掺锗提高VO2薄膜的相变温度机理研究

二氧化钒(VO₂)作为一种长久以来备受关注的新型可逆相变材料,发展潜力巨大,其相变温度(T_MIT)的调控一直是研究热点。本文主要利用锗离子作为掺杂离子探索其对VO₂薄膜T_MIT的影响,并尝试解释其内部作用机理。在约1 cm²大小抛光的氧化铝薄片上沉积了一系列含不同比例锗离子VO₂薄膜。研究发现锗离子作为掺杂离子确实有利于T_MIT的提高(本课题T_MIT最大可达84.7 ℃)。T_MIT提高的主要原因是锗离子的引入能够强化单斜态V-V二聚体的稳定性,进而增强单斜态的稳定性,使得低温单斜态向四方金红石态转变更加困难。     

吸收波长和吸收效率可控的超材料吸收器

为了使超材料完美吸收器(metamaterial perfect absorber,MPA)能够同时实现吸收效率和吸收波长的控制,本文提出利用二氧化钒(VO2)和石墨烯作为MPA的材料,通过对MPA的结构设计,在红外波段实现了高吸收,吸收效率最高可达99%.研究发现通过改变VO2的温度和石墨烯的化学势,可同时实现MPA吸收效率和吸收波长的控制,吸收效率调制深度和吸收波长调谐范围分别可达97.08%和3.2μm.通过对MPA在吸收波长处的磁场分布分析可以得出,MPA能够产生高吸收是由于其形成了法布里-帕罗(Fabry-Pérot,FP)干涉腔共振,研究发现MPA的结构参数对FP腔的共振波长具有显著的影响.     

不平“钒”的金属元素*

钒是地壳中含量第21丰富元素,是人体必需的微量元素。介绍钒元素的发现、自然分布以及在人体内的循环。重点从化学结构分析钒酸盐磷酸盐的拮抗作用机制,从生化机理阐述钒化合物对激酶与磷酸酶的调节、对RNA和DNA功能的影响、对活性氧作用的影响,从人体健康视角探讨钒对治疗糖尿病和癌症及保护心血管等的潜在药理学作用。     

硫钒铜矿化合物电子结构和电致变色特性的第一原理研究

基于密度泛函的第一原理赝势平面波方法，计算晶体结构、电子结构和光学性质，研究硫钒铜矿化合物Cu₃VS₄、Cu₃NbS₄和Cu₃TaS₄的电子输运及电致变色特性，探讨作为透明半导体材料应用于太阳能电池和电致变色器件的可能性.电子结构的计算表明这类化合物是间接带隙半导体，其电子能带的导带底和价带顶分别位于布里渊区的X点和R点.价带顶的电子本征态主要来自于Cu原子的d电子轨道，而导带底电子态主要来源于VB族元素原子的d电子轨道.能带结构、电荷布居分析、电子局域化函数和光吸收及反射谱的计算表明这些硫钒铜矿化合物属于极性共价半导体，具有较高的电荷迁移率和优良的电致变色特性，可应用于高效电致变色器件.     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

基于临氢热解反应研究石油沥青质中镍和钒化合物的存在形态

本研究通过临氢热解方法处理委内瑞拉减压渣油沥青质,通过电感偶合等离子体质谱仪（ICP MS）、紫外-可见光光谱仪（UV-vis）、高温气相色谱-原子发射检测器联用仪（HT GC-AED）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等手段分析表征反应产物,探究沥青质的分子组成与结构,以及镍和钒化合物的存在形态。实验结果表明,随着临氢热解反应温度从330℃升高至410℃,反应产物的甲苯可溶物收率由64%下降至19%,可被GC-AED检测到的镍、钒化合物的含量大幅度升高,镍和钒卟啉的分子组成分布也随反应温度的升高呈现出规律性的变化。     

BiVO4的添加对Nd0.2Ce0.8O1.9电解质微观结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法制备BiVO₄（BV）和Nd_0.2Ce_0.8O_1.9（NDC）粉末,研究BV的加入对NDC电解质结构、形貌及电性能的影响。实验结果表明,NDC-5BV电解质的微观结构更致密,700℃时总电导率（σ_t）提高至3.35×10^-2 S·cm^-1,极化电阻（R_p）降低34%以上。单电池在700℃时的最大功率密度（MPD）为514 mW·cm^-2,开路电压（OCV）在70 h内可以保持良好的长期稳定性。     

二维钨-钒簇聚物[Cu（en）2]2·[WⅥ4·5WV2VVVⅣ9·5O44{Cu（en）2（H2O）}2]·3H2O的合成与表征

采用水热法合成了一个钨-钒簇聚物[Cu(en)2]2[WⅥ4.5WV2 VVVⅣ9.5O44{Cu(en)2(H2O)}2]·3H2O(1, en=乙二胺),并通过X射线单晶衍射、元素分析、傅里叶变换红外光谱、X射线粉末衍射、热重分析、价键计算、X射线光电子能谱、电子顺磁共振和磁性分析对其结构和性能进行了表征.结果表明,化合物1是以双支撑的四帽Keggin结构[WⅥ4.5WV2 VⅣ9.5O40(VVO4){Cu(en)2(H2O)}2]4-钨-钒簇合物阴离子为基本结构单元,与4个[ Cu( en)2]2+配合物阳离子以共价键和弱键相连接形成二维层状结构,相邻层又通过氢键连接成三维超分子网络.研究了化合物1的磁性及光催化降解罗丹明B的活性.     

V2O5/MO-Al2O3（M = Mg，Ca，Sr，Ba）催化剂用于正丁烷催化氧化脱氢反应

采用浸渍法制备了不同V2O5担载量的V2O5/MO-Al2O3(M = Mg, Ca, Sr, Ba)催化剂,钒物种的前驱体为偏钒酸铵.对制备的催化剂进行了一系列表征,并对催化剂上正丁烷选择性氧化脱氢制取丁烯进行了反应研究.表征结果(包括比表面积、X射线衍射、傅里叶红外光谱、氢气程序升温还原和拉曼光谱)显示,不同碱土金属元素掺杂的催化剂显示不同的钒价态信息和催化性能.其中掺杂Ca, Sr, Ba的催化剂,正钒酸盐相很难被还原,因此催化剂的氧化还原循环难以建立,导致以上三种催化剂在正丁烷氧化脱氢反应中活性较低.然而, Mg掺杂的催化剂却显示出较高的催化活性和选择性.实验结果表明：在Mg掺杂的载体上担载5% V2O5的催化剂上600°C时可获得高达30.3%的正丁烷转化率和64.3%的烯烃总选择性.这与V2O5担载量为5%时,在获得高度分散的钒氧化合物物种时可使MgO晶相稳定存在密切相关.