First-principles study on the geometric and electronic structures and phase transition of PbZr1-xTixO3 solid solutions

With first-principles virtual-crystal approximation calculations, we systematically investigate the geometric and elec- tronic structures as well as the phase transition of lead zirconate titanate (PbZr1-xTixO3 or PZT) as a function of Ti content for the whole range of 0 ≤ x Ti ≤ 1. It can be found that, with the increase of the Ti content, the PbZr1-xTixO3 solid solu- tions undergo a rhombohedral-to-tetragonal phase transition, which is consistent with the experimental results. In addition, we also show the evolution in geometric and electronic structures of rhombohedral and tetragonal PbZr1-x TixO3 with the increasing content of Ti.     

Structural changes concurrent with ferromagnetic transition

Ferromagnetic transition has generally been considered to involve only an ordering of magnetic moment with no change in the host crystal structure or symmetry, as evidenced by a wealth of crystal structure data from conventional X-ray diffractometry (XRD). However, the existence of magnetostriction in all known ferromagnetic systems indicates that the magnetic moment is coupled to the crystal lattice; hence there is a possibility that magnetic ordering may cause a change in crystal structure. With the development of high-resolution synchrotron XRD, more and more magnetic transitions have been found to be accompanied by simultaneous structural changes. In this article, we review our recent progress in understand- ing the structural change at a ferromagnetic transition, including synchrotron XRD evidence of structural changes at the ferromagnetic transition, a phenomenological theory of crystal structure changes accompanying ferromagnetic transitions, new insight into magnetic morphotropic phase boundaries (MPB) and so on. Two intriguing implications of non-centric symmetry in the ferromagnetic phase and the first-order nature of ferromagnetic transition are also discussed here. In short, this review is intended to give a self-consistent and logical account of structural change occurring simultaneously with a ferromagnetic transition, which may provide new insight for developing highly magneto-responsive materials.     

微量Co修饰的碳载超细Pt纳米粒子的制备及其在燃料电池氧还原催化中的应用

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有清洁、高效等优点,是一种理想的汽车动力电源.然而,由于其阴极氧还原反应(ORR)速率缓慢,需要使用大量的Pt基催化剂,导致燃料电池成本居高不下,严重制约了PEMFC的商业化发展.将Pt与过渡金属Fe, Co, Ni等形成合金,对表面Pt原子的几何结构和电子结构进行调变,可以有效提高催化剂的活性,实现Pt用量和燃料电池成本的降低.但是目前合金催化剂多采用溶剂热、浸渍-高温退火等制备方法,使用有毒有害试剂和难清洗的表面活性剂,且过程复杂、能耗高,不利于大规模化生产.此外,合金中过渡金属占比高,在燃料电池工况下,大量过渡金属溶解,加速了膜的降解,导致实际PEMFC性能的降低.对此,我们探索了一种简便有效的方法制备高活性、高稳定性的碳载Pt-Co催化剂.在没有添加表面活性剂的情况下,采用硼氢化钠辅助乙二醇还原法合成了具有超小尺寸和均匀分布的Pt-Co纳米颗粒,后续酸刻蚀处理去除不稳定的Co原子,重组双金属纳米颗粒的表面结构形成富Pt壳层,进一步提高了催化剂的活性和稳定性.通过电感耦合等离子体、X射线粉末衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、高角环形暗场-扫描透射-元素分布及光电子能谱等物理表征证实了微量Co改性的碳载超细铂合金纳米颗粒的组成和结构.进一步对催化剂进行旋转圆盘电极和单电池测试,结果表明, Pt_(36)Co/C具有明显高于商业化Pt/C的有效电化学活性面积和电池性能.此外,加速衰减测试和衰减前后的电镜图片表明, Pt_(36)Co/C催化剂的稳定性相较于Pt/C亦有所增强.分析Pt-Co/C催化性能提高的原因,主要归于以下三点:(1)催化剂纳米颗粒在载体上分布均匀,且具有超小的粒径尺寸,提供了大量的三相反应界面位点;(2)双金属配体和电子效应的协同作用,降低了氧化物质在催化表面的吸附能力,加速了ORR的电催化动力学;(3)酸蚀刻导致的不稳定Co的溶解及催化剂表面结构的重排,形成了富Pt壳层结构,有利于提高催化剂的稳定性.这种简单有效的合金制备方法可以在电催化领域推广使用.     

一维分子晶体激子-孤子运动的激子运动学和动力学非线性效应

基于一维分子晶体相邻分子间静态作用势和分子间的(电)偶极-偶极相互作用,采用分子投影算符表示一维分子晶体激子系统的模型哈密顿量.在谐振近似下,根据激子运动学和动力学非线性效应的理解,推导了晶格运动和激子-孤子运动的非线性Klein-Gordon(K-G)耦合运动方程组.发现激子运动学和动力学非线性效应不但对孤子波函数的³,²{²}\{x²}有重要贡献,且导致重要的高阶非线性项,分别对⁵非线性和⁷非线性方程给出了解析解.详细分析非线性方程的Bell型孤子和Kink型孤子解结果,发现激子运动学和动力学非线性效应对激子的有效质量m有显著增加贡献,对激子-孤子能量(Ω)有更负的修正,孤子局域范围更小.对Bell型孤子以超声速(v＞c_s)沿一维键传播,而Kink型孤子以亚声速传播(v＜c_s),它们分别出现在激子能带底部和顶部. 关键词： 一维分子晶体 激子-孤立子 运动学和动力学非线性效应 非线性Klein-Gordon方程     

高盐样品中锂的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定研究

锂是重要的战略金属和新能源材料,其开发利用受到全球的高度关注。在高盐卤水特别是盐湖卤水和地下卤水中富含巨量的锂资源,在对这些资源进行锂的开发利用过程中,需对锂的含量进行准确测定,然而卤水中共存的高浓度Na+, K+, Ca2+和Mg2+会对微量锂的准确测定产生严重的干扰。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)具有线性范围宽和多元素同步分析能力,针对卤水中锂的快速准确测定,详细开展了高盐样品中锂的ICP-OES分析方法研究。结果表明,锂在610.364 nm处具有较高的信噪比,且Na+, K+, Ca2+, Mg2+和Ar不会对锂的测定产生显著的谱线干扰。然而,样品中大量共存的Na+, K+和Mg2+会对锂的测定产生严重的基体正干扰,而Ca2+产生负干扰。尽管内标法在消除基体干扰方面具有广泛的应用,但传统的以钇和钪为内标元素的内标法不能有效解决该问题。此外,针对标准加入法操作繁琐、不适合批量样品分析问题,以及基体匹配法需多离子匹配,且不适合样品基体组成变化的批量样品分析等问题,考察了采用单一组分进行复杂基体匹配的可行性。由于NaCl广泛存在于卤水中,且对锂的测定具有显著的增敏效应,通过系列研究发现,通过同时向样品和标准溶液中加入10 g·L-1的NaCl,成功解决了总量不超过40 g·L-1的NaCl, KCl和MgCl2所产生的干扰。尽管采用该法或沉淀预分离方式均不能消除Ca2+产生的负干扰,但当样品中Ca2+含量不高于1.8 g·L-1时,对测定不产生显著的影响。通过采用该方法对三种不同基体组成的卤水样品进行加标回收测定,其回收率在96.60%~104.20%范围内。此外,通过与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定结果进行对比,充分论证了该法的准确性和可靠性(相对误差±3.66%)。该法仅以单一的NaCl进行复杂基体匹配,不仅简化了操作,还实现了基体组成变化的批量样品分析,因而在卤水中锂的快速准确测定及锂资源开发利用方面具有重要意义。     

旋涂法制备掺杂BiOX薄膜及光催化性能研究

采用旋涂的方法在基底材料表面原位生长BiOX(X=C1、Br、I)薄膜材料.样品的晶体结构和光学性质等通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)进行了表征.结果表明旋涂法制备的BiOX薄膜是纯净的,无其他杂质,均匀性好.通过对BiOX薄膜材料的光催化性能和瞬态表面光电压技术(TPV)进行了研究,发现卤素掺杂的BiOBr0.48I052具有较好的光催化性能.其结果表明催化性能提高的原因可能是BiOBr0.48I0.52薄膜在光照下可以产生更强的光生载流子并具有更长的光生载流子寿命.     

Research progress of Pt and Pt-based cathode electrocatalysts for proton-exchange membrane fuel cells

Proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have been widely used commercially to solve the energy crisis and environmental pollution. The oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode is the rate-determining step in PEMFCs. Platinum (Pt) catalysts are used to accelerate the ORR kinetics. Pt's scarcity, high cost, and instability in an acidic environment at high potentials seriously hinder the commercialization of PEMFCs. Therefore, studies should explore electrocatalysts with high catalytic activity, enhanced stability, and low-Pt loading. This review briefly introduces the research progress on Pt and Pt-based ORR electrocatalysts for PEMFCs, including anticorrosion catalyst supports, Pt, and Pt-based alloy electrocatalysts. Advanced preparation technology and material characterization of Pt-based ORR electrocatalysts are necessary to improve the performance and corresponding reaction mechanisms.     

燃烧放热对准东煤成灰过程中钠盐释放的影响

选取典型的准东煤五彩湾煤为研究对象,在马弗炉内制备400-1200℃的燃烧灰和再热灰,采用K型热电偶测量燃烧过程中样品表面温度,通过XRF、XRD分析获得灰的成分和结晶形式,取部分灰样逐级萃取,通过微波消解及电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),获得灰中钠的赋存特性。结果表明,燃烧和再热灰在成分和晶体形式上差异显著,再热灰钠含量明显高于燃烧灰且灰熔点偏低;随着温度升高灰中钠盐总量明显减少,其中,水溶钠、醋酸铵溶钠迅速减少,而盐酸溶钠含量先增加后减少,不可溶钠增加,释放的钠以可溶钠为主;加热温度和时间影响钠的释放,燃烧反应放热导致煤粉表面温度超过环境温度200℃以上,是钠盐过多释放的主要原因。     

D-异抗坏血酸缩醛的合成

以对甲苯磺酸为催化剂,N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,环己烷为带水剂,直链饱和脂肪族醛与D-异抗坏血酸反应合成了7个D-异抗坏血酸缩醛(3a～3g),其结构经1H NMR,IR和MS表征.实验结果表明,3a～3g均为两个非对映异构体的混合物,其比例接近1:1.