二价金属离子对含铜水滑石结构稳定性的影响

通过构建不同的二价金属离子(M²⁺=Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Co²⁺)部分取代铜离子形成CuM₂Al 水滑石(CuM₂Al-LDHs)的周期性模型, 基于密度泛函理论(DFT), 用CASTEP程序模块对周期性模型进行几何全优化和性质计算, 通过分析各体系的结构参数、电子排布、Mulliken 电荷布居、氢键、结合能, 总结出含铜水滑石体系结构的稳定性规律. 计算结果表明: 在CuM₂Al-LDHs 体系中, 主客体间作用力对层板厚度的影响占主要因素; M离子对中心三价铝离子的影响较小, 对二价铜离子的影响较大, 其中价电子均匀排布的M离子对铜的畸变影响小于价电子不均匀排布的M离子. 另外在价电子均匀排布的CuM₂Al-LDHs 体系中, 主客体间的静电作用力和氢键强度逐渐增强. 总体上, 随着M离子周期数的增加, 体系的畸变角增大, 结合能绝对值逐渐减小, 体系的稳定性下降. 价电子不均匀排布的CuCo₂Al-LDHs 体系的稳定性最差. 这有助于从理论上更好地认识含铜水滑石的合成规律.     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

掺杂和取代对红色荧光材料SrAl12O19:Mn4+发光性能的影响

SrAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺是一种用于高显色性白光发光二极管的候选红色荧光材料。本论文研究了Mg²⁺、Zn²⁺和Ge⁴⁺离子的掺杂效应以及Ge³⁺、Ca²⁺和Ba²⁺离子的取代效应SrAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺荧光材料性能的影响。样品通过高温固相反应制备,焙烧温度在1 250~ 1 500℃之间。利用X射线衍射技术表征了材料的相纯度,用荧光激发光谱和发射光谱表征了材料的荧光性能。研究结果指出,与未进行Mg²⁺或Zn²⁺掺杂的样品相比,Mg²⁺或Zn²⁺离子对Al³⁺格位的掺杂可以使材料的发光强度提高~60%,其原因被认为是掺杂促进了激活剂Mn⁴⁺离子进入晶格,其过程可以表示为:MO+MnO₂=M_Al''+Mn_Al^·+3O_O^×(M=Mg,Zn),电子顺磁共振谱支持这一结果。Ge⁴⁺离子的掺杂使材料的发光性能明显下降。Ge³⁺离子可以取代Al³⁺离子形成全范围的固溶体,其中少量Ge³⁺离子的掺杂可以使材料的荧光发射强度提高~13%,而掺杂量进一步提高使材料的荧光性能下降。Ca²⁺和Ba²⁺对Sr²⁺的取代仅形成有限范围的固溶体。Ca²⁺的取代使材料的发光性能提高;而 Ba²⁺的取代使材料的发光强度下降。     

Ge4+、Sn4+掺杂尖晶石LiMn2O4的合成与电化学表征

使用Ge⁴⁺、Sn⁴⁺作为掺杂离子, 通过高温固相法制备四价阳离子掺杂改性的尖晶石LiMn₂O₄材料. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明, Ge⁴⁺离子取代尖晶石中Mn⁴⁺离子形成了LiMn_2-xGe_xO₄ (x=0.02,0.04, 0.06)固溶体; 而Sn⁴⁺离子则以SnO₂的形式存在于尖晶石LiMn₂O₄的颗粒表面. Ge⁴⁺离子掺入到尖晶石LiMn₂O₄材料中, 抑制了锂离子在尖晶石中的有序化排列, 提高了尖晶石LiMn₂O₄的结构稳定性; 而在尖晶石颗粒表面的SnO₂可以减少电解液中酸的含量, 抑制酸对LiMn₂O₄活性材料的侵蚀. 恒电流充放电测试表明, 两种离子改性后材料的容量保持率均有较大幅度的提升, 有利于促进尖晶石型LiMn₂O₄锂离子电池正极材料的商业化生产.     

希土离子取代对Eu2+发光的影响

研究了具有磁铅矿和β-Al₂O₃结构的多铝酸盐基质中希土离子取代对Eu²⁺发光的影响。结果表明希土离子取代对Eu²⁺的发射峰位置和强度产生了较大变化,特别在磁铅矿基质中,这种影响更为显著。通过离子取代规则,获得了新的组成并具有β-Al₂O₃结构和磁铅矿结构的荧光体。     

Keggin型钼钒磷杂多酸催化剂上丙烷选择氧化性能的研究

系统研究了不同数目V⁵⁺取代的钼钒磷杂多酸H_3+nPMo_12－nV_nO₄₀ (n＝0～4)催化剂上丙烷选择氧化反应性能. 通过BET, IR, TPR, 紫外-可见光谱等表征手段对催化剂的理化性质进行了考察, 并对催化剂的结构-性能关系进行了初步关联. 在杂多酸的一级结构中, V⁵⁺对Mo⁶⁺的取代不仅改变了杂多阴离子金属-氧桥的键强以及晶格氧的插入能力, 而且也相应地调变了样品的酸量. 催化剂活性随V⁵⁺取代数量的递增而增强; 适宜数量的V⁵⁺取代提高了含氧酸产物的选择性, 而过量的V⁵⁺取代则导致部分氧化产物的深度氧化. 考察了在Keggin型杂多酸二级结构上引入钒物种的影响, 也即将钒物种(VO)²⁺作为抗衡离子取代部分质子以调变催化剂的结构与性质. 实验表明, 处于一级结构和二级结构[(VO)²⁺抗衡离子]中的V在反应中均可离析出少量V₂O₅物种. 适宜量的(VO)²⁺物种以及离析出来的少量V₂O₅物种可能均对催化剂的性能有贡献. 显然, 钒在不同位置的价态变化以及形态的不同, 会导致催化性能的相应改变.     

在空气下制备掺二价稀土的硼酸盐及二价稀土离子(RE2+=Sm,Eu,Tm,Yb)的光谱特征

本文讨论了Sm2 、Eu2 、Tm2 、Yb2 等二价稀土离子的光谱特征 ,特别是在一些含四面体硼酸根的硼酸盐如SrB4 O7、SrB6 O10 和BaB8O13中它们的光谱性质。当以三价稀土离子取代化合物中的二价碱土离子时 ,利用不等价取代而产生的缺陷所带的电荷 ,可在高温的空气下使上述的稀土离子还原成二价 ,不需加入化学还原剂 ,从而提出了一个简便、安全的制备含二价稀土离子发光材料的方法     

Cd3Al2Ge3O12: Mn2+磷光体的发光和长余辉性能

采用传统的高温固相法合成了Cd₃Al₂Ge₃O₁₂: Mn²⁺长余辉发光材料, 利用X射线粉末衍射仪、荧光光谱仪、热释光谱计量仪等手段对粉末样品进行了表征。研究了以Zr⁴⁺离子作为辅助激活剂离子, 对发光材料Cd₃Al₂Ge₃O₁₂: Mn²⁺余辉性能的影响。分析结果表明, 样品位于500~700 nm的黄光宽带发射峰源于Mn²⁺的⁴T₁(⁴G)→⁶A₁(⁶S)跃迁发射结果。并且观察到了由Cd₃Al₂Ge₃O₁₂基质向激活剂离子Mn²⁺的能量传递。共掺杂Zr⁴⁺离子后样品发射峰位没有明显变化, 但是余辉亮度衰减曲线表明适量的Zr⁴⁺离子掺杂可延长Cd₃Al₂Ge₃O₁₂: Mn²⁺的余辉时间。通过对热释光谱的分析, 解释了双掺杂荧光粉余辉性能增强的原因, Zr⁴⁺的掺杂在材料中引入了深度更为合适的缺陷陷阱, 可有效存储光能, 增强余辉的时间和强度。     

Cd3Al2Ge3O12:Mn2+磷光体的发光和长余辉性能

采用传统的高温固相法合成了Cd₃Al₂Ge₃O₁₂:Mn²⁺长余辉发光材料,利用X射线粉末衍射仪、荧光光谱仪、热释光谱计量仪等手段对粉末样品进行了表征。研究了以Zr⁴⁺离子作为辅助激活剂离子,对发光材料Cd₃Al₂Ge₃O₁₂:Mn²⁺余辉性能的影响。分析结果表明,样品位于500~700 nm的黄光宽带发射峰源于Mn²⁺的⁴T₁(⁴G)→⁶A₁(⁶S)跃迁发射结果。并且观察到了由Cd₃Al₂Ge₃O₁₂基质向激活剂离子Mn²⁺的能量传递。共掺杂Zr⁴⁺离子后样品发射峰位没有明显变化,但是余辉亮度衰减曲线表明适量的Zr⁴⁺离子掺杂可延长Cd₃Al₂Ge₃O₁₂:Mn²⁺的余辉时间。通过对热释光谱的分析,解释了双掺杂荧光粉余辉性能增强的原因,Zr⁴⁺的掺杂在材料中引入了深度更为合适的缺陷陷阱,可有效存储光能,增强余辉的时间和强度。     

铕在硼磷酸钡玻璃中的空气下还原及其发光性质

通过高温熔融法在空气条件下制备了Eu₂O₃掺杂的BaO-B₂O₃-P₂O₅玻璃,发射光谱中400～550 nm的宽峰为Eu²⁺的5d→4f跃迁,即在非还原气氛条件下实现了Eu³⁺→Eu²⁺的转变。首先,Eu³⁺离子不等价取代玻璃基质中的Ba²⁺导致Eu²⁺的产生。同时,固体核磁共振谱数据表明当玻璃中的B主要以[BO₄]的形式存在时,利于玻璃中的Eu以Eu²⁺价态存在。与ZnO-B₂O₃-P₂O₅∶Eu²⁺玻璃中Eu²⁺的发光相比,BaO-B₂O₃-P₂O₅玻璃中O^2-所形成的Eu的配位场强于ZnO-B₂O₃-P₂O₅玻璃中O^2-所形成的Eu配位场。Eu在BaO-B₂O₃-P₂O₅玻璃中产生的晶体场分裂能大,故d→f跃迁产生的光发射波长较长。     

稀土离子Tm3+掺杂Bi2WO6的可见光催化性能

以Na₂WO₄·2H₂O和Bi（NO₃）₃·5H₂O为主要原料,采用水热法合成了稀土离子Tm³⁺掺杂的Bi₂WO₆光催化剂。采用XRD、SEM、TEM、Raman、PL、DRS研究了Tm³⁺掺杂Bi₂WO₆的物相,微观形貌和可见光催化性能。结果表明,Tm³⁺掺杂有效提高了Bi₂WO₆的光催化性能,当掺杂量为6%时,样品的光催化性能最好,可见光照射30 min后,对罗丹明B的降解效率达到91.27%,而可见光照射5 h后,对焦糖色素的降解效率达45.25%。与未掺杂Bi₂WO₆相比,分别提高了27.78%和35.22%。     

Luminescence properties of Eu2+, Sn2+, and Pb2+ in SrB6O10 and Sr1 − xMnxB6O10

The luminescence properties of Eu²⁺, Sn²⁺, and Pb²⁺ in SrB₆O₁₀ have been studied both at room-temperature and liquid-helium temperature and the decay times of Sn²⁺ and Pb²⁺ in this matrix have been measured and analyzed. According to the emission spectrum of Eu²⁺ there seems to be three different cation sites in SrB₆O₁₀. Europium, tin, and lead were also used as sensitizers for Mn²⁺ and the energy transfer processes were characterized. Eu²⁺-Mn²⁺ energy transfer was inefficient due to the transfer within different Eu²⁺ centers. The sensitization action of Sn²⁺ and Pb²⁺ on Mn²⁺ was different because lead-lead energy transfer occurs (even at 4.2 K) but tin-tin transfer can be neglected. A fast diffusion model for the Pb²⁺ system is suggested.     

ESR spectra and magnetic constants of α-Al2O3:Co2+,H+ and α-Al2O3 :Co2+,X+

New anisotropic ESR spectra of Co²⁺ doped sapphire, different from hitherto known, are reported. The new spectra which are observed, beside the well-known spectra of α-Al₂O₃:Co²⁺, are shown to form two sets, each one consisting of six spectra (1–6) and (7–12). The spectra of both sets are proven to be interrelated by B_3a symmetry. g and A tensors for each set will be given. Evidence is given that the two sets are to be assigned to the defects α-Al₂O₃:Co²⁺,H⁺ and α-Al₂O₃:Co²⁺,X⁺. The former is concluded to consists of a Co²⁺ ion at the substitutional site (c) and a proton located in a potential minimum along a straight line between O^2- ions situated in O²⁺ triangles above and below the CO²⁺ ion. The potential function for the proton has been calculated by quantum-chemical calculations to clucidate the geometrical structure of the paramagnetic center. The α-Al₂O₃:Co²⁺,X⁺ could not be fully analyzed but some evidence is presented, that X⁺ might be alkali ions.     

Magnetic properties of EuLn2O4 (Ln=rare earths)

Ternary rare earth oxides EuLn₂O₄ (Ln=Gd, Dy-Lu) were prepared. They crystallized in an orthorhombic CaFe₂O₄-type structure with space group Pnma. ¹⁵¹Eu Mössbauer spectroscopic measurements show that the Eu ions are in the divalent state. All these compounds show an antiferromagnetic transition at 4.2-6.3 K. From the positive Weiss constant and the saturation of magnetization for EuLu₂O₄, it is considered that ferromagnetic chains of Eu²⁺ are aligned along the b-axis of the orthorhombic unit cell, with neighboring Eu²⁺ chains antiparallel. When Ln=Gd-Tm, ferromagnetically aligned Eu²⁺ ions interact with the Ln³⁺ ions, which would overcome the magnetic frustration of triangularly aligned Ln³⁺ ions and the EuLn₂O₄ compounds show a simple antiferromagnetic behavior.     

稀土离子Tm3+掺杂Bi2WO6的可见光催化性能

以Na_2WO_4·2H_2O和Bi(NO_3)_3·5H_2O为主要原料,采用水热法合成了稀土离子Tm~(3+)掺杂的Bi_2WO_6光催化剂。采用XRD、SEM、TEM、Raman、PL、DRS研究了Tm~(3+)掺杂Bi_2WO_6的物相,微观形貌和可见光催化性能。结果表明,Tm~(3+)掺杂有效提高了Bi_2WO_6的光催化性能,当掺杂量为6%时,样品的光催化性能最好,可见光照射30 min后,对罗丹明B的降解效率达到91.27%,而可见光照射5 h后,对焦糖色素的降解效率达45.25%。与未掺杂Bi_2WO_6相比,分别提高了27.78%和35.22%。     

Electronic properties and rare-earth ions photoluminescence behaviors in borosilicate: SrB2Si2O8

Undoped and RE ions doped SrB₂Si₂O₈ were successfully synthesized. After the application of UV and VUV spectroscopy measurements, we made a novel discovery that the emission of SrB₂Si₂O₈:Eu prepared in air can be switched between red and blue by the different excitations. The information is that quite a part of Eu³⁺ was spontaneously reduced to Eu²⁺ in air. The PL properties of Eu²⁺ in VUV and Eu³⁺, Ce³⁺ and Tb³⁺ in UV-VUV region in SrB₂Si₂O₈ were evaluated for the first time. The excitation mechanisms of the O²⁻-Eu³⁺ CT, Ce³⁺f-d and Tb³⁺f-d transitions in UV region as well as the Eu³⁺f-d, O²⁻-Ce³⁺ CT, O²⁻-Tb³⁺ CT transitions and the host lattice absorption in VUV region were established. In addition, first principles calculation within the LDA of the DFT was applied to calculate the electronic structure and linear optical properties of SrB₂Si₂O₈ and the results were compared with the experimental data.     

不同浓度Sn4+离子掺杂TiO2的结构、性质和光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备出纯TiO₂和不同浓度Sn⁴⁺离子掺杂的TiO₂光催化剂(TiO₂-Snx%, x%代表Sn⁴⁺离子掺杂的TiO₂样品中Sn⁴⁺离子摩尔分数). 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)确定了TiO₂-Snx%催化剂的晶相结构和能带结构, 结果表明: 当Sn⁴⁺离子浓度较低时, Sn⁴⁺离子进入TiO₂晶格, 取代并占据Ti⁴⁺离子的位置, 形成取代式掺杂结构(Ti_1-xSn_xO₂), 其掺杂能级在导带下0.38 eV处; 当Sn⁴⁺离子浓度较高时, 掺入的Sn⁴⁺离子在TiO₂表面生成金红石SnO₂, 形成TiO₂和SnO₂复合结构(TiO₂/SnO₂), SnO₂的导带位于TiO₂导带下0.33 eV处. 利用瞬态光电压谱和荧光光谱研究了TiO₂-Snx%催化剂光生载流子的分离和复合的动力学过程, 结果表明, Sn⁴⁺离子掺杂能级和表面SnO₂能带存在促进光生载流子的分离, 有效地抑制了光生电子与空穴的复合; 然而, Sn⁴⁺离子掺杂能级能更有效地增加光生电子的分离寿命, 提高了光生载流子的分离效率, 从而揭示了TiO₂-Snx%催化剂的光催化机理.     

Synthesis and characterization of monodisperse spherical SiO2@RE2O3 (RE=rare earth elements) and SiO2@Gd2O3:Ln (Ln=Eu, Tb, Dy, Sm, Er, Ho) particles with core-shell structure

Spherical SiO₂ particles have been coated with rare earth oxide layers by a Pechini sol-gel process, leading to the formation of core-shell structured SiO₂@RE₂O₃ (RE=rare earth elements) and SiO₂@Gd₂O₃:Ln³⁺ (Ln=Eu, Tb, Dy, Sm, Er, Ho) particles. X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), photoluminescence (PL), and cathodoluminescence spectra as well as lifetimes were used to characterize the resulting SiO₂@RE₂O₃ (RE=rare earth elements) and SiO₂@Gd₂O₃:Ln³⁺ (Eu³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Sm³⁺, Er³⁺, Ho³⁺) samples. The obtained core-shell phosphors have perfect spherical shape with narrow size distribution (average size ca. 380 nm), smooth surface and non-agglomeration. The thickness of shells could be easily controlled by changing the number of deposition cycles (40 nm for two deposition cycles). Under the excitation of ultraviolet, the Ln³⁺ ion mainly shows its characteristic emissions in the core-shell particles from Gd₂O₃:Ln³⁺ (Eu³⁺, Tb³⁺, Sm³⁺, Dy³⁺, Er³⁺, Ho³⁺) shells.