钇离子掺杂对二氧化钛纳米薄膜光诱导超亲水性能的影响及其机理

用溶胶-凝胶法和浸渍-提拉法工艺,在玻璃表面上制备了均匀、透明的钇离子(Y³⁺)掺杂二氧化钛纳米薄膜。用XRD分析了样品的晶相及其与热处理温度的关系,用X射线光电子能谱(XPS)分析了薄膜表面氧的状态,用可见光吸收光谱分析了涂膜层数对透光率的影响,用接触角仪测定了其亲水性。研究了Y³⁺掺杂本身和具体的掺杂量、光照强度和时间对薄膜亲水性的影响。研究结果表明,掺杂Y³⁺的二氧化钛纳米薄膜,在物质的量分数x(Y³⁺/Ti⁴⁺)=1.5%时,经紫外光照30min或自然光照1h后,与水的接触角小于5°,表现出超亲水性;与纯二氧化钛纳米薄膜相比,其超亲水性对光诱导更为敏感;在有实用意义的超亲水性的稳定方面也有明显的改善;这应部分地与固体化学所描述的Y³⁺掺杂所造成固定、额外并且是高浓度的氧空位有关。     

基于铝离子掺杂二氧化钛薄膜的染料敏化太阳能电池的光电性能

采用水热法制备出Al3+掺杂二氧化钛薄膜,通过玻璃棒涂于导电玻璃上,在450°C的温度下烧结并将其用N3染料敏化制成染料敏化太阳能电池(DSSCs).通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及DSSCs测试系统对其进行了测试表征,研究了Al3+掺杂对TiO2晶型及染料敏化太阳能电池的光电性能影响.XPS数据显示Al3+成功掺杂到了TiO2晶格内,由于Al3+的存在,对半导体内电子和空穴的捕获及阻止电子/空穴对的复合发挥重要作用.莫特-肖特基曲线显示掺杂Al3+后二氧化钛平带电位发生正移,并导致电子从染料注入到TiO2的驱动力提高.DSSCs系统测试结果表明,Al3+掺杂的TiO2薄膜光电效率达到6.48%,相对于无掺杂的纯二氧化钛薄膜光电效率(5.58%),其光电效率提高了16.1%,短路光电流密度从16.5mA·cm-2提高到18.2mA·cm-2.     

Fe3+-H掺杂TiO2光催化剂的制备、表征与催化性能

Fe3+-H掺杂TiO2光催化剂的制备、表征与催化性能;二氧化钛;掺杂;光催化;铁离子;等离子体     

USP制备高光电活性Ti掺杂Fe2O3薄膜

本文报道了采用超声喷雾裂解法(USP)法制备α-Fe2O3以及不同厚度的Ti掺杂α-Fe2O3薄膜,并通过XRD、XPS、SEM、IPCE表征了合成的薄膜。XRD测试结果表明,Ti掺杂和纯相Fe2O3均为α相并在(110)晶面优先生长;从AFM图中看出Fe2O3晶粒呈尖峰状垂直于平面排列;由XPS分析得知Ti离子在Fe2O3薄膜中以Ti4+和Ti3+两个价态存在;由光电效率表征可知,吸收光电转换效率(APCE)值是随着样品薄膜厚度增加而减小,在厚度为20nm时APCE为58%,对于粉末Fe2O3光催化材料是粒径尺寸越小光利用率越高;然而Fe2O3薄膜的IPCE值在厚度为60nm时最高达到23.5%,此时光利用效率最大。     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

Sb掺杂ZTO透明导电薄膜的结构和性能

采用溶胶凝胶法和旋涂法制备Sb掺杂钙钛矿结构ZTO(ZnSnO_3)透明电薄膜,并借助XRD、SEM、XPS、UV-Vis和Hall效应测试等手段研究了其结构和性能。比较了Sb离子单独置换ZnSnO_3晶体中的Zn2+或Sn4+,以及同时置换Zn2+和Sn4+等3种置换方式所得薄膜的结晶状态,分析了不同置换方式形成的薄膜中Sb离子实际占有的晶格位置,以及Sb5+与Sb~(3+)的比例变化。探讨了不同置换方式晶体中氧空位(VO)、锌间隙(Zni)和锡离子变价(SnSn″)等结构缺陷相应的含量变化,并研究Sb离子掺杂浓度对薄膜晶体结构、结构缺陷和电阻率的影响。研究表明,3种置换方式的Sb掺杂ZTO薄膜均保持单一ZnSnO_3晶相,并且Sb离子均按设计的方案进入了相应的晶格位置,但不同置换方式的薄膜中,Sb5+与Sb~(3+)的比例不同,并且会随Sb离子浓度增大而逐渐减小。研究证明Sb离子置换方式以及掺杂浓度均会显著影响薄膜中载流子的浓度和迁移率,从而影响其电性能。在所制备的薄膜中,Sb离子单独置换Zn2+且组成为Sb_(0.15)Zn_(0.35)Sn_(0.5)O_(1.5)的薄膜电阻率最低,为0.423Ω·cm。此外,所有Sb掺杂ZTO薄膜在360~800 nm波长范围内透过率均在78%以上。     

磁控溅射制备的铜钒氧化物薄膜及其电化学性能

采用射频磁控溅射技术在硅基底上分别制备了无掺杂和掺杂Cu的氧化钒薄膜. X射线衍射(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)观察表明, 无掺杂的薄膜为多晶V2O5, 掺杂Cu的薄膜为非晶态. X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明, 掺杂Cu的薄膜为铜钒氧化物膜, 其中Cu离子表现为+2价, V离子为+4与+5价的混合价态. 随着Cu掺杂量的增大, +4价V的含量增加. 电化学测试结果表明, V2O5薄膜在掺杂Cu以后其放电容量有显著的提高, 其中Cu2.1VO4.4薄膜在100次循环后容量还保持为83.4 μA·h·cm-2·μm-1, 表现出较高的放电容量和较好的循环性能.     

掺杂纳米TiO2光催化性能的研究

利用浸渍法分别制备了Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六种过渡金属离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂，以乙酸水溶液的光催化氧化反应和二氧化碳还原反应为探针,评价了掺杂催化剂的光催化性能.借助光电子能谱（XPS）、X射线衍射分析（XRD）等手段对掺杂催化剂进行了表征.研究结果表明，经过渡金属离子掺杂后，光催化性能均有不同程度的改善，改善程度按Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu递增.掺杂后催化剂表面吸附氧的活泼性、金属离子的价态及得电子能力上的差异决定了不同离子掺杂纳米二氧化钛光催化性能的差异.     

稀土掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜的介电及发光性能

以钛酸锶钡和稀土氧化物粉末靶为靶材, 用离子束溅射法在MgO(100)和Si(100)基片上组合制备了不同掺杂浓度的Ba0.6Sr0.4TiO3:Re(BST:Re)薄膜样品阵列. 沉积得到的多层无定形薄膜经低温扩散、高温晶化, 形成BST:Re多晶薄膜. 以扫描近场微波显微镜测定BST:Re/MgO(Re=Er, Eu, Pr/Al)样品的介电常数, 研究掺杂种类及掺杂浓度对BST薄膜介电常数的影响. 结果表明, 稀土离子的适量掺杂使BST薄膜介电常数有所提高, 其中, Er3+和Eu3+的最佳掺杂浓度分别为4.5%及5.7%(原子分数) 左右时, 介电常数值达到最高. 而共掺杂Pr3+和Al3+的样品则在n(AL):n(Pr)为4-8之间介电性能最佳. 另外, 测量了BST:Re/Si(Re=Er, Eu)样品的光致发光谱, 发现Er3+和Eu3+在BST薄膜样品中的发光猝灭浓度分别为4.20%和8.95%(原子分数).     

掺杂TiO2介孔材料的合成与表征

基于溶胶-凝胶过程, 以非表面活性剂有机小分子三乙醇胺为模板剂, 合成了TiO2及Fe3+/V5+-TiO2介孔材料. 利用XRD, TEM, BET, UV-Vis DRS等手段表征了材料的结构、形貌、比表面积、孔径分布及吸光性能. 研究结果表明, 用乙醇萃取法脱除模板剂可形成具有蠕虫状孔道结构的TiO2介孔材料, 而利用焙烧法在450 ℃脱除模板剂时可引起孔道的塌陷. 掺杂Fe3+或V5+可稳定材料的介孔结构, 适宜的掺杂摩尔分数为0.5％. 于450 ℃下焙烧后, 掺杂Fe3+/V5+的TiO2的平均孔径分别为10.5和9.6 nm, 比表面积分别达到103.59和90.80 m2/g. 相对于P25光催化剂, 掺杂Fe3+或V5+的TiO2吸光带边红移至可见光区, 说明掺杂离子在此合成过程中可有效地进入TiO2的晶格结构而引起其微观电子结构的改变.     

水热合成Fe3+掺杂ZnO复合材料及其光催化活性

以Zn(Ac)2·2H2O、Fe(NO3)3·9H2O和NaOH为原料,采用水热法合成了Fe3+掺杂ZnO复合材料. 并用X射线衍射和扫描电子显微镜测试技术对合成样品的结构和形貌进行了表征. 结果表明,Fe3+掺杂ZnO合成产物为直棒状,直径为500 nm,长度为3 μm左右. 样品的紫外可见漫反射分析结果表明,在300～500 nm紫外可见光区域均有强的吸收. Fe3+掺杂ZnO作为光催化剂降解有机染料性能优于纯ZnO材料.     

黄铁矿的电化学研究

黄铁矿的化学式为FeS_2,Fe~(2+)-S_2~(2-)以离子键为主,也有一定的金属键成份,具有良好的导电性。黄铁矿的结构不算复杂,但它的电极反应很复杂,文献中有不同的看法。如认为阳极反应生成Fe~(3+)和SO_4~(2-),没有Fe~(2+)和S°,也有的认为阳极氧化产物是Fe~(2+)、S°及少量HSO_4~-,HSO_4~-是通过硫的纯化学氧化所得。至于反应机理就更难以取得一致的意见。本文在总结阳极与阴极过程实验事实的基础上,报告黄铁矿第一步阳极反应与阴极反应的动力学参数并探讨电极反应的历程。     

流动注射分离富集—火焰原子吸收光度法测定烧碱中铁镍铜

用螯合树脂作吸附剂,流动注射法分离富集烧碱中铁、镍、铜,火焰原子吸收光度法测定,在１２０ｈ＾－１、６０ｈ＾－１的采样频率下,三种元素富集倍数分别为６．５,１３．５,１４。方法用于工业烧碱中铁、镍、铜测定,回收率分别为９６．２％、９６．４％和９７．４％,ＲＳＤ分别为２．５％、３．６％和３．５％。     

邻氯酚红-Fenton体系对金属离子的光化学传感研究

利用具有高度选择性的光化学传感器来识别和检测金属离子是近年来的一个热点研究领域~([1]),因为被测物引起的体系颜色变化直观可见且灵敏,这方面已有许多成功的报道~([1-5]).邻氯酚红(CPR)是一种氯取代的三苯甲烷类酸性染料,除了纤维染色之外已被用于蛋白质和药物测定~([6]).     

Surpassing electrocatalytic limit of earth-abundant Fe~(4+) embedded in N-doped graphene for(photo)electrocatalytic water oxidation

Developing highly active,cost-effective,and environmental friendly oxygen evolution reaction(OER)electrocatalysts facilitates various(photo)electrochemical processes.In this work,Fe3N nanoparticles encapsulated into N-doped graphene nanoshells(Fe₃N@NG)as OER electrocatalysts in alkaline media were reported.Both the experimental and theoretical comparison between Fe₃ N@NG and Fe₃N/NG,specifically including in situ Mossbauer analyses,demonstrated that the NG nanoshells improved interfacial electron transfer process from Fe₃N to NG to form high-valence Fe⁴⁺ions(Fe⁴⁺@NG),thus modifying electronic properties of the outer NG shells and subsequently electron transfer from oxygen intermediate to NG nanoshells for OER catalytic process.Meanwhile,the NG nanoshells also protected Fe-based cores from forming OER inactive and insulated Fe₂O₃,leading to high OER stability.As a result,the as-formed Fe⁴⁺@NG shows one of the highest electrocatalytic efficiency among reported Fe-based OER electrocatalysts,which can as well highly improve the photoelectrochemical water oxidation when used as the cocatalysts for the Fe₂O₃ nanoarray photoanode.     

Tm:Lu_3Al_5O_(12)晶体的生长与光谱性能研究

采用提拉法生长高质量的纯LuAG晶体和4%(原子分数)Tm:LuAG晶体.对晶体的晶胞参数和光谱性能进行了详细的表征.研究发现:Tm~(3+)的掺入没有改变LuAG基质的晶体结构;吸收光谱中255 nm处的吸收带是由Fe~(3+),Fe~(2+)引起的;晶体在782 nm处的吸收峰,与商用AlGaAs二极管的发射波长匹配良好,吸收截面为5.07×10~(-21) cm~2.Tm:LuAG晶体在2 μm波段的荧光峰对应~3F_4-~3H_6能级之间的跃迁,荧光寿命长达11.9 ms,有利于激光的高能量调Q输出.结果表明,Tm:LuAG晶体是2 μm激光器中很有发展潜力的增益介质,将会替代Tm:YAG晶体应用于激光雷达系统.     

球形尖晶石型钴铁氧体:合成方法及其影响因素

实现了在低温、常压条件下由含铁水滑石微晶到球形尖晶石型铁氧体的合成。结果表明,所合成的铁氧体系平均粒径为1.0μm的规整球。进一步研究发现,铁氧体微球的成型过程受到很多因素影响,例如,球型铁氧体磁性粒子的大小随着晶化过程中溶液的酸碱度的升高而变大;同时外加磁场的存在不但会使球型铁氧体磁性粒子的粒径变大,而且也会使晶化产物的粒子形貌更加趋于规整。另外,还对不同组成的尖晶石型铁氧体微球的形成进行横向比较时发现,合成初期的化合物投料组成对终产物形貌的影响是巨大的,随着投料组成中Fe2+含量的增加,转化过程变得容易,且在投料金属离子组成nCo2+∶nFe2+∶nFe3+为1∶1∶1时,所得的球型铁氧体磁性粒子的粒径最大。相同条件下不同组成的铁氧体微球粒径差异明显,MgFe2O4不能形成球形颗粒,NiFe2O4和CoFe2O4可以形成球形颗粒,其中CoFe2O4形成的颗粒粒径最大。     

Fe—Si—ZSM—12分子筛的表征

本文用红外光谱研究了Fe-Si-ZSM-12分子筛,观察到其结构单元的骨架振动谱带在545cm~(-1)、580cm~(-1)和630cm~(-1),而表示Si—O—Fe键的对称伸缩振动谱带在660cm~(-1)和780cm~(-1),且随铁含量增加向高波数位移。Fe-Si-ZSM-12分子筛的穆斯堡尔谱的结果表明,骨架铁的IS值很小,IS=0.086(-0.17)mm/s,且QS=0.0mm/s,这明显不同于非骨架铁IS=0.53mm/s。在Fe-Si-ZSM-12分子筛的ESR谱图上,观察到骨架铁的顺磁信号(g=4.3),样品焙烧后顺磁信号减弱,骨架铁向非骨架位迁移。IR、Mossbauer、ESR结果证明,Fe~(3+)进入了骨架。     

Competitive Occupying of Fe~(3+) and Co~(3+) Ions into the Lattice B-Sites of Perovskite Crystalline Structure

Perovskite-type oxide has a general formula ABO_3. Both the lattice A- and lattice B-sites can be occupied by two kinds of metallic ions, forming substituted perovskites such as La_(1-x)Sr_xCoO_3-d and LaFe_xCo_(1-x)O_3. In the present work, we aim to investigate competitive occupying of Fe~(3+) and Co~(3+) ions into the lattice B-sites of perovskite LaFe_xCo_(1-x)O_3 formed under the condition of excess feeding of Fe~(3+) and Co~(2+) ions relative to the La~(3+) ions. For this purpose, standard curve of normalized cell volumes(NCVs) of a defined series of perovskites LaFe_xCo_(1-x)O_3 versus the x values was plotted. Lattice occupancy of Fe~(3+) ions at the B-sites of the perovskite LaFe_xCo_(1-x)O_3 was then determined from the standard curve. It is proved that Fe~(3+) ions were capable of occupying preferentially into the lattice B-sites of the perovskite crystalline structure.     

宝玉石的呈色机理

通过对宝玉石化学组成与吸收光谱的分析,阐述了宝玉石的呈色机理。红宝石、蓝宝石、翡翠的呈色是过渡金属离子（如铬、铁、钛等）d-d电子跃迁和电荷转移跃迁等因素共同作用的结果。红宝石和蓝宝石的颜色并不简单取决于铬或/和铁的含量,而更多取决于铁、钛间Fe2+/Ti4+和Fe3+/Fe2+的比值。翡翠的呈色是铁、铬、钒等过渡金属离子共同作用的结果。宝玉石的颜色也可能起因于其他过渡金属离子、色心等,从而使其色彩更加美丽。