过渡金属氧化物(M2O5)+m=1,2(M=V, Nb, Ta)与C2H4气相反应机理的密度泛函研究

采用密度泛函理论研究了过渡金属钒族氧化物阳离子团簇(M2O5)+m=1,2(M=V, Nb, Ta)与C2H4气相反应机理. 反应为(M2O5)m++C2H4→(M2O5)m-1M2O4++C2H4O, 反应物先化合生成C—O键相连的化合物, 经过过渡态后M—O键断裂, 从而发生氧原子转移到碳氢化合物上的反应. 对于V2O5+与C2H4的反应, 存在经顺式和反式两种过渡态结构路径, 从能量上看, 经反式过渡态结构的路径更有利. 计算结果表明, 发生反应时C2H4与钒氧化物阳离子反应大量放热, 而与铌、钽氧化物阳离子反应却放热较少甚至不放热, 这与实验结果一致. 钒、铌、钽氧化物阳离子团簇发生氧转移反应活性不同的原因是金属-氧键的强弱不同所致.     

铌源和掺杂位置对LiFePO4/C电化学性能的影响

使用Nb2O5和Nb(OC6H5)5为铌源对LiFePO4/C中的锂位和铁位分别掺杂,采用碳热还原法合成掺杂Nb的磷酸铁锂系列材料。运用X射线衍射仪、扫描电镜、循环伏安、交流阻抗谱和恒电流充放电测试等对材料进行表征。结果表明:相比掺杂位置,铌源对材料的颗粒形貌和粒径分布影响更大,而颗粒大小对材料的电化学性能,尤其是大倍率性能的提高有重要作用;掺杂在Li位的Nb元素比在Fe位能更好的稳定晶体结构,从而有利于提高循环性能。     

类钙钛矿新铌酸盐Ba5LaTi2Nb3O18的合成、结构与介电特性

为满足现代通信技术小型化、集成化与高可靠性的迫切要求,探索具有高介电常数、低介电损耗与低温度系数的微波介电材料引起了材料科学、化学、物理和电子科学等领域科学工作者的广泛关注,并已开发出复合钙钛矿结构的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3、Ba(Zn1/3Ta2/3)O3和钨青铜结构的Ba6-3xLn8+2x·Ti18O54及Ba2Ti9O20等实用化的高性能材料[1～7].这类材料均由氧八面体共顶连接,而且氧八面体内(B位)、外(A位)阳离子比例等于或略大于1,由此,我们推测在B位与A位阳离子比例略小于1的类钙钛矿结构中也极有可能存在具有优良介电性能的新材料,因此对通式为AnBn-1O3n(n=5,6,7,8)的系列新化合物进行了系统的合成、结构与介电性能研究[8,9].本文报道在BaO-La2O3-TiO2-Nb2O5体系中合成的具有5层类钙钛矿结构的新铌酸盐Ba5LaTi2Nb3O18,发现该材料具有较好的介电性能.     

CdS插层的K4Nb6-xCuxO17复合物的制备及其光催化制氢活性

以Nb2O5,K2CO3和CuO为原料经高温固相反应合成K4Nb6-xCuxO17催化剂,并通过层间离子交换反应,胺插入反应以及硫化反应制备CdS插层K4Nb6-xCuxO17复合催化剂(K4Nb6-xCuxO17/CdS)。利用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),场发射扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDX),紫外-可见漫反射(UV-Vis),分子荧光光谱(PL)等技术对催化剂进行表征。考察了催化剂的可见光催化制氢活性。结果表明,Cu离子掺杂进入K4Nb6O17晶格中,CdS位于K4Nb6O17层间。CdS插层K4Nb6-xCuxO17催化剂的最大吸收光波长约为550 nm。催化剂制氢活性有明显提高,紫外光和可见光下3 h产氢量分别达到279.83 mmol.gcat-1和7.11 mmol.gcat-1。最后讨论了复合催化剂光生电荷转移机理。     

Fe物种改性海胆状Nb2O5光催化降解类吩噻嗪染料

我们在合成海胆状Nb2O5纳米球光催化剂的基础上,向体系中直接引入Fe3+离子,制备了Fe物种修饰的Nb2O5纳米球。对产物进行了X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、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)、N2吸附-脱附测试、紫外可见吸收谱(UV-Vis)和光致发光谱(PL)表征。结果表明,引入Fe3+后,Nb2O5纳米球的微观形貌和晶型结构没有发生显著变化,但其比表面积有所增加,原位复合的Fe物种以低结晶度的Fe2O3和Fe(Ⅱ)NbxOy物种分布在Nb2O5纳米球表面。相比于单一海胆状Nb2O5,Fe物种修饰的Nb2O5催化剂表现出了良好的光催化活性,能高效且选择性地降解类吩噻嗪染料亚甲基蓝(MB)和甲苯胺蓝(TB),原因为:(1) Fe物种可以对类吩噻嗪染料分子中的N和S形成配位吸附;(2) Fe物种与Nb2O5导带匹配,可以有效分离其光生电子,提高空穴的氧化能力;(3) Fenton反应在快速消耗光生电子的同时产生大量·OH用于染料的氧化。     

新型可见光光电材料NiNb2O6的合成及其光电化学性质

本文报道了"软化学"法合成得到的新型光电转换材料NiNb2O6的合成及其在可见光照射下的光电化学性质。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及紫外-可见漫反射谱(DRS)等手段研究了合成材料的晶型结构、形貌以及光物理性质。结果表明,该材料具有与Nb2O5完全不同的新型结构,且具有两个明显的吸收带,相应的禁带宽分别为3.02和2.30 eV,具有较好的可见光(λ>420 nm)吸收性能。在可见光下照射下NiNb2O6薄膜光电极上观察到有光电流的产生,表明其具有较好的光电转换性能。     

新铌酸盐Sr5LnTi3Nb7O30的结构与介电性能

在SrO-Ln2O3-TiO2-Nb2O5(Ln=La, Y)体系中,通过固相反应法，合成了填满型钨青铜结构新铌酸盐Sr5LaTi3Nb7O30与Sr5YTi3Nb7O30.分别采用X射线衍射分析、扫描电镜进行了结构分析,并进行了介电性能测试.结果表明, Sr5LaTi3Nb7O30室温时为四方钨青铜结构顺电相,晶胞参数a=1.233 60(4) nm, c=0.388 01(2) nm;频率为1 MHz时,其陶瓷的室温相对介电常数为466,介电损耗约为5×10－3.Sr5YTi3Nb7O30为弛豫性铁电体, 10 kHz时居里温度为260 ℃;室温时为四方钨青铜结构铁电相,晶胞参数a=1.228 80(4) nm, c=0.387 05(2) nm; 1 MHz时,陶瓷体的室温相对介电常数为290.     

新铌酸盐Ba5LnZnNb9O30(Ln=Y,La)的合成、结构与介电性能

在BaO-Ln2O3-ZnO-Nb2O5(Ln=Y,La)体系中通过固相反应法合成了填满型钨青铜结构的新铌酸盐Ba5YZnNb9O30与Ba5LaZnNb9O30.采用X射线衍射分析和扫描电镜进行了结构分析,并进行了介电性能测试.结果表明,Ba5YZnNb9O30为弛豫性铁电体,10kHz时的居里温度为25℃;室温时为四方钨青铜结构铁电相,晶胞参数a=1.25255(4)nm,c=0.39530(2)nm;1MHz时陶瓷体的室温相对介电常数为456.Ba5YZnNb9O30在室温下为四方钨青铜结构顺电相,晶胞参数a=1.25731(3)nm,c=0.39812(2)nm;频率为1MHz时,其陶瓷的室温相对介电常数为316.     

沉积-沉淀法和沉积-还原法制备Nb2O5负载的金纳米粒子及其催化CO氧化活性

采用不同的沉积法制备了氧化铌(Nb2O5)负载的金纳米粒子催化剂,即沉积-沉淀(DP)法、尿素辅助的DP法、沉积-还原(DR)法和一步法制备了1 wt%Au/Nb2O5催化剂.在众多类型Nb2O5(包括商业Nb2O5)中,采用水热法制备的层间型Nb2O5(Nb2O5(HT))最适合用作载体.结果表明,较大比表面积的Nb2O5(HT)使得金以纳米颗粒形式分散于其上.在优化的条件下,以DP和DR法沉积于Nb2O5(HT)上的金纳米粒子平均粒径为5 nm.采用DR法制备的Au/Nb2O5(HT)催化剂上CO转化率为50%时的温度为73oC.不沉积金的条件下,即使在250oC, Nb2O5(HT)对CO氧化反应也没有催化活性.因此,金的沉积对活性的促进作用非常明显.该简易Au/Nb2O5催化剂将金催化剂的类型扩展到酸性载体,这将增加新的应用.     

铌酸盐 Ba5YTi3 Nb7 O30的结构与介电性能

在BaO-TiO2-Mb2O5体系中通过掺Y3－合成了铌酸盐Ba5YTi3Nb7O30 ,采用粉晶X射线衍射（XRD）对其结构进行了分析,并测试了其烧结体的介电特性,结果表明,在室温下Ba4YT3 Nb7O30属于填满型四方钨青铜结构,晶胞参数,a=1.24332(2)nm,c=0.39453(1)nm,α=β=γ＝90度,Ba5TYi3Nb7O30在100度从铁电相转变为顺电相。     

添加Al2O3对Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米纤维结构和磁性能的影响

采用静电纺丝技术制备了添加0～20wt%Al2O3的Ni0.5Zn0.5Fe2O4纳米纤维。通过XRD、FESEM、TEM和VSM对样品的物相结构、形貌和磁性能进行了表征。结果表明,所合成的复合纳米纤维的直径都分布在40～150 nm之间,添加到纤维中的Al2O3主要以非晶态形式分布于铁氧体晶粒边界;随着Al2O3添加量的增加,可观察到γ-Fe2O3相逐渐析出,Ni-Zn铁氧体的晶格常数单调减小,说明有一些Al2O3进入到尖晶石晶格中取代了B位的Fe3+离子,Ni-Zn铁氧体的平均晶粒尺寸先增大后减小,在Al2O3添加量为8wt%时达到最大值39.2 nm;比饱和磁化强度和矫顽力随Al2O3添加量的增加呈现出相同的变化规律,先减小后增大,当Al2O3添加量超过5wt%时又开始变小。     

S-M（M=Al,Co）复合掺杂LiMn2O4的结构稳定性

应用量子化学电荷自洽离散变分Xα(SCC-DV-Xα)方法,研究了S-Al、S-Co复合掺杂增强尖晶石结构锂锰氧化物稳定性的作用机制.计算结果表明, S-Al复合掺杂锂锰尖晶石和S-Co复合掺杂锂锰尖晶石中的共价键强度均比未掺杂尖晶石LiMn2O4中的强,且与MnO2中的共价键强度相近; S-Al, S-Co复合掺杂尖晶石中Mn的电荷也与MnO2模型[Mn6O26]28－中十分接近. Mn原子的电荷密度次序是MnO2≈掺硫铝后锰锂尖晶石≈掺硫钴后的锂锰尖晶石< 锰锂尖晶石.即[LixMn3Co3O20S6]n－和[LixMn3Al3O20S6]n－中Mn的状态与MnO2中的Mn相似.上述结果揭示了S和非Jahn-Teller效应阳离子（Al3＋,Co3＋）复合掺杂尖晶石结构锂锰氧化物在电化学过程中不会发生Jahn-Teller畸变的内在原因.     

锂离子电池负极材料ZnMn2O4微米空心球的制备和电化学性能

通过溶剂热方法合成了ZnMn2O4微米空心球,并探讨了其形成机理。采用XRD,SEM,TEM等测试手段对产物的结构、形貌和组成进行了表征。实验结果表明,溶剂热反应条件如反应温度、反应介质对于产物的结构和形貌起着关键作用。在140℃,采用乙醇和水作为反应介质,反应6 h可以制备出直径约3μm的ZnMn2O4微米空心球;当以乙醇为溶剂,反应6 h可以得到团聚的尺寸约250 nm的ZnMn2O4纳米颗粒。将所制备的ZnMn2O4微米空心球/纳米颗粒组装成锂扣式模拟电池,考察其电化学脱嵌锂性能。电化学测试结果显示,与ZnMn2O4纳米颗粒相比,空心结构的ZnMn2O4微米球具有较高的初始放电容量(1335 mAh·g-1)和较好的倍率性能,有望作为锂离子电池的新型负极材料。     

高色纯度高热稳定性红色荧光粉Sr3La2Ge3O12:Sm^3+的合成及其性能

通过高温固相法合成了一系列Sr3La2-xGe3O12:xSm^3+(0≤x≤0.04)红色荧光粉,并对样品的形貌、元素组成、晶体结构、发光性能及热稳定性进行了探究。结果表明:样品Sr3La2Ge3O12:xSm^3+为较宽尺寸分布的颗粒,且结构中仅含有Sr、La、Ge、O、Sm等元素。样品Sr3La1.97Ge3O12:0.03Sm^3+的Rietveld结构精修图与实测XRD图完全吻合,具有六方晶系结构。漫反射测试结果显示基质Sr3La2Ge3O12的带宽为5.54 eV,属于宽带隙材料。在404 nm激发下,样品Sr3La2-xGe3O12:xSm^3+(0≤x≤0.04)的最大发射峰位于601nm处,属于Sm^3+的6H5/2→4L13/2能级跃迁。此外,样品Sr3La1.97Ge3O12:0.03Sm^3+的发光性能最佳,其CIE色坐标为(0.5321,0.4601),色纯度高达94.2%,在298-473 K范围内具有较好的热稳定性,测试温度达到423 K时发射强度仍为室温时的81.6%。     

熔盐法制备Ca0.9La0.2/3Cu3Ti4O12陶瓷粉体及其介电性能研究

以CaCO3,CuO,TiO2,La2O3为反应物,NaCl,KCl为熔盐,通过熔盐法分别在700、750、800、850℃条件下合成Ca0.9La0.2/3Cu3Ti4O12陶瓷粉体。利用XRD和SEM分别对陶瓷粉体的物相结构和微观形貌进行了分析,并对其介电性能进行了测试。实验结果表明,随着合成温度的升高,陶瓷粉体的钙钛矿相含量逐渐增大,与传统固相法相比,熔盐法制备的粉体无团聚现象,耗时少。Ca0.9La0.2/3Cu3Ti4O12粉体制备的陶瓷在1 000℃烧结、测试频率在100 Hz~10 kHz时,获得优良的介电性能:介电常数大大超过104,介电损耗在0.1~0.47之间。     

CCl2自由基被无机小分子猝灭的速率常数

对CCl4/Ar混合气体脉冲直流高压放电产生CCl2自由基,用541.52 nm激光将电子基态CCl2激励到A 1B1(0,4,0)振动能级上. 通过检测激发态CCl2时间分辨荧光信号,测得室温下CCl2(A 1B1和a 3B1)被O2、N2、NO、 CO2、 CS2、H2O、SO2,和SF6分子猝灭的实验结果.用我们提出的三能级模型分析处理实验数据,获得了CCl2(A 1B1)态和CCl2(a 3B1)态的碰撞猝灭速率常数kA和ka值.     

纳米钙钛矿LaxSr1-xFe1-yCoyO3复合氧化物的制备和表征

用甘氨酸-硝酸盐燃烧合成法，制备La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃复合氧化物的陶瓷粉末，对该钙钛矿型氧化物进行了XRD、IR、紫外漫反射光谱及循环伏安曲线分析。结果表明：该复合氧化物粉体平均晶粒为15.3～29.8 nm,为立方和正交晶系。该氧电极具有双功能催化特性，但不完全可逆。对水溶液染料进行光解实验，利用紫外-可见、人工神经网络光度法研究La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃的催化性能。结果表明：CO²⁺的加入可使La_xSr_1-xFeO₃的光催化活性有所提高，B位离子(Fe³⁺，CO²⁺)改变与加入，使La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃(x=0.7，0.3；y=0.3，0.9，1)光催化活性高于La_xSr_1-xFeO₃。同时，对5种染料进行紫外光解，在0.75 h，脱色率大于91%，并为动力学一级反应。     

In2O3八面体的碳还原法制备及其发光性能研究

In₂O₃ octahedrons were synthesized by carbothermal reduction using In₂O₃ nanoparticles as the source material. The as-synthesized products were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), energy dispersive X-ray(EDX), scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), selected-area electron diffraction analysis(SAED) and Room-temperature photoluminescence(PL) spectroscopy. The results show that the products are single-crystalline In₂O₃ octahedrons, the length of the octahedrons is in the range of 400～3 000 nm; the PL patterns display two peaks located at 447nm and 555 nm upon excitation at 380 nm, and the other two peaks located at 444 nm and 550 nm upon excitation at 325 nm; the excitation pattern shows two peaks located at 274 nm and 371 nm, respectively. The growth mechanism of the In₂O₃ octahedrons is discussed, and the high supersaturation ratio is considered as the key factor.     

Ni0.8Co0.15Al0.05C2O4@Graphene的合成及电化学性能研究

过渡金属氧化物/石墨烯复合材料具有优异的电化学性能被广泛应用在锂离子电池中。本文以硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、草酸为原料按一定的物质的量比配制成溶液,在120°C的条件下水热反应12小时,得到多元过渡金属氧化物前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05C₂O₄(NCA-C₂O₄);该前驱体经聚烯丙基胺盐酸盐修饰后,与氧化石墨烯进行复合并还原得到石墨烯包覆的多元过渡金属氧化物/石墨烯负极材料Ni_0.8Co_0.15Al_0.05C₂O₄@Graphene(NCA-C₂O₄@G)。对材料的结构、形貌和电化学性质进行了表征。扫描电镜测试结果显示样品粒度均一,具有两端不规则长方体形貌。电化学性能测试结果表明：石墨烯包覆后的NCA-C₂O₄@G充放电容量高于前驱体NCA-C₂O₄,NCA-C₂O₄@G复合材料在0.1C电流密度 (1C=1000 mAh/g)下首次放电比容量为1956 mA h/g;经过0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C高倍率循环后,当测试电流密度恢复至100 mA/g时,复合材料比容量可迅速回升至720 mA h/g,并在随后50次循环中比容量保持稳定,显示出良好的循环稳定性和倍率性能。     

配位-氧化聚合-水热法制备聚苯胺/CoFe_2O_4纳米复合物及其微波吸收性能

采用"配位-氧化聚合-水热法"制备了本征态聚苯胺/CoFe2O4二元纳米复合物,再以磺基水杨酸掺杂获得聚苯胺/CoFe2O4电磁复合物.考察了反应物配比及掺杂酸浓度对产物电磁性能的影响.通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)及电磁测量等手段对聚苯胺/CoFe2O4的形貌、结构及性能进行了表征.结果表明,复合物呈现多级结构,其中CoFe2O4为立方体状,平均粒径小于20 nm.当CoFe2O4的质量分数为8.86%时,复合物的电导率约为0.43 S/cm;当聚苯胺/CoFe2O4复合物厚度为2 mm时,在16.01 GHz处最大反射损耗为-16.71 dB,小于-10 dB的带宽达4.68 GHz;而当聚苯胺/CoFe2O4复合物厚度为3.2 mm时,在9.23 GHz处最大反射损耗达-51.81 dB,小于-10 dB的带宽为3.69 GHz,表明具有良好的吸波性能.