Ta 5+掺杂Li7La3Zr2O12的合成及其性能研究

本文采用固相法制备了Ta ⁵⁺掺杂的石榴石型无机固体电解质Li_7-xLa₃Zr_2-xO₁₂（xTa-LLZO）,研究了不同的掺杂量对材料性能的影响. 通过X射线发射光谱（XRD）、冷场发射电子扫描电镜（FESEM）和电化学阻抗（EIS）对材料进行物理表征和阻抗测试,并且组装LiFePO₄//LLZTO//Li全固态锂电池测试电池的循环稳定性. 结果表明,随着Ta ⁵⁺掺杂的增加,材料呈现出一个单一的立方相结构,当Ta ⁵⁺掺杂量为14.09wt.%（即x=0.3）时,材料的室温离子电导率达到最大（2.58×10 ^-4 S·cm ^-1）,呈现出稳定的立方相结构且具有相对较高的致密度（89.16%）,并具有较稳定的循环稳定性,经过50个循环后容量保持率依然保持到88.67%左右.     

TiO2纳米管电极金属离子掺杂的表征

采用浸渍法对TiO₂纳米管电极进行Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺离子的掺杂改性,并进行了各种性能表征.扫描电镜(SEM)及X射线衍射光谱(XRD)结果表明,金属离子掺杂后的TiO₂纳米管电极依然保持了良好的表面形态及锐钛矿晶型,纳米管的直径为60-100 nm,其晶面主要为101面;可见紫外漫反射光谱(DRS)分析表明,进行掺杂的TiO₂纳米管电极的光学性质有不同程度的改变,Zn²⁺、Fe³⁺和Cu²⁺掺杂的TiO₂纳米管电极的禁带宽度分别为3.37 eV3、.14 eV、2.86 eV.这表明掺Cu²⁺的TiO₂纳米管电极的吸收边带发生了明显的红移.     

Ce1-xMnxO2表面性质对催化CO2和甲醇直接合成DMC反应活性的影响

通过共沉淀法制备了一系列Mn掺杂量不同的Ce_1-xMn_xO₂催化剂, 并将其用于催化CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC). 通过X射线衍射(XRD)、 氮气吸附-脱附、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和程序升温脱附(TPD)等手段研究了Ce_1-xMn_xO₂表面性质对催化CO₂和甲醇直接合成DMC反应活性的影响. 结果表明, Mn离子进入CeO₂晶格中形成固溶体, 随着Mn掺杂量增加, 催化剂表面弱酸碱位数量逐渐降低, 中强酸碱和强酸碱位数量增加, 催化剂表面氧空位含量呈先增加后减少的变化趋势, 当Mn掺杂量较少时, 催化剂表面Mn²⁺比例较高, 有利于Ce⁴⁺+Mn²⁺→Ce³⁺+Mn³⁺反应的进行, 促进催化剂表面氧空位生成; 进一步提高Mn掺杂量时, 催化剂表面Mn⁴⁺比例提高, 有利于Ce³⁺+Mn⁴⁺→Ce⁴⁺+Mn³⁺反应的进行, 导致催化剂表面氧空位含量减少. 研究发现Ce_1-xMn_xO₂催化剂活性与表面氧空位含量线性相关.     

以UiO-66为前驱体的Fe-ZrO2的制备及其可见光降解性能研究

金属有机骨架（UiO-66）具有大的比表面积和强的吸附能力，且金属锆离子高度有序地排列在框架中.先采用UiO-66的结构特点使其吸附Fe³⁺，再通过煅烧前驱体Fe³⁺/UiO-66的方法成功制备出Fe掺杂的ZrO₂纳米光催化剂Fe-ZrO₂.通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附、红外光谱（FT-IR）和紫外-可见光吸收光谱（UV-vis DRS）等方法对催化剂的形貌和结构进行表征，利用荧光（PL）和电化学阻抗对催化剂的电化学性能进行分析.最后，研究了催化剂对罗丹明B溶液的可见光降解作用，结果表明通过煅烧Fe³⁺/UiO-66前驱体的方法制备的Fe-ZrO₂催化剂，在可见光照射下对罗丹明B的降解率为83%，循环三次后降解率依然能够达到78%，稳定性好.     

锌掺杂OV-β-Bi2O3可见光催化活性的提高:能带结构的调节和电荷分离的促进

采用溶胶-凝胶-原位碳热还原处理的方法,制备了一种含有氧空位(OV)的新型Zn掺杂β-Bi₂O₃纳米材料(OV-Zn∶Bi₂O₃),氧空位的浓度可以通过改变Zn²⁺的掺杂量进行调节。作为参照,只有氧空位没有Zn²⁺的新型β-Bi₂O₃(OV-β-Bi₂O₃)也通过类似的方法制得。通过紫外可见漫反射光谱、X射线光电子能谱、电子顺磁共振、光致发光光谱和光电化学测试,系统研究了氧空位和Zn²⁺掺杂对OV-Zn∶Bi₂O₃降解亚甲基蓝(MB)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)可见光催化活性的综合影响。结果表明,氧空位的引入不仅可以使光吸收向长波方向拓展,而且可以促进光生载流子的分离。因此,与传统的β-Bi₂O₃相比,OV-β-Bi₂O₃对亚甲基蓝(MB)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)的降解活性显著增强。对于OV-Zn∶Bi₂O₃催化剂,Zn²⁺掺杂可使光催化剂的价带边缘向下移动,增强了光激发空穴的氧化能力,并且适量的锌掺杂也能提高光生载流子的分离效率。因此,OV-Zn∶Bi₂O₃的可见光活性优于OV-β-Bi₂O₃,而且当Zn与Bi物质的量之比为0.3时,OV-Zn∶Bi₂O₃-0.3对MB和2,4,6-TCP的降解活性最高。     

Tm3+掺杂的NaYF4微米颗粒中强烈的单带下转换荧光发射

采用柠檬酸钠辅助的水热方法合成了一系列具有不同长径比的Tm³⁺掺杂的β-NaYF₄ (NaYF:Tm³⁺)微米棒(盘).通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能量色散X射线荧光光谱(EDX),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和激光光谱学等手段对所制备的系列β-NaYF₄微米棒(盘)进行了表征. XRD和SEM分析表明β-NaYF₄微米棒(盘)的长径比依赖于前驱液的pH值,随着前驱液的pH值的增加,从长棒逐渐过渡到六角盘.光谱测量结果表明:一系列NaYF₄:Tm³⁺微米晶体在656 nm脉冲激光选择激发下,均获得了强烈的单带近红外下转换荧光发射.系统研究了激发波长、环境温度和颗粒长径比对NaYF₄:Tm³⁺微米晶体中单带近红外荧光强度的调控.结果表明:颗粒长径比越大,荧光强度越强.进一步探索了颗粒长径比调控的荧光增强机理,并提出了基于长径比控制的缺陷空位机理.     

Bi1-xFexVO4薄膜光阳极的制备及光电化学性能

采用一步滴涂法在掺氟二氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了Bi_1-xFe_xVO₄(x=0, 0.05, 0.10, 0.25, 0.40)薄膜, 表征了其结构、 形貌、 光学以及光电化学方面的性质. 结果表明, 掺入Fe后Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的光电流密度与 BiVO₄薄膜相比均有所提高, 其中25% Fe-BiVO₄薄膜表现出最优的光电化学性能. 在0.1 mol/L磷酸缓冲溶液(pH=7.0)中, 1.23 V(vs. RHE)电势下25% Fe-BiVO₄薄膜的光电流密度为0.50 mA/cm², 与BiVO₄薄膜的0.15 mA/cm²相比提高了3倍多. 结合X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果证实Fe³⁺以FeVO₄的形式存在于Bi_1-xFe_xVO₄薄膜中, 形成了BiVO₄/FeVO₄复合物薄膜. 紫外-可见光谱(UV-Vis)结果显示, 所有Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的禁带宽度均为2.4~2.5 eV. 25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能的提升主要归因于光生载流子转移效率(η_trans)和分离效率(η_sep)的提高. 能级结构图表明, BiVO₄和FeVO₄之间可以形成Type Ⅱ型能级结构排列, 可以促进光生载流子的分离与转移, 是25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能提升的内在机理.     

KMnF3的熔盐法合成及掺铕体系的发光性质

采用简单的熔盐法合成了KMnF₃单相样品及稀土离子铕掺杂的KMnF₃（KMnF₃：Eu）荧光样品. X射线粉末衍射（XRD）表征结果显示,KMnF₃属立方晶系,为AMF₃型钙钛矿结构氟化物. 对样品KMnF₃：Eu的发光性质进行了研究,荧光光谱分析结果表明,Mn²⁺,Eu²⁺与Eu³⁺这3个发光中心共存于KMnF₃：Eu体系中. 讨论了改变掺入Eu离子的摩尔分数对Mn²⁺,Eu²⁺以及Eu³⁺发光强度的影响.     

MgAlZnFe-CO3 LDHs对PBS膨胀阻燃体系性能的影响

采用恒定pH值共沉淀法在自制反应器中合成了不同原料配比的碳酸根型镁铝锌铁层状双羟基金属氧化物（MgAlZnFe-CO₃ LDHs）,并通过熔融共混MgAlZnFe-CO₃ LDHs、聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺（MA）和全降解材料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）制备出PBS膨胀阻燃材料. 采用傅里叶红外光谱（FTIR）、热失重（TG）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及元素分析（ICP）对MgAlZnFe-CO₃ LDHs进行了表征,并对PBS膨胀体系进行了力学性能和阻燃性能等测试. 结果表明,当Mg²⁺,Zn²⁺,Al³⁺和Fe³⁺的摩尔比为9：3：3：1时,合成的MgAlZnFe-CO₃ LDHs热稳定性最好,晶态结构规整,呈形貌规则的六边形片状;当MgAlZnFe-CO₃ LDHs的添加质量分数为1%时（阻燃剂的总添加质量分数为20%）时,PBS膨胀阻燃体系的极限氧指数（LOI）达到35%,垂直燃烧测试达到UL-94 V-0级别,力学性能得到较大改善. 实验结果表明,低添加量的MgAlZnFe-CO₃ LDHs与膨胀阻燃剂（IFR）协效阻燃PBS,一方面能够改善膨胀阻燃剂恶化PBS力学性能的现象,另一方面协同效应能够明显提高PBS的阻燃性能.     

应用ABEEMσπ极化力场对Zn2+水溶液配位微结构和水交换反应进行分子动力学模拟研究

应用ABEEMσπ极化力场,对Zn²⁺水溶液体系进行分子动力学模拟,探讨Zn²⁺的配位微结构和配体水交换反应。水分子模型采用ABEEM-7P精细水模型。模拟后对体系结构、电荷及动力学性质进行细致分析。结构分析表明,平衡体系中Zn²⁺的第一层配位数为6,这与实验值是一致的。水交换反应过程中,溶剂水由O-Zn-O角分线斜上（下）方进攻Zn²⁺,配位水由O-Zn-O角分线斜下（上）方逐渐远离。极化力场模拟时Zn²⁺与交换水间的距离变化波动较大,而固定电荷力场的波动较小。模拟发现,极化力场的径向分布函数能精细地展示第二、三层配体的配位微结构,第二配位层存在靠近Zn²⁺的亚壳层,能与第一水合层发生水交换反应,充分体现了Zn²⁺的极化效应。本文阐明了水交换反应中,Zn²⁺位点电荷与交换水中氧原子孤对电子位点电荷的规律性变化,从电荷的角度解释了水交换反应的合理性。ABEEMσπ极化力场模拟Zn²⁺水溶液获得第一水合层的平均配位驻留时间为2.0×10^-9 s,在实验值范围内,说明ABEEMσπ极化力场可以合理地模拟Zn²⁺水溶液体系。     

新型Ce3+掺杂亚磷酸锰开放骨架材料的合成与荧光性质

通过高通量实验方法制备了一系列新型的Ce³⁺离子掺杂亚磷酸锰(NH₄)₄[Mn_4-xCe_x(HPO₃)₆](简称JIS-10∶xCe³⁺) 无机开放骨架材料. 通过粉末X射线衍射(PXRD)谱图、 扫描电子显微镜(SEM)、 微量元素能谱(EDS)、 X射线光电子能谱(XPS)、 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和光致发光(PL)光谱等手段对该材料进行了表征, 并研究了Ce³⁺离子掺杂浓度、 反应温度和时间对晶体相变和发光性能的影响. 结果表明, 在波长260 nm的光激发下, Ce³⁺离子在500 nm处有1个绿光发射带而Mn²⁺离子在590 nm处有1个黄光发射带. 调变JIS-10∶xCe³⁺材料中Ce³⁺离子的掺杂浓度发现, 当x=0.06^{时, 即Ce3+离子的掺杂浓度较低时, 样品的发射颜色为黄绿色, 其CIE坐标为(0.38, 0.48); 当Ce3+离子的掺杂浓度增加时, 绿色发光带的增长快于黄色发光带的增长, 从而调整发射颜色; 在x=1.33时观察到最强的发射, 浓度过高发生浓度猝灭.}     

Ru(bpy)2(NCS)2染料敏化CdS/Zn2+TiO2复合半导体纳米多孔膜的光电化学

采用水热法合成了Zn²⁺离子掺杂的TiO₂纳米粒子[Zn²⁺掺杂量0.5%(物质的量的比)],并用光电化学方法研究了经Ru(bpy)₂(NCS)₂(bpy=2,2′bipyridine₄,4′dicarboxylicacid)分别敏化的掺杂Zn²⁺的TiO₂电极(简写为Zn²⁺-TiO₂)和CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极的光电化学行为.实验证明Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比单独敏化Zn²⁺-TiO₂电极的光电转换效率高,且敏化Zn²⁺TiO₂电极和敏化CdS/Zn²⁺TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比Zn²⁺-TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动.在360600nm范围内,Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极光电转换效率最好.     

球磨微米硫化零价铁活化双氧水降解有机污染物的研究

报道了机械球磨方法制备的微米硫化零价铁（S-ZVI）可以快速活化H₂O₂降解各类有机污染物.S-ZVI/H₂O₂降解苯酚的单位比表面积反应速率常数是ZVI/H₂O₂的5倍以上,且苯酚的降解不存在初始抑制阶段.探针化合物乙醇的淬灭反应结合电子顺磁共振（EPR）实验证明S-ZVI/H₂O₂体系产生的氧化活性物质为·OH.反应前后S-ZVI颗粒的扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征结合电化学测试和苯酚降解结果表明S-ZVI中FeS取代ZVI表面的钝化膜（铁氧化物）,加速了电子从Fe⁰传递到H₂O₂,更快地释放Fe²⁺,引发Fenton反应.在这过程中FeS主要作为电子的导体而非Fe²⁺的释放源.     

La3+掺杂CaFe2O4材料的制备及室温检测超低浓度甲醛

采用静电纺丝法成功制备了La³⁺掺杂CaFe₂O₄材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对La³⁺掺杂CaFe₂O₄材料的结构和形貌进行了表征。随后,研究了La³⁺的掺杂量(质量分数)对CaFe₂O₄气敏性能的影响。研究表明,3%La³⁺掺杂CaFe₂O₄材料在室温下对100μL·L^-1甲醛的响应最高(R_a/R_g=14.1)。更为重要的是,对甲醛的最低检测限低至0.1 nL·L^-1,并且响应/恢复时间仅为4.3 s/8.4 s。     

一个基于[Cu4(μ2-OH)2N12]的10-连接3D配合物的合成、结构和光催化性质

通过扩散法合成了一个新的配位聚合物{[Cu₂（OH）（btre）_1.5（1,2,4-btc）]·13H₂O}_n（1·13H₂O）（btre=1,2-二（4H-1,2,4-三唑）乙烷,1,2,4-btc=1,2,4-苯三甲酸根）。测试了1·13H₂O的晶体结构,并用红外光谱、元素分析、粉末X射线衍射对其进行表征。单晶X射线衍射表明1是基于四核铜簇[Cu₄（μ₂-OH）₂N₁₂]构筑的10-连接的3D框架,其拓扑符号为3¹²·4²⁸·5⁵。研究了1·13H₂O的热稳定性以及对甲基橙的催化降解作用。     

Al3+离子掺杂δ-MnO2的制备和电化学性能

采用水热法合成了不同比例Al³⁺离子掺杂的δ-MnO₂纳米粉体.通过X射线衍射(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)、循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电(GCD)曲线等手段对材料的结构和电化学性能进行了表征.结果表明, Al³⁺离子进入δ-MnO₂的晶格替代部分Mn³⁺和Mn⁴⁺离子,使得δ-MnO₂电极的性能明显提升.当反应物中Al³⁺/Mn²⁺摩尔比为0.45时,所得样品(A0.45M)的性能最好;其在1 A/g电流密度下的比电容为207.61 F/g,是纯相δ-MnO₂(A0M)的2.4倍;其在10 A/g电流密度下循环10000次后的比电容为100.81 F/g,容量保持率为81.33%.     

DNA碱基(对)及其Zn2+复合物对CO2,N2,H2小分子的吸附

用M062X/6-31+G^*方法探讨了腺嘌呤(A)、 胸腺嘧啶(T)、 鸟嘌呤(G)、 胞嘧啶(C)及其碱基对(AT, GC)以及Zn²⁺复合物(AAA-Zn²⁺, AAT-Zn²⁺和GGC-Zn²⁺)对混合小分子H₂, N₂, CO₂的吸附情况, 系统研究了其相互作用模式及吸附强度, 预测了常见混合气体分子与碱基(对)及复合物的吸附位置. 研究表明, CO₂倾向于以氢键的形式结合到碱基(对)的氨基氢或亚氨基氢上, 而N₂和H₂分子则倾向于结合到这些碱基(对)的平面π电子上, 以堆垛的形式存在. 根据吸附强度大小, 预测了由这些碱基为骨架合成的金属有机骨架(MOF)吸附材料对小分子的选择性吸附顺序为H₂22. 研究表明, 以AT对结合金属Zn²⁺为节点的纯天然碱基对构成的MOF要比实验合成的AA碱基对与Zn²⁺结合的MOF具备更好的吸附和分离性能.     

几种尖晶石型复合氧化物纳米粉体的制备及气敏性

采用化学共沉淀法合成了4种尖晶石型复合氧化物MFe₂O₄(M=Cu²⁺,Zn²⁺,Cd²⁺,Mg²⁺).X射线粉末衍射分析、透射电镜及比表面测定等表征结果表明它们均为具有较大比表面积的纳米粉体,平均粒径<50nm.将样品做成厚膜型气敏元件,测定了其对乙炔、液化石油气、一氧化碳、氢气和乙醇等还原(可燃)性气体的气敏特性。     

Na2PO3F对LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2材料的复合改性及机理分析

采用湿化学法使用Na₂PO₃F对LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂进行表面改性, 得到F^–掺杂和LiF包覆的正极材料. X射线衍射谱(XRD)结果显示(003)衍射峰向高角度偏移, 结合X射线光电子能谱(XPS)及透射电子显微镜(TEM)证明F^–进入到材料晶格内部; 扫描电镜(SEM)、TEM及XPS结果显示, 改性后材料表面存在均匀LiF包覆层, 可提高电极/电解液界面稳定性, 改善循环稳定性; 通过计算锂离子扩散系数, 证明Li⁺传输速率得到提升, 倍率性能改善. 电化学性能测试结果显示, 材料的循环稳定性和倍率性能均得到显著提高: 在2.75~4.3 V电压窗口下, 材料1 C循环200周后容量保持率由32.2%提高到65.2%, 10 C条件下放电比容量由145.7 mAh/g提高到161.5 mAh/g. 对循环后极片进行XPS分析, 正极-电解质界面(CEI层)层中的LiF, Li_xPO_yF_z, NiF₂减少, 有利于提高材料稳定性及循环性能.     

质子化g-C3N4/β-SiC复合材料的制备及光催化降解茜素红性能

分别采用热解法和溶胶-凝胶-碳热还原法合成了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和纳米级碳化硅(β-SiC), 通过浸渍-热处理法将两者复合并通过浓盐酸质子化, 分别制备了g-C₃N₄/β-SiC和质子化g-C₃N₄/β-SiC(P-g-C₃N₄/β-SiC)复合光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和光致发光光谱(PL)等对样品进行了表征. 结果表明, P-g-C₃N₄/β-SiC复合材料的比表面积增大, 光生电子-空穴对的复合几率降低, 光催化性能明显提高. 在光催化降解染料茜素红(ARS)研究中, 样品的可见光催化活性顺序为P-g-C₃N₄/β-SiC>g-C₃N₄/β-SiC>P-g-C₃N₄>g-C₃N₄>β-SiC. 其中P-g-C₃N₄/β-SiC在60 min内对ARS的降解效率高达99.9%, 符合准一阶动力学模型, 速率常数为0.0967 min ^-1, 且循环使用9次后, 光催化降解效率仍保持97.5%以上.