六方氮化硼单层中一种(CN)3VB缺陷的第一性原理计算

二维六方氮化硼(hBN)的点缺陷最近被发现可以实现室温下的单光子发射,而成为近年的研究热点.尽管其具有重要的基础和应用研究意义,hBN中发光缺陷的原子结构起源仍然存在争议.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究hBN单层中一种B空位附近3个N原子被C替代的缺陷(CN)3VB.在hBN的B空位处,3个N原子各自带一个在平面内的悬挂键及相应的未配对电子,而通过C替换可以消除未配对的电子.系统研究了(CN)3VB缺陷的几何结构、电子结构以及光学性质,结果表明,缺陷可以由一个对称的亚稳态经过原子结构弛豫变成1个非对称的、3个C原子连在一起的基态结构.缺陷的形成在hBN中引入了一些由缺陷悬挂σ键及重构的π键贡献的局域缺陷态.这些缺陷态可以导致能量阈值在2.58 eV附近的可见光内部跃迁.本文的工作有助于进一步理解hBN中点缺陷的构成及光学性质,为实验上探讨发光点缺陷的原子结构起源及其性质提供理论依据.     

无序碳单层的电子结构及氢原子吸附的第一性原理

本研究运用第一性原理计算方法,系统地研究了无序碳单层材料不同位点的电子结构及其析氢性能.计算结果显示无序结构中的C-C键相比于石墨烯中的C-C键在26.7%的范围内有不同程度的拉伸或压缩,使得C原子电荷在-0.17～+0.16个电子范围内变化,导致部分C原子电子局域化.电子的局域化增强了C原子的化学活性,从而表现出了较强的吸附性能.我们发现H原子与C原子的键合及析氢性能与C原子间的键角相关.对于三配位的碳原子,其中三个价电子通过sp~2杂化轨道与最邻近的碳原子结合形成较强的共价键,而余下的一个p_z轨道电子可以与H原子在垂直于原子层的方向形成较弱的化学键.无序结构可以打破三个sp~2杂化轨道的对称性,进而影响p_z轨道与氢的成键.本研究在一定程度上揭示了单层无序碳材料结构-性能的构效关系,为实验上设计特定性能的无序碳功能材料提供理论指导.     

Nafion修饰玻碳电极伏安法测定痕量铟

报道了一种用Nafion修饰玻碳电极测定痕量铟的新方法。研究了Na-fion膜的有关特性和测定的条件,当富集时间为5 min时,峰电流与In(Ⅲ)浓度在1×10-9~1×10-7mol/L的范围呈良好的线性关系,检出限为1.46×10-10mol/L。该法用于实际水样中痕量铟的测定,平均回收率为98.4%。     

基于碳纳米材料载体的氢气传感器

氢气作为高效洁净的二次能源备受关注,但由于氢气无色无味、易爆炸,因此在使用的过程中必须对环境中的氢气进行检查。这就决定了氢气传感器在现代工业、燃料电池及氢的贮存和分离等的氢检测方面有着重要的应用。开发灵敏度高、选择性和稳定性好的氢气传感器一直是传感器领域研究的重要方向。由于具有独特的物理化学性质、高的比表面积和优越的电子特性,碳纳米材料常作为氢气传感器的敏感材料的载体。碳纳米复合材料在吸附氢气之后,其电子性质会发生变化,利用这个性质可以实现对氢气的检测。本文就碳纳米材料与金属纳米粒子、金属氧化物、聚合物的复合材料的氢敏感材料进行了系统的分析,综述了近年来基于碳纳米材料的氢气传感器的研究进展,并对氢气传感器的应用前景和发展趋势进行了展望,指出了需要研究的科学问题。     

氢的制备、储存、安全检测与生物燃料电池研究

目前,化石能源日益枯竭和二氧化碳排放导致的温室效应引起了世界各国的高度关注.约五分之一的二氧化碳是由使用化石燃料的交通工具所导致的.氢能是人类至今为止已知的、最为理想的清洁能源,使用零排放的氢燃料电池驱动交通工具是减少二氧化碳排放的有效手段之一.世界各国把氢能作为战略能源进行研究,我国既是能源短缺国,又是能源消耗最大的国家之一.     

以新亚甲基蓝为电子媒介体的大肠杆菌微生物燃料电池的研究

以新亚甲基蓝(NMB) 为电子媒介体, 大肠杆菌为微生物催化剂, 设计了微生物燃料电池(MFC). 该MFC的开路电压为0.760 V, 短路电流为1.108 mA, 最大输出功率为116 mW/m2, 此时所对应的电流密度为390 mA/m2. 比较了中性红(NR)和NMB作为电子媒介体对MFC性能的影响. 实验结果表明, 以NMB为电子媒介体的MFC的开路电压比以NR为电子媒介体的MFC的开路电压低, 但其开路电压达到稳定所需要的时间更短, 而且其短路电流比后者高. 当放电电流大于114 mA/m2时, 前者比后者的输出功率高, 在负载1000 Ω放电时, 前者比后者有更好的稳定性.     

Interfacial defect engineering and photocatalysis properties of hBN/MX2 (M = Mo,W, and X = S,Se heterostructures

Van der Waals (VDW) heterostructures have attracted significant research interest due to their tunable interfacial properties and potential applications in many areas such as electronics, optoelectronic, and heterocatalysis. In this work, the influences of interfacial defects on the electronic structures and photocatalytic properties of hBN/MX₂ (M = Mo, W, and X=S, Se) are studied using density functional theory calculations. The results reveal that the band alignment of hBN/MX₂ can be adjusted by introducing vacancies and atomic doping. The type-I band alignment of the host structure is maintained in the heterostructure with n-type doping in the hBN sublayer. Interestingly, the band alignment changed into the type-II heterostructrue due to V_B defect and p-type doping is introduced into the hBN sublayer. This can conduce to the separation of photo-generated electron-hole pairs at the interfaces, which is highly desired for heterostructure photocatalysis. In addition, two Z-type heterostructures including hBN(Be_B)/MoS₂, hBN(Be_B)/MoSe₂, and hBN(V_N)/MoSe₂ are achieved, showing the decreasing of band gap and ideal redox potential for water splitting. Our results reveal the possibility of engineering the interfacial and photocatalysis properties of hBN/MX₂ heterostructures via interfacial defects.     

铝基材料水解制氢技术

氢能作为一种高焓值的绿色能源在解决未来能源危机和环境污染中备受关注,而铝水反应在众多制氢途径中被认为是最具优势的方法之一。本文着重论述了近几年铝基材料水解制氢技术的研究进展。铝水制氢是一种很有发展前景的储存和运输氢能的方式,但Al表面致密的氧化层阻碍了铝水反应的进行,使其难以在常温常压情况下产生氢气。为充分开发利用氢能源,可采用添加碱、氢化物、金属氧化物、无机盐等方式,或将金属单质与Al通过烧结、熔炼、球磨等先进的技术手段进行复合,能够有效地活化Al,从而实现低环境温度、短诱导时间、快产氢速率、高转化率的铝水反应,为燃料电池电动汽车现场供氢。     

MgH_2储氢热力学研究进展

近年来,材料和能源领域中高能量密度车载储氢材料的研究和开发吸引了世界各国科技工作者的广泛兴趣.MgH2作为一种相对廉价的固体储氢材料,其理论储氢量高达7.6 wt%,且循环吸放氢性能较好,业已成为储氢材料领域的研究热点.本文着重从热力学的角度,对MgH2储氢材料的近期研究进展,特别是其储氢热力学性能的改进,包括纳米化、复合、催化、限域以及理论计算等方面进行简要综述,旨在明确当今MgH2作为潜在可应用储氢材料的研究重点和未来发展趋势.     

纳米限域的储氢材料

氢能作为洁净、理想的二次能源,已受到世界各国的广泛关注。然而,氢的储存技术仍然是制约氢能商业化应用的关键技术。利用储氢材料进行储氢被认为是一种安全、高效的固态储氢方式。因此,开发新型高容量的储氢材料与储氢技术成为氢能领域研究的热点之一。纳米限域是将材料填充到纳米孔道里,利用材料和纳米孔道的相互作用促进反应的进行,为化学反应提供一个独特的微环境。近年来,纳米限域逐渐发展成为改善储氢材料热力学和动力学的新方法。本文综述了纳米限域的储氢材料的研究进展,从纳米限域的储氢材料制备、储氢性能、反应机理和存在的问题等方面进行讨论,并指出了纳米限域储氢材料的发展趋势。