金属氧化物在载体表面均匀分布.Ce~(3+)!Ce~(4+)之间的可变价转换,引起Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂表相Cu O中具有非完整结构的[Cu~(2+)_(1-x)Cu_x~+][O_(1-2)1_x□1_(2x)]增多,Cu~+/Cu~(2+)比例增大,表相氧空位增多,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移.Ce~(4+)、La~(3+)之间不平衡电荷以及共生过程中Cu-Mn-Ce-La-O之间的强相互作用,加大了Cu O和Mn O_x结构的不完整性,导致Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂样品表相产生更多的Cu~+、Mn~(2+)、Mn~(3+)和氧空位,相应的H_2-TPR还原峰温度进一步向低温区偏移.催化氧化CO和CO催化还原NO实验结果表明,在反应空速20 000 h~(-1),350℃反应温度下,Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂CO催化还原NO反应的CO转化率达到88.2%,NO转化率达到了96.1%,表现出了较好的氧化还原活性.     

Ce~(4+)/Ce~(3+)氧化还原体系线性极化与交流阻抗研究

用线性极化法和交流阻抗法研究了新型Ce~(4+)/Ce~(3+)-V~(2+)/V~(3+)氧化 还原电池中Ce~(4+)/Ce~(3+)半电池在不同Ce~(4+)浓度下的电化学行为。得出Ce~ (4+)浓度为0.2 mol/L时,其极化电阻最小,似为理论最佳浓度。实际应用需综合 考虑电池的库仓效率和能量效率等因素,还应尽可能选择较高浓度。测得不同浓度 下的阻抗参数表明,在Ce(SO_4)_2体系处于稳态时,不论是慢扫还是使用低的动频 率,Ce~(4+)的反应都为传质控制;而在体系处于暂态时,则不论是快扫还是使用 高扰动频率,都为传荷控制;而当体系介于稳态和暂态之间时,则为传质和传荷的 混合控制。因而可通过提高传质速率和加入电化学催化剂的方法来提高Ce~(4+) /Ce~(3+)体系的反应速率。     

非晶态ZrO_2镶嵌的超细CeO_2催化HCl氧化

采用不同方法制备了铈锆复合氧化物催化剂用于催化HCl氧化反应。自发沉积策略制备的CeO_2@ZrO_2催化剂中,超细CeO_2纳米粒子均匀的镶嵌于非晶态ZrO_2中。CeO_2粒子显著的"尺寸效应"使得该催化剂具有更高的Ce~(3+)和氧空位浓度,而较高的Ce~(3+)和氧空位浓度使得催化剂具有优异的低温氧化还原性能和储释氧能力。催化性能测试表明,CeO_2@ZrO_2催化剂展现出最好的催化活性(1.90 gCl2·gcat~(-1)·h~(-1)),同时CeO_2粒子周围非晶态的ZrO_2阻碍CeO_2的高温烧结,提高了该催化剂的稳定性。     

基于油酸辅助水热法制备NaLuF4:Ln3+及光谱性质

采用油酸辅助水热法合成了具有上下转换发光性能的NaLuF_4∶Ce~(3+)、NaLuF_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)、NaLuF_4∶Yb~(3+),Tm~(3+)、NaLuF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)以及NaLuF_4∶Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)荧光粉材料。X射线衍射(XRD)表征结果表明产物各个衍射峰与标准卡片PDF#27-0726较好的吻合,得到六方相NaLuF_4晶体。扫描电镜(SEM)显示产物形貌为六棱柱,由粒径分布图可知属于微米级材料。NaLuF_4基质中单掺Ce~(3+)时,研究掺杂浓度对样品发光性能的影响表明NaLuF_4∶0.09Ce~(3+)的发光强度最大。双掺Ce~(3+)、Tb~(3+)时,详细讨论了NaLuF_4基质中Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量传递机制,可认为是偶极-四极作用。在980 nm激光激发下,增大Yb~(3+)的掺杂浓度可以使Er~(3+)的红(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))/绿(~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2))光发射比例增大,Er~(3+)的红光和绿光发射过程均属于双光子发射,Tm~(3+)的蓝光发射过程属于三光子发射,并且NaLuF_4∶0.20Yb~(3+),0.005Er~(3+),0.005Tm~(3+)样品实现了白光发射(x=0.335,y=0.385)。     

纳米CeO_2在生物医药上的应用

纳米CeO_2由于自身的结构特点,Ce~(4+)和Ce~(3+)在纳米粒子上共存,遇到氧化剂ROS,Ce~(3+)被氧化成Ce~(4+),因此它是一种还原剂。当周围环境改变时,它又有再生能力,从Ce~(4+)再生为Ce~(3+),这也是CeO_2的本质(有氧空穴)所决定的。这个性质使纳米CeO_2在生物医药上有很多应用,可以模拟SOD,CAT催化活性清除超氧阴离子自由基、过氧化氢分子、羟基自由基等对人体有害的ROS。有重点地例举了纳米CeO_2在癌症放疗中作为辅助剂的应用,对神经细胞的保护,防止过早蜕化,特别是对视网膜的保护。简述了纳米CeO_2的制备进展,更有效的和更长效的纳米CeO_2的研制进展。     

稀土元素对sh_2甜玉米种子萌发生物学效应影响

为改善甜玉米的种子活力,分别利用La~(3+),Ce~(3+),Er~(3+)和Pr~(3+)对sh_2甜玉米种子进行处理。结果表明:经Ce~(3+),La~(3+),Er~(3+)和Pr~(3+)元素处理的种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗鲜重、根长和苗长与对照间均存在显著差异(p≤0.05);当Ce~(3+),La~(3+)和Pr~(3+)元素浓度为0.02 mol·L-1,Er~(3+)元素浓度为0.01 mol·L-1时,均能够促进sh_2甜玉米种子萌发。在sh_2甜玉米种子萌发期,经Ce~(3+),La~(3+),Er~(3+)和Pr~(3+)元素处理的sh_2甜玉米种子萌发期SOD,POD和CAT与对照间均存在显著差异(p≤0.05)。其中,在稀土元素浓度为0.02 mol·L~(-1)时,sh_2甜玉米种子萌发期CAT活性最强。当Ce~(3+)元素在0.02 mol·L~(-1)时,其抗氧化酶活性最强。因此,0.02 mol·L~(-1)的Ce~(3+)元素为sh_2甜玉米种子萌发的适宜浓度与最佳元素,能够显著提高sh_2甜玉米种子萌发生物学效应。     

三维有序大孔SnO_2基固溶体用于有效燃烧碳烟颗粒（英文）

柴油车尾气排放的碳烟颗粒对人类的生存环境和身体健康带来了严重危害.催化燃烧是消除碳烟颗粒污染的有效途径.碳烟颗粒催化燃烧是固-固-气相反应,因此催化剂本身具有活泼的氧中心且其能与碳烟颗粒有效接触是提高反应效率的关键因素.为改善碳烟颗粒与催化剂的接触,设计制备三维有序大孔(3DOM)催化剂,使碳烟颗粒可以进入催化剂孔道内部,增加其与催化剂的有效接触,是提高反应活性的有效途径.此外,在催化剂晶格中掺杂其它金属离子形成固溶体结构,可提高其氧化还原性能,也可有效提高其碳烟燃烧活性.SnO_2富含活泼的表面缺位氧和可还原的晶格氧,且其熔点高达1630℃,具有良好的热稳定性,被广泛用于制备气体传感、电化学和催化等材料.在过去的6年中,本课题组在SnO_2催化化学领域做了大量系统的工作,将SnO_2基催化材料用于多种环保和能源反应.发现通过其它阳离子Fe~(3+),Cr~(3+),Ta~(5+),Ce~(4+)和Nb~(5+)等的掺杂,替换晶格中部分Sn~(4+)形成金红石型SnO_2固溶体结构,可显著提高催化剂氧物种的流动性、活性和本身的热稳定性.本文采用胶体晶体模板法制备出了Ce~(4+),Mn~(3+)和Cu~(2+)离子掺杂的SnO_2三维有序大孔固溶体催化剂用于松散接触条件下的碳烟催化燃烧.采用SEM,TEM,XRD,STEM-mapping,O_2-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征,研究其碳烟催化燃烧性能.SEM和TEM结果表明已成功合成三维有序大孔结构样品.XRD,Raman和STEM-mapping结果表明,Ce~(4+),Mn~(3+)和Cu~(2+)离子均进入四方金红石型SnO_2晶格形成固溶体结构.另外,Raman,H_2-TPR,XPS和O_2-TPD等结果发现上述离子掺杂三维大孔SnO_2后,催化剂表面形成了更活泼、丰富的氧物种,有利于碳烟颗粒燃烧.其中3DOM-Cu_1Sn_9催化剂具有最丰富的活泼氧中心,因此表现出最高的活性.