PET表面的碳氟等离子体处理改性层组分的变角XPS分析

采用CH₄/CF₄混合气体等离子体来处理PET表面.利用变角XPS研究改性后PET的表面改性层的组分随取样深度的变化.结果表明,碳氟混合气体等离子体在PET表面形成交联网络结构的改性层,改性层的化学组成随深度的变化不大;纯CF₄等离子体的改性层的化学组成不均匀,含氟基团主要分布在外面.不同混合气体等离子体在PET表面形成改性层的结构决定于CH₄的添加量.     

碳氟等离子体改性PET表面的反应机制的研究

利用CF₄与cH₄/CF₄等离子体来处理涤沦膜(PET),讨论了不同摩尔比的碳氟等离子体改性PET表面的作用机制.利用变角x光电子能谱(XPS)和接触角测试技术研究了改性后PET表面的结构和性质.结果表明,碳氟等离子体的处理可以显著地改善PET表面的憎水性.不同摩尔比的碳氟混合气体的作用机制不同,其中碳氟混合气体等离子体以聚合为主,在PET表面形成均匀的改性层;而纯CF₄气体则以刻蚀为主,含氟基团主要分布在PET表面.     

PET碳氟等离子体处理的表面动力学的研究（Ⅱ）：Wilhelmy吊片法…

通过Ｗｉｌｈｅｌｍｙ吊片研究了ＣＦ４／ＣＨ４混合气体等离子体处理的ＰＥＴ浸水表面的动态行为。结果表明，处理后的ＰＥＴ浸水后表面憎水性下降，这是幅地表面含氟基团向体相的高速翻转及含氟链段向相缓慢迁移的缘故。     

碳氟等离子体处理PET表面动力学的研究Ⅳ: 静、动态接触角 及变角XPS方法的 应用

利用静、动态接触角及变角XPS来研究碳氟(CF~4/CH~4)气体等离子体处理PET表面的浸水行为,结果表明碳氟等离子体处理的PET浸水后,其表面的憎水性下降。通过PET表面的接触角及F/C比的测定,计算出表面动力学衰减常数k,三种测试方法得到的k值都可以用来表征碳氟等离子体处理PET的表面动力学行为,其中混合气体的k值最小。从而证明混合气体等离子体的改性效果更有利于保持其表面的憎水性。     

水在Ag电极上取向与结构的SERS研究──不同电极电位和NaClO4浓度的影响

将特殊的ORC方法、薄层溶液技术和差谱方法相结合,在较宽的电位区间(-0.7-2.0V),获得了不含任何(类)卤素离子的NaClO₄/Ag体系中水的SERS谱.结果表明,不同浓度的NaClO₄体系中,尽管体相水的结构有很大差别,但电极表面的吸附水有相似的结构特征,即由于电场作用而使有序性较高;并且随电极电位由极负电位向零电荷电位(PZC)变化时可能都经历着由单氢端吸附转变为双氢端吸附,继而又转向氧端吸附的取向变化过程.利用SERS技术特有的检测表面物种的高灵敏度,可观察到NaClO₄浓度引起的表面水的SERS谱的一些细微差异,依此较详细讨论了NaClO₄浓度对表面水的结构和取向变化过程的影响.     

碳氟等离子体处理PET表面动力学的研究Ⅳ: 静、动态接触角 及变角XPS方法的 应用

利用静、动态接触角及变角XPS来研究碳氟(CF~4/CH~4)气体等离子体处理PET表面的浸水行为,结果表明碳氟等离子体处理的PET浸水后,其表面的憎水性下降。通过PET表面的接触角及F/C比的测定,计算出表面动力学衰减常数k,三种测试方法得到的k值都可以用来表征碳氟等离子体处理PET的表面动力学行为,其中混合气体的k值最小。从而证明混合气体等离子体的改性效果更有利于保持其表面的憎水性。     

制备沸石基纳米非晶软磁材料的新方法及其磁性

首次以分步水热合成封装法于孔径分别为0.56,0.73和0.78nm的沸石ZSM-5,Naβ和NaY的孔道中成功地封装了强磁性材料SmCo₅和铁氧体Fe₃O₄,并测得其磁滞回线及饱和磁化强度M_s,剩余磁化强度M_r和矫顽力H_c.实验结果表明,体相Fe₃O的矫顽力为8117A/m.封装后减小至1114A/m;体相SmCo₅的矫顽力为55863A/m,封装后减小至5491A/m,即由体相强磁性材料变为纳米非晶软磁材料,这是纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应所致.并由XRD,IR和磁滞回线对该材料进行了表征.     

ZrO2包覆高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料提高其循环稳定性的作用机理

高镍三元材料作为一种锂离子电池正极材料,因其较高的放电比容量而得到科学界和工业界的广泛关注。研究表明,高镍三元材料的比容量与材料中的Ni含量呈正相关,但Ni含量的增加也会加剧循环过程中的界面副反应,材料表面释氧以及结构转变等问题。本文采用ZrO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,利用X射线衍射证明,在高温处理下ZrO₂包覆物中的Zr⁴⁺会掺杂进LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料表面晶格中,使得X射线衍射谱中的(003)衍射峰左移。电化学测试证明在4.3和4.5 V的截止电压下,改性最优的材料在1C循环100周后容量保持率分别从84.89%和75.60%提高到97.61%和81.37%,同时发现循环稳定性的提升主要来自材料表面的Zr⁴⁺掺杂。X射线光电子能谱证明Zr⁴⁺表层掺杂后材料的Ni化合价由Ni3+向Ni²⁺转变,透射电子显微镜观察到Zr⁴⁺的表层掺杂使得材料表面的层状结构发生重构,从而稳定了材料体相结构,提高了材料整体的循环稳定性。     

低温等离子体处理聚酯(PET)表面润湿性与表面结构的研究

研究了O₂、N₂、He、Ar、H₂和CH₄气体低温等离子体改性聚酯(PET)的表面润湿性与表面结构的关系.用已知表面张力的液体测定接触角,作Zisman曲线,求得试样的临界表面张力γ_c;并按扩展的Fowkes式计算试样的表面张力γ_s及其三组分值γ_s^a(色散力)、γ_s^c(偶极矩力)和γ(氢键力),发现经O₂、N₂、He和Ar等离子体短时间处理的聚酯表面自由能显著增大,表面润湿性增强,主要是聚酯表面张力的氢键力成分的贡献,X射线光电子能谱分析表明,这是由于聚酯表面含氧或含氮极性基团增加所致.     

热稳定体相还原态对二氧化钛气敏应用重要性的实验证实

TiO₂ 中体相还原态与气敏性质之间的关系已有理论预测但一直未得到实验验证. 在此, 我们报道一种利用多孔无定型二氧化钛作前驱体制备含热稳定体相还原态TiO₂ 的化学方法. 紫外-可见漫反射光谱, 电子顺磁共振波谱(EPR)以及X-射线光电子能谱(XPS)证明所获材料中含有的体相还原态为热稳定的Ti³⁺离子以及捕获电子的氧缺位. O₂-程序升温脱附测量结果表明, 体相还原态的存在可以显著提升二氧化钛表面对氧分子的吸附作用. 所获得的体相还原纳米材料不仅表现出优越的对有机分子(乙醇、甲醇及丙酮)的传感性和快速响应性, 而且具有对CO 传感的良好选择性(相对于CH₄ 和H₂). 测试结果证实了TiO₂ 传感材料中体相还原态的重要性, 材料的气体传感性能与TiO₂ 表面氧气分子吸附作用密切相关.     

带有吸电子-Cl基团的供体-受体氮化碳的构建及其光催化性能

聚合物氮化碳(C₃N₄)因具有可见光响应特性、良好的化学稳定性、无毒性等优点而成为一类极具吸引力的光催化剂.遗憾的是,由于本征库仑相互作用,C₃N₄中的光生电子和空穴通常以激子的形式存在,导致迁移到表面的光生电子和空穴数量减少,从而降低了光催化活性,因此人们做了大量的研究工作来促进激子解离成自由电子和空穴.D-A体系可以诱导内部电场的产生,从而促进激子解离成自由电子和空穴,因此,构建供体-受体(D-A)体系是一种有效地促进激子解离的方法.然后在内电场作用下,自由电子和空穴也能够更加容易地转移到共聚物表面,从而发生相应的光催化还原和氧化反应.本文选择了2-氨基-4,6-二氯嘧啶(C₄H₃Cl₂N₃)作为单体,与三聚氰胺共聚形成分子内共聚物(CNCl_x)来构建D-A体系.由于分子结构相似,C₄H₃Cl₂N₃与C₃N₃(NH₂)₃分子具有良好的化学相容性.在共聚过程中,C₄H₃Cl₂N₃在219~222℃升华,三聚氰胺在300℃升华,在温度继续升高到550oC的过程中,气相混合物充分混合并发生共聚反应.在共聚过程中,如果C₄H₃Cl₂N₃分子与C₃N₃(NH₂)₃反应,那么三聚氰胺沿着这个方向的聚合将终止,因此吸电子-Cl基团将全部位于共聚分子的末端.相较于体相C₃N₄,CNCl_x样品活性均有所提高,且随着-Cl基团数量的增加,CNCl_x样品活性先提高后降低,其中CNCl_0.15样品活性最高.CNCl_0.15在可见光下的析氢速率是体相C₃N₄的15.3倍,在420 nm处的表观量子效率为13.6%.对RhB,MO和苯酚的降解速率分别为体相C₃N₄的5.82,7.93和9.53倍.构建分子内D-A体系以后,C₃N₄活性提高主要是因为随着末端-Cl基团的增加,材料的吸光能力和激子解离效率提高.而且-Cl基团也可以充当电子的俘获位点,浓度进一步升高会降低电荷转移的效率使活性降低.EIS的奈奎斯特图和i-t曲线结果表明,CNCl_0.15的电弧半径最小,光电流最大,说明其具有最低的电阻和最高的载流子传输效率.紫外光电子能谱测试结果表明,CNCl_x功函数值较小,电子更容易在内部电场的作用下移动到表面,而过量的-Cl基团增加了CNCl_0.2的功函数值,导致CNCl_0.2样品的光催化活性降低.     

固溶体内电场调控增强Bi24O31ClxBr10-x体相电荷流动和光催化活性

光催化是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术,在光照射下可将有机污染物彻底降解为二氧化碳和水,但因缺乏精确调控电荷流动的方法,导致大多数光催化剂活性不高.因此,促进光生电荷的高效分离一直是光催化研究的重要方向.目前多数电荷分离调控研究集中于表面修饰、表面缺陷设计、异质结构建等表面电荷分离改善策略,而对于体相电荷分离调控研究相对较少.卤氧化铋固溶体光催化材料由于独特的层状晶体结构、可调节的带隙结构和优化的电荷分离效率,近年来受到广泛关注.目前对固溶体的体相电荷分离机理尚不清楚.内电场作为一种新的增强光催化反应活性的有效调控途径,通过定向促进体相电荷的分离和转移,使光生载流子快速参与氧化还原反应.然而,通过调控内电场来增强卤氧化铋固溶体光催化活性的报道较少,且缺乏从理论和实验的角度对固溶体内电场大小以及电荷分离机理的分析.本文构建了具有相同形貌和晶体结构的Bi₂₄O₃₁Cl_xBr_10-x固溶体光催化剂,并考察了其催化性能.密度泛函理论计算、开尔文探针力显微镜(KPFM)和Zeta电位测试结果表明,通过改变卤素类型和比例可增加晶体结构单元的不对称性,从而调节[Bi₂₄O₃₁]和[X]层之间的电势差,增强光催化材料的内电场强度,促进体相电荷分离和转移效率,进而提高酚类有机污染物的降解活性.光电化学测试发现,相较于Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀,Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆固溶体体相电荷分离效率显著提高,表面和界面上的电荷转移效率以及载流子密度增加.Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆的载流子密度分别是Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的33.1倍和4.7倍,Bi₂₄O₃₁Cl₄Br₆固溶体降解双酚A活性分别是Bi₂₄O₃₁Cl₁₀和Bi₂₄O₃₁Br₁₀的6.21倍和2.71倍.此外,其它酚类的降解实验也证明了光催化活性和内电场强度以及电荷分离效率成正相关.综上所述,本文从内电场的角度揭示了固溶体策略对光催化性能增强的内在机理,这些发现将进一步加深对体相电荷运动行为的理解,为设计高活性光催化剂提供一条新的途径.     

NH4BF4改性Y沸石的结构和性质

用NH₄BF₄溶液处理普通的Y沸石后,得到了一系列不含B的脱铝Y沸石。本文运用多种实验手段对它们进行了表征,并与其它改性方法得到的脱铝Y沸石进行比较,发现这类Y沸石脱铝羟基空穴较少,晶格热稳定性较高,且具有特殊的表面酸性分布,因而NH₄BF₄处理亦是一种有特色的Y沸石改性方法。     

模板法制备多孔Bi0.5La0.5VO4固溶体光催化还原CO2(英文)

光催化还原CO₂为有价值的化学品为缓解温室效应提供了理想的途径。本工作中,采用纳米球形SiO₂模板剂抑制光催化剂颗粒的生长从而合成高比表面积的多孔Bi_0.5La_0.5VO₄(BLV)固溶体光催化材料。得益于纳米SiO₂的限域效应,硬模板法制备的固溶体的粒径明显小于固相法制备的体相固溶体。N₂吸脱附测试结果显示950℃焙烧下制备的多孔BLV的比表面积为固相法的11.9倍。光催化CO₂还原活性评价表明多孔BLV-950固溶体的CO析出速率达0.58μmol?g^-1?h^-1,是体相BLV的3.9倍。这归因于多孔BLV较体相具有更高的载流子分离效率和更低的CO₂还原界面阻力。     

Keggin型杂多酸表面和体相的催化活性和选择性之差异的研究

本文以异丙醇脱水、甲醇转化等为模型反应,采用改变12-钨磷酸在载体SiO₂上担载量的办法,对Keggin型杂多酸催化剂进行了研究,结果表明:HPA的表面和体相酸中心,对于极性较大可进入其体相内部的异丙醇分子的脱水反应,在担载量为5×10^-5-1.5×10^-1molHPA/(dm)³SiO₂的范围内,具有相同的转化频率。HPA的表面和体相酸中心具有不同的催化选择性。     

费托合成铁基催化剂中Fe3O4含量对CO2选择性的影响

本研究以共沉淀法制备的α-Fe₂O₃催化剂为前驱体，通过调变碳化温度和碳化时间制备了不同物相组成的系列催化剂，采用XRD、M?ssbauer谱、XPS和Raman光谱等技术考察了催化剂体相和表面物相组成，在此基础上研究了不同条件下(不同CO转化率和H₂O分压)催化剂的物相组成与催化剂性能之间的关系，重点探究了费托合成条件下CO₂生成的活性相。结果表明，升高碳化温度和延长碳化时间有利于Fe₃O₄向碳化铁转变。在典型的费托合成条件下，催化剂的活性受到碳化铁含量和积炭程度的共同影响。当H₂O分压较低时，动力学因素限制了水煤气变换(WGS)反应的进行，CO₂选择性仅受CO转化率的影响，Fe₃O₄含量变化对CO₂选择性无明显影响；而在较高的H₂O分压下，随着催化剂中Fe₃O₄含量增加，CO     

类石墨烯C3N4纳米片光催化分解水制氢中的量子限域效应

从层状化合物获得的纳米片是一类新型纳米结构材料,这种二维各向异性的纳米甚至亚纳米级的材料具有独特的物理化学性能,其中最好的一个例证就是从石墨烯C₃N₄到石墨烯C₃N₄纳米片的转变。通过高温氧化热刻蚀方法将体相g-C₃N₄剥离成g-C₃N₄纳米片,应用于染料敏化可见光分解水产氢,表现出了较体相g-C₃N₄高于2.6倍的产氢速率。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、扫描电子显微镜（SEM）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）、荧光光谱和光电化学等表征研究了g-C₃N₄纳米片的结构及曙红（EY）和g-C₃N₄纳米片之间的电子迁移过程。热剥离后的g-C₃N₄纳米片具有较高的比表面积,不仅可以更为有效地吸附染料分子,还因其量子限域效应大大增强了光生电荷的分离效率和电子转移效率,改善了电子沿平面方向的传输能力以及光生载流子的寿命,从而显著提高g-C₃N₄纳米片的光催化产氢活性。     

羧甲基纤维素/Fe3O4复合纳米磁性材料的制备、表征及吸附性能的研究

采用改进的氧化沉淀法在羧甲基纤维素(CMC)体系中制备了以磁性纳米Fe₃O₄为核心, 外层包覆羧甲基纤维素的复合磁性纳米材料. 用透射电镜、X射线衍射、红外光谱、Zeta电位和震动样品磁强计对复合纳米Fe₃O₄进行了表面形貌、结构和磁学的表征. 在此基础上研究了复合纳米Fe₃O₄对Cu^2＋的吸附性能, 探讨了溶液pH、反应时间和 Cu^2＋的初始浓度对其吸附性能的影响. 实验结果表明, 复合Fe₃O₄粒子为反尖晶石型, 平均粒径在40 nm左右, 羧甲基纤维素在Fe₃O₄粒子表面是化学吸附, 复合Fe₃O₄粒子的饱和磁化强度为36.74 emu/g, 在中性溶液中Cu^2＋的吸附量最高, 吸附平衡时间为1.5 h, 二级动力学模型能够很好地拟合吸附动力学数据, 吸附等温数据符合Langmuir模型. 复合纳米Fe₃O₄对Cu^2＋的吸附机理主要为表面配位反应.     

CaCO3粉末表面光聚合处理的研究

采用表面光聚合技术处理CaCO₃粉末,研究了反应温度、时间、单体浓度等对丙烯酰胺(AAM)在CaCO₃粉末表面光聚合的影响,并采用X光电子能谱(ESCA)、粒度分析、扫描电子显微镜(SEM)和模型模拟分析等研究了表面光聚合处理碳酸钙(CaCO₃)的结构.结果表明:紫外光能有效地引发AAM在CaCO₃粒子表面聚合.经光聚合处理后,CaCO₃粒子表面形成了聚丙烯酰胺(PAAM)包覆层,该包覆层与CaCO₃粒子结合紧密,不能被溶剂洗涤清除.光聚合处理后CaCO₃粒子表面较光滑,分散性可得到提高,CaCO₃粒子粒径增大.     

LiMn2O4尖晶石氧化物的低指数表面结构优化及表面能的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函方法优化了LiMn₂O₄尖晶石结构, 构建并计算了其低指数表面性质. 结果表明, 广义梯度近似(GGA)和自旋极化广义梯度近似(GGA+U)计算的LiMn₂O₄晶体体相结构中, Mn的d轨道选取有效U值时晶格参数会变大. 但两种计算结果都没有显示出电荷有序和Jahn-Teller畸变的情况. LiMn₂O₄尖晶石结构缺Li条件下, (001)、(010)和(100)表面Li终端与其他终端相比表面能更低; (110)表面Mn/O终端表面能较Li/Mn/O终端更低. 在所涉及的低指数表面中(111)表面能最低, 表面重构后(111)表面能低至0.270 J/m², 是尖晶石结构中最稳定的切面. 关于反铁磁研究, (110)表面Mn/O终端表面能较Li/Mn/O终端更低. [↑↑↓↓]自旋排列下Mn/O终端表面能为1.050 J/m², [↑↓↑↓]自旋排列下Mn/O终端表面能为1.061 J/m², 即(110)-反铁磁型表面在[↑↑↓↓]自旋组态比[↑↓↑↓]的磁性顺序下更加稳定. 通过对(111)表面重构的研究, 发现该表面欠配位的锰离子会与完全配位的锂离子通过位置交换, 从而更加稳定. 重构表面的平均锰氧化态降低, 会减少Jahn-Teller效应的产生. 除(111)表面外, 其它低指数表面在铁磁和反铁磁下的表面能相似. 其中, (001)T3, (100)T1, (110)T1和(111)T2的表面结构在各自不同表面终端中具有最小的表面能. 本研究为理解LiMn₂O₄材料容量衰减问题和实验提供理论计算参考, 有助于推动高性能锂电池材料的研究.