SnSxSe2-x单晶纳米片的可控制备与表征

锡二硫族化合物可以通过改变硫和硒的含量来连续调控三元合金材料的带隙、载流子浓度等物理化学性质,在电子和光电子器件应用上具有巨大的潜力。本文采用化学气相沉积(CVD)技术可控地制备了不同元素组分的SnS_xSe_2-x(x=0,0.2,0.5,0.8,1.0,1.2,1.5,1.8,2.0)单晶纳米片。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、能量色散X射线光谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)以及拉曼光谱等手段对SnS_xSe_2-x纳米片进行了综合表征。结果表明本方法成功实现了元素百分比可调的SnS_xSe_2-x单晶纳米片的可控制备。重点研究了依赖于元素百分比的SnS_xSe_2-x的拉曼特征谱,实验结果与基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算得到的SnS_xSe_2-x的拉曼仿真谱高度吻合,理论计算结果较好地诠释了实验拉曼光谱发生变化的原因。本研究提供了一种元素百分比可调的三元SnS_xSe_2-x单晶纳米片的可控制备方法,同时对锡二硫族化合物的明确、无损识别提供了方案。     

单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层MXene纳米片Ti₂N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明,所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值,结构均稳定;其中Ti₂N-Sc体系的形成能为-2.242 eV,结构更易形成,且保持稳定;掺杂后Ti₂N-Sc、Ti₂N-Zr体系磁矩增大;此外,Ti₂N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率,达到84.9%,可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。     

以磷化铁为添加剂沿(111)面生长磷掺杂金刚石大单晶

掺杂是调控金刚石性能的一种重要手段。本文采用温度梯度法,在5.6 GPa、1 312 ℃的条件下,选用Fe₃P作为磷源进行磷掺杂金刚石大单晶的合成。金刚石样品的显微光学照片表明,随着Fe₃P添加比例的增加,金刚石晶体的颜色逐渐变深,包裹体数量逐渐增加,晶形由板状转变为塔状直至骸晶。金刚石晶形的变化表明Fe₃P的添加使生长金刚石的V形区向右偏移,这是Fe₃P改变触媒特性的缘故。红外光谱分析表明,Fe₃P的添加使金刚石晶体中氮含量上升,这说明磷的进入诱使氮原子更容易进入金刚石晶格中。激光拉曼光谱测试表明,随着Fe₃P添加比例的增加,所合成的掺磷金刚石的拉曼峰位变化不大,其半峰全宽(FWHM)值变大,这说明磷的进入使得金刚石晶格畸变增加。XPS测试结果显示,随着Fe₃P添加比例的增加,金刚石晶体中磷相对碳的原子百分含量也会增加,这意味着添加Fe₃P所合成的金刚石晶体中有磷存在。     

g-C3N4-W18O49复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

通过简单的溶剂热法成功制备出了g-C3N4-W18O49复合光催化剂,采用XRD、SEM、TEM以及PL对所得催化剂的物相结构及形貌和光学性能进行了表征,通过降解甲基橙和光解水产氢实验研究所得催化剂的催化性能及其催化机理.由实验可知,W18O49的含量为50;时所得g-C3N4-W18O49复合光催化剂的降解性能最好,其降解率比纯g-C3N4纳米片提高48;;为进一步研究复合光催化剂的电子-空穴传输机理,我们又进行了光解水制氢实验.结果表明:单一的W18O49无产氢活性,它的复合明显降低了g-C3N4的产氢速率,说明复合结构中光生电子是从g-C3N4传递到了W18O49,表现出明显的Ⅱ型异质结复合特征,而不是部分文献所提出的Z型方式.     

Insights into the efficient charge separation over Nb2O5/2D-C3N4 heterostructure for exceptional visible-light driven H2 evolution

Two-dimensional carbon nitride(2 D-C₃ N₄)nanosheets are promising materials in photocatalytic water splitting,but still suffer from easy agglomeration and fast photogene rated electron-hole pairs recombination.To tackle this issue,herein,a hierarchical Nb₂ O₅/2 D-C₃ N₄ heterostructure is precisely constructed and the built-in electric field between Nb₂O₅ and 2 D-C₃ N₄ can provide the driving force to separate/transfer the charge carriers efficiently.Moreover,the strongly Lewis acidic Nb₂O₅ can adsorb TEOA molecules on its surface at locally high concentrations to facilitate the oxidation reaction kinetics under irradiation,resulting in efficient photogene rated electrons-holes separation and exceptional photocatalytic hydrogen evolution.As expected,the champion Nb₂O₅/2 D-C₃N₄ heterostructure achieves an exceptional H2 evolution rate of 31.6 mmol g^-1 h^-1,which is 213.6 times and 4.3 times higher than that of pristine Nb₂O₅ and2 D-C₃N₄,respectively.Moreover,the champion heterostructure possesses a high apparent quantum efficiency(AQE)of 45.08%atλ=405 nm and superior cycling stability.Furthermore,a possible photocatalytic mechanism of the energy band alignment at the hetero-interface is proposed based on the systematical characterizations accompanied by density functional theory(DFT)calculations.This work paves the way for the precise construction of a high-quality heterostructured photocatalyst with efficient charge separation to boost hydrogen production.     

Interface engineering of porous Fe2P-WO2.92 catalyst with oxygen vacancies for highly active and stable large-current oxygen evolution and overall water splitting

Constructing a low cost,and high-efficiency oxygen evolution reaction(OER)electrocatalyst is of great significance for improving the performance of alkaline electrolyzer,which is still suffering from highenergy consumption.Herein,we created a porous iron phosphide and tungsten oxide self-supporting electrocatalyst with oxygen-containing vacancies on foam nickel(Fe₂P-WO_2.92/NF)through a facile insitu growth,etching and phosphating strategies.The sequence-controllable strategy will not only generate oxygen vacancies and improve the charge transfer between Fe₂P and WO_2.92 components,but also improve the catalyst porosity and expose more active sites.Electrochemical studies illustrate that the Fe₂P-WO_2.92/NF catalyst presents good OER activity with a low overpotential of 267 mV at 100 mA cm^-2,a small Tafel slope of 46.3 mV dec^-1,high electrical conductivity,and reliable stability at high current density(100 mA cm^-2 for over 60 h in 1.0 M KOH solution).Most significantly,the operating cell voltage of Fe₂P-WO_2.92/NF‖Pt/C is as low as 1.90 V at 400 mA cm^-2 in alkaline condition,which is one of the lowest reported in the literature.The electrocatalytic mechanism shows that the oxygen vacancies and the synergy between Fe₂P and WO_2.92 can adjust the electronic structure and provide more reaction sites,thereby synergistically increasing OER activity.This work provides a feasible strategy to fabricate high-efficiency and stable non-noble metal OER electrocatalysts on the engineering interface.     

通过表面机械加工调控Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的结构和韧性

作为一种新型结构材料, 非晶态合金的韧性需要进一步提高. 提高非晶态合金韧性的方法有引入枝晶相、调整其成分改变其泊松比影响其剪切带衍生、裂纹扩展等.本文通过表面机械加工的方法来调控非晶态合金的微观结构及韧性. 我们采用真空电弧熔炼、亚稳态薄板离心浇铸系统制备了Zr_52.5Cu_17.9Ni_14.6Al₁₀Ti₅ (原子百分比) (Vit105)非晶合金板,并用表面机械研磨处理方法(surface mechanical attrition treatment, SMAT), 在Vit105板上形成纳米尺度局域类晶体序结构. 基于差示扫描量热分析、纳米压痕实验, 我们发现SMAT处理后的Vit105合金板表面附近弛豫焓更低, 微观结构更加均匀、稳定. 通过显微维氏硬度计测试, 发现SMAT处理后样品的表面附近硬度增大,硬度值分布也更均匀. 通过三点弯断裂实验, 可得到SMAT处理后合金板缺口韧度值从70.7 ± 4.7 MPa·m1/2提高到112.8 ± 3.7 MPa·m1/2. SMAT处理后合金板断裂后, 缺口前端剪切带密度比未处理的更大. Vit105合金板韧性的提高源于SMAT处理对剪切带萌生的促进作用. 该研究表明,表面机械加工可以在非晶态合金中形成局域类晶体有序结构, 影响其结构均匀性, 增大其硬度, 促进剪切带萌生, 提高其韧性. 表面机械加工作为一种新型的改变材料性能的手段, 具有广阔的应用前景.      

高熵合金的力学性能及变形行为研究进展

高熵合金是近年来提出的一种新的合金设计理念,打破了一般合金中以1种或2种元素为主,辅以极少量其他元素来改善合金性能的传统思想,由多种元素以等原子或近似等原子比混合后形成具有独特原子结构特征的单一固溶体合金.高熵合金的多主元特性使其在变形过程中表现出多重机制(包括位错机制、形变孪生、相变等)的协同,因而高熵合金已经展示了优异的力学性能,如高强、高硬、高塑性、抗高温软化、抗辐照、耐磨等,被认为是最具有应用潜力的新型高性能金属结构材料,已经成为国际固体力学和材料科学领域研究的热点.本文首先介绍了高熵合金独特的结构特征,即具有短程有序结构和严重的晶格畸变;随后对近年来针对不同类型高熵合金(包括具有面心立方相、体心立方相、密排六方相、多相以及亚稳态高熵合金)力学性能、变形行为方面的研究成果,特别是强韧化机制以及相关的原子尺度模拟,进行了较为系统的综述;最后强调了高熵合金未来研究中所面临的一些主要问题和挑战,并对其研究进行了展望.