Rational doping for zinc oxide and its influences on morphology and optical properties

Zinc oxide(ZnO) nanopowders doped with different metal ions(Me, Me = Sn4+, In3+, Mn2+, and Co2+) are prepared by a simple sol–gel method. Influences of the ion doping on morphology and optical properties of the resulting ZnxMeyO are investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, UV-vis absorption spectrum, and photoluminescence. The morphology of ZnO can be tailored by ion doping, which is closely related not only to the ionic radii and electronegativities of the doped ions, but also to their oxidation states and electron configurations. The optical band gap and photoluminescence of ZnO can also be modulated by ion doping, which results from a combination of different effects, Burstein–Moss, band tail, charge compensation, sp–d exchange, non-radiative recombination, and blocking barrier. This may offer us a viable approach to tuning the(optical) properties of ZnO-based materials via rational ion doping.     

乙二铵多钼酸盐NH3CH2CH2NH3Mo3O10·4.4H2O的 合成及其光致变色性质研究

利用乙二胺阳离子为模板,采用温和的反应条件制备出一种新的光致变色化合物NH3CH2CH2NH3Mo3O10·4.4H2O,经过元素分析、热重以及光谱测定,证明该化合物的无机骨架为(Mo3O10)∞^2-无穷长链。乙二胺阳离子通过氢键等超分子作用与无机骨架相连。实验发现该化合物具有良好的光致变色性能,与真空蒸镀MoO3不同的是,经紫外光照后,此化合物由白色变为红棕色,EXAFS(扩展X射线精细结构)研究结果表明紫外光照后,质子从乙二铵阳离子转移到Mo-O^-为其可能的机理。     

g-C3N4/BiVO4复合催化剂的制备及应用于光催化还原CO2的性能

用简单的超声分散法合成了具有可见光响应的类石墨氮化碳(g-C₃N₄)/BiVO₄复合光催化剂. 采用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM), 紫外-可见(UV-Vis)分光光谱, 傅里叶红外变换(FTIR)光谱, 荧光发射谱(PL)和光电流响应等技术对所制备催化剂进行相关表征. 通过可见光下(λ> 420 nm)光催化还原CO₂的性能来评价样品的光催化活性, 发现不同复合比的催化剂中, 含40% (w) g-C₃N₄的复合催化剂表现出最高的光催化活性, 其催化活性分别为纯g-C₃N₄纳米片和纯BiVO₄的催化活性的2倍和4倍.光催化活性增加的主要原因是g-C₃N₄和BiVO₄之间形成了异质结, 且相互间能级匹配, 有利于光生电子和空穴的分离.     

三氧化钼与金纳米粒子复合薄膜光致变色特性的研究

MoO3具有光致变色特性,在大屏幕显示、高密度存储和灵巧窗等研究领域中具有潜在的应用前景^[1-3]。但由于MoO3薄膜中相当一部分光生载流子被复合,其参与变色反应的利用率很低,导致MoO3薄膜的变色效率较低,使其难以实现实用化。半导体表面修饰贵金属后,在半导体／金属界面上可形成Schottky势垒,这将有助于光生载流子的有效分离,从而提高其利用率。据此,本文采用在MoO3薄膜表面修饰金纳米粒子的方法,制备了MnO3和金纳米粒子的复合薄膜（MoO3/Au),变色试验结果表明,MoO3/Au复合薄膜的紫外和可见光变色效率相对MoO3薄膜均有较大的提高。     

氧化锌纳米材料及其在能源与环境中的应用

能源与环境问题是人类当前面临的主要问题之一,借助ZnO纳米材料的光电性能,探索其在能源与环境中的应用,对实现能源与环境的可持续协调发展具有重要意义.ZnO纳米材料的光电性能与其自身结构密切相关,因此,文章首先对ZnO的结构与制备进行了简单介绍,并讨论了ZnO纳米材料中存在的各种缺陷和掺杂的影响,然后在此基础上重点讨论了...     

聚合时间对染料敏化太阳能电池中聚苯胺对电极结构和性能的影响

采用恒电压方法, 以掺杂氟的SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用不同的聚合时间制备SO₄^2?掺杂的聚苯胺对电极(PANI CEs). 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等技术详细研究了聚合时间对PANI CEs的表面形貌、结构(如掺杂度、共轭性、氧化态等)和对I^?/I^3?的催化活性的影响. SEM结果表明PANI在FTO上的生长分两个阶段. 适当增加聚合时间可以增加PANI CEs的比表面积, 为催化I^?/I^3?反应提供更多的活性位点, 同时聚苯胺链的共轭性、半氧化态聚苯胺(EB)结构的含量和对阴离子SO₄^2?的掺杂度会随着增加, 进而PANI 的导电率也逐渐增大. 然而, 聚合时间过长会引起薄膜厚度的增加和氧化结构的过多, 使PANI CEs的导电率降低, 电子在PANI 薄膜中的传输阻抗增加, 进而影响其对I^?/I^3?的催化性能. 聚合时间为300 s 时制备出的PANI 薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极和以D149 为染料时, 获得的最高电池光电转换效率为5.30%, 可达到基于Pt 对电极电池效率的88%. 因此, 通过电化学方法制备的PANI CEs有望代替贵金属Pt CEs用于DSSCs中.     

SO4-和I-共掺杂的聚苯胺对电极在染料敏化太阳电池中的应用

采用循环伏安法(CV)在掺杂氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃上, 成功聚合了SO₄^-和I^-共掺杂的聚苯胺(PANI)对电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、傅里叶红外(FT-IR)吸收光谱、CV和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法详细研究了I^-作为第二种掺杂离子及LiI掺杂浓度对所制备的PANI对电极的表面形貌, 结构和对I^-/氧化还原电对的催化活性的影响. SEM结果显示在聚合电解液中引入LiI改变了所制备的PANI对电极的形貌, 可提供更多的催化反应活性位点, 同时还改善了薄膜的孔隙性. 值得注意的是, 引入I^-共掺杂可在一定程度上使3I^-↔ +2e^-反应在相应的PANI电极上更容易进行. 在反应体系中 LiI浓度为0.02 mol·L^-1时得到的PANI对电极, 组装成电池时获得的电池效率最高可达6.52%, 相当于Pt对电极6.95%的93.8%, 比基于只掺杂 的PANI对电极的光电转换效率提高了16%, 说明 和I^-共掺杂的PANI对电极可以提高相应染料敏化太阳电池的光电转换性能, 有望在未来成为Pt对电极的替代材料.     

光致热效应促进的全光谱光催化CO2还原

以半导体等为催化剂,在太阳能作用下将CO2和H2O转化为可再生燃料与氧气的“人工光合作用”有望同时解决目前面临的严峻能源和环境问题,因而备受关注.但半导体催化剂光谱响应范围较窄、表面反应动力学缓慢,从而导致目前仍无法获得可观的太阳能-燃料转换效率.已有很多研究采用了晶面调控、元素掺杂和异质结构建等方法,以提高半导体光催化剂的太阳能-燃料转换效率,但效果仍不令人满意,主要原因是半导体光催化剂很难在吸收带边-氧化还原能力和活性-稳定性这两种关系中取得较好的平衡.此外,光催化反应中的动力学也是主要问题之一,尤其在人工光合作用反应中,CO2还原半反应和H2O氧化半反应的动力学均较困难, 这已成为共识, 而解决这个问题, 将有助于我们从一新的角度理解光催化过程, 从而提升光催化反应性能.本文以Au NP/金红石为模型催化剂, 纯金红石为参照, 证明了存在太阳光中的红外光致热和可见光诱导的等离激元热效应等两类光致热效应, 它们均可以促进人工光合作用反应. 研究发现, 人工光合作用反应与其他许多化学反应一样, 表观活化能为正, 从而表明动力学因素在该反应中起着重要作用. 此外, 根据不同反应温度下的结果, 通过计算Au NP/金红石和纯金红石上生成CO和CH4的表观活化能, 发现在这二种样品上CH4的表观活化能均高于CO, 这就从动力学上解释了热力学上更容易得到的CH4在绝大多光催化CO2还原反应中的产率均低于CO. 此外, 无论是对于CO还是CH4, Au NP/金红石的催化表观活化能均低于纯金红石的. 因此, 本文从实验上提供了贵金属纳米粒子改善人工光合作用动力学的实验证据,并从动力学角度解释了人工光合作用反应中的活性和选择性问题. 本研究证明了动力学因素在光催化反应, 尤其是人工光合作用反应中的重要性, 并提出了从动力学角度提升人工光合作用反应的新方法, 即利用太阳光的光致热效应加速反应, 这不仅有助于提升太阳能转化效率, 也有望减少反应设备成本, 从而促进其大规模应用.     

Experimental investigation on divertor tungsten sputtering with neon seeding in ELMy H-mode plasma in EAST tokamak

Neon (Ne) seeding is used to cool the edge plasma by radiation to protect the divertor tungsten (W) target in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). The W sputtering in the outer divertor target with Ne seeding is assessed by the divertor visible spectroscopy system. It is observed that the W sputtering flux initially increases with Ne concentration in the divertor despite the decreasing plasma temperature. After reaching a maximum around 25 eV, the W sputtering rate starts to decrease, presenting a suppression effect. The effect on the divertor W sputtering flux and yield due to the competition between the increase of the Ne concentration and the decrease of the plasma temperature is discussed. The results show that enough Ne seeding is essential to effectively reduce the electron temperature and thus to suppress W sputtering. Moreover, ELM suppression is observed when Ne and W impurities enter the core plasma, which could be correlated to the enhanced turbulence transport in the pedestal.     

基于分形自仿射的混沌时间序列预测

从混沌与分形的关系出发，基于奇怪吸引子的分形结构和时间序列的自仿射特性，提出了一种混沌时间序列的预测方法.采用迭代函数系统跟踪混沌的局部运动轨迹，由此确定统计意义上仿射性能最优的时间序列段，并根据吸引子定理和拼贴定理建立预测模型.以Mackey-Glass混沌系统、脑电信号和Lorenz混沌系统等三种混沌系统为例进行预测试验，结果表明本方法能对混沌时间序列进行准确预测，且对混沌时间序列先验知识要求少，具有广泛的实用性. 关键词： 自仿射 迭代函数系统 混沌时间序列 预测