氧化钛-氧化石墨插层结构及其光催化性能(英文)

采用氧化石墨(GO)和硫酸钛作为初始反应物,在低温下(80℃)制备了纳米级的氧化钛-氧化石墨插层(TiO2-GO)复合材料,研究了这一复合材料的紫外光催化性能.结果表明,在采用TiO2-GO插层复合材料对甲基橙溶液进行紫外光催化降解时,其降解效率η=1.17mg·min-1·g-1,明显优于德固赛P25氧化钛粉.通过对TiO2-GO插层复合材料进行X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等测试,表征了产物的晶相结构、界面状况及其显微结构.结果表明:插层结构中的TiO2晶粒为锐钛矿和金红石的混合相,且锐钛矿相含量大于金红石相含量;氧化石墨层间的含氧基团如C襒O,基本被还原.对TiO2-GO插层复合材料的形成机理以及该材料具有优越光催化性能的原因进行了探讨.     

电化学法制备的还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能研究

通过电化学方法在FTO导电玻璃上沉积了不同还原程度(C/O)的还原氧化石墨烯薄膜(rGO),其中rGO薄膜由未经处理的GO电解液制备,A-rGO由碱处理后的电解液制备,B-rGO由NaBH4处理后的电解液制备。利用XRD、XPS、SEM、UV-Vis对薄膜的化学结构和微观形貌进行了表征,并研究了薄膜在可见光照射下的光电性能。结果表明:在1.8 V下沉积的不同C/O比的rGO薄膜中,B-rGO薄膜的C/O比最高(8.1),带隙最小(0.54 eV),导带最靠近FTO的导带位置。在可见光照射下,几种薄膜均产生了阴极电流,电流密度随C/O比的增大而增大,其中B-rGO最大达1μA·cm-2。本文提供了一种通过控制C/O比来控制rGO薄膜光电性能的方法。     

水热合成部分还原氧化石墨烯-K2Mn4O8超级电容器纳米复合材料

通过控制水热反应温度以及氧化石墨烯(GO)与高锰酸钾的填料比, 合成了两组部分还原的GO-K₂Mn₄O₈纳米复合材料. X射线衍射(XRD)分析说明水热过程中合成了α-MnO₂和一种新的晶相K₂Mn₄O₈.通过X射线光电子能谱(XPS)分析了水热反应前后氧化石墨的含氧官能团的变化. 扫描电子显微镜(SEM)显示样品由片状还原的氧化石墨烯构成, 其表面附有许多小的纳米颗粒, 这种结构有利于储能时电子的传递. 通过这两组复合材料的结构分析, 更好地理解了材料的电化学性能的变化. 利用循环伏安法和恒流充放电测试比较了材料的电容性能. 用1 mol·L^-1的硫酸钠做电解液, 电位范围是0-1 V, 在1 A·g^-1的电流密度下, 测得的样品最佳比电容达到251 F·g^-1, 能量密度为32 Wh·kg^-1, 功率密度为18.2 kW·kg^-1. 并且在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后样品的比电容仍维持在初始比电容的88%.     

不同晶型WO3·0.33H2O的结构及性能

以Na2WO4.2H2O为主要原料,采用液相法(80℃)和离子交换-水热法(150℃)分别制备了六方WO3.0.33H2O和以正交相为主的混合晶型WO3.0.33H2O。通过对2种晶型WO3.0.33H2O材料进行X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FE-SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安测试,表征了产物的晶相和结构等。正交WO.30.33H2O结构中由于相邻钨氧八面体层的相互位移而形成空隙,六方WO3.0.33H2O结构中没有位移则形成孔道;正交WO3.0.33H2O具有比六方WO3.0.33H2O更短键长的W=O和更负的导带位置。紫外-可见透射光谱研究表明,六方WO.30.33H2O具有更明显的电致变色效应,可能是因为结构中的孔道使H+易扩散使六方WO.30.33H2O更易发生氧化还原反应。光催化性能研究表明,正交WO3.0.33H2O具有更负的导带位置,价带电子跃迁后易于向电子受体转移,抑制了电子和空穴的复合,使得混合晶型WO3.0.33H2O的紫外光光催化能力相对六方WO.30.33H2O更强。     

ZnO/RGO复合材料的结构及其光催化性能研究

本实验以ZnSO₄和氧化石墨(Graphite Oxide,GO)原料,在低温环境下(60 ℃)制备了层状ZnO/RGO(ZnO/Reduced Graphite Oxide)复合材料。通过对ZnO/RGO复合材料进行XRD、FTIR、XPS和FE-SEM等测试,表征了产物的晶相结构、界面状况及微观形貌特征。氧化石墨在与ZnO的复合反应过程中其活性基团消失或减弱,氧化石墨自身被还原为一种类石墨物质(Reduced GO,RGO);GO的预处理过程对产物的形貌有较大影响,采用稀碱溶液对石墨的剥离处理有利于产物的层状结构形成。本文还以甲基橙为目标降解物,考察了不同条件下所得催化剂的紫外光催化性能。研究表明,ZnO/RGO纳米复合材料大大提高了ZnO紫外光催化活性。光致发光谱(PL)显示,ZnO/RGO复合材料的荧光发射峰强度比纯ZnO有较大降低,说明ZnO的光激发电子在氧化石墨的还原产物RGO和ZnO纳米颗粒之间存在界面电子转移效应,因而抑制了ZnO中光生电子-空穴对的复合,从而提高了ZnO的光催化性能。     

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。     

Sb掺杂ZnSnO3透明导电薄膜：制备与性能

采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）和旋涂法制备了未掺杂的ZnSnO₃薄膜和掺入不同物质的量的Sb的ZnSnO₃薄膜。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、霍尔效应仪（Hall）以及紫外-可见光（UV-Vis）等表征了热处理后薄膜的晶相、微观形貌、晶格缺陷、电学性能以及紫外-可见光透过率。结果表明：所有薄膜都是ZnSnO₃结构;与未掺Sb的ZnSnO₃薄膜相比,掺入Sb后的ZnSnO₃薄膜的电阻率都有不同程度的降低,其中掺入8mol%Sb的薄膜具有最低的电阻率0.96Ω·cm;缺陷研究表明：Sb的掺入使得晶格中的间隙锌离子含量增加,这有利于薄膜电阻率的降低;薄膜的紫外-可见光（UV-Vis）表明：在波长大于475nm的可见光范围内,掺入Sb的ZnSnO₃薄膜的可见光透过率都在80%以上。     

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（ZnSnO₃）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ZnSnO₃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Sb³⁺的比例变化。探讨了不同置换方式晶体中氧空位（V_O^..）、锌间隙（Zn_i^..）和锡离子变价（Sn_Sn"）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ZnSnO₃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Sb³⁺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_0.15Zn_0.35Sn_0.5O_1.5的薄膜电阻率最低,为0.423 Ω·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。     

ZnSnO3透明导电薄膜：溶胶-凝胶法制备及性能

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)过程和旋涂法制备了Zn-Sn-O系统薄膜。通过对干凝胶的热重-差示扫描同步热分析(TG-DSC),研究了干凝胶在烧结过程中的反应历程。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(FE-SEM)以及紫外-可见透过率(UV-Vis)等表征了烧结后薄膜的晶相、晶格缺陷、微观形貌以及紫外-可见光透过率。本文还研究了烧结温度、N2气氛热处理以及组成变化对薄膜电阻率的影响,结果表明:偏锡酸锌ZnSnO3晶体薄膜具有较低的电阻率;当nZn/(nZn+nSn)=50.3at%时,薄膜的电阻率达极小值,约为8.0×102Ω.cm。偏锡酸锌ZnSnO3晶体的导电机理研究表明:晶格中间隙阳离子含量的增加有利于薄膜电阻率的降低,而氧空位的形成则使其电阻率升高。薄膜的紫外-可见光透过率(UV-Vis)表明:偏锡酸锌ZnSnO3晶体薄膜在400~900 nm的可见光波段透过率可达80%以上。