脉冲激光沉积法制备FeSe薄膜电极及其电化学性质

采用脉冲激光溅射Fe和Se粉末的混合靶制备FeSe薄膜并用XRD、充放电和循环伏安测试研究了薄膜的结构和电化学性质. XRD结果显示, 当基片温度为200 ℃时, 薄膜主要由晶态的FeSe组成. 在电压1.0～3.0 V范围内, 该薄膜的可逆容量为360.8 mAh•g^－1, 经过100次循环之后的放电容量为396.5 mAh•g^－1, 具有很好的循环性能. ex situ XRD结果显示FeSe能够和Li发生可逆的电化学反应, 颗粒尺寸大于5 nm的纳米铁颗粒能够驱动Li₂Se的分解并在充电过程中重新生成FeSe. FeSe具有较高的可逆容量和较好的循环性能, 可能成为一种优良的锂二次电池正极材料.     

脉冲激光沉积CrP薄膜及其电化学性能

采用脉冲激光溅射Cr和P粉的混合靶成功制备了CrP薄膜,选区电子衍射(SAED)和光电子能谱(XPS)分析显示经过真空原位400℃退火以后,薄膜主要由多晶态的CrP组成。非原位HRTEM和SEM测试结果表明CrP薄膜在充放电前后的形貌有较大的改变。SAED、充放电和循环伏安测试证实了CrP和锂的电化学反应机理如下：CrP在Li⁺的驱动下,生成了Cr和Li₃P。在其后的充放电过程中,发生了Li在LiP中可逆的嵌入和脱出反应。由于CrP首次容量高达1 168 mAh·g^-1以及在0.7 V左右具有平稳的放电平台,显示了它可能成为一种新型的锂离子电池的负极材料。     

磁控溅射制备的铜钒氧化物薄膜及其电化学性能

采用射频磁控溅射技术在硅基底上分别制备了无掺杂和掺杂Cu的氧化钒薄膜. X射线衍射(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)观察表明, 无掺杂的薄膜为多晶V2O5, 掺杂Cu的薄膜为非晶态. X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明, 掺杂Cu的薄膜为铜钒氧化物膜, 其中Cu离子表现为+2价, V离子为+4与+5价的混合价态. 随着Cu掺杂量的增大, +4价V的含量增加. 电化学测试结果表明, V2O5薄膜在掺杂Cu以后其放电容量有显著的提高, 其中Cu2.1VO4.4薄膜在100次循环后容量还保持为83.4 μA·h·cm-2·μm-1, 表现出较高的放电容量和较好的循环性能.     

脉冲激光沉积纳米TiO2薄膜电极的现场光电化学

在O3 /O2 气氛中采用 35 5nm激光烧蚀金属钛靶的反应性沉积薄膜方法 ,成功地在镀ITO膜的玻璃基片上制备了纳米锐钛矿相TiO2 薄膜电极 .用循环伏安法研究了在Li/TiO2 电池中TiO2 薄膜电极的电化学嵌入Li离子的行为 .由现场快速紫外可见吸收光谱实时监测TiO2 薄膜电极的显色特性 ,在波长 42 0和 6 5 0nm附近出现 2个明显的吸收峰 ,并发现TiO2 薄膜电极的吸收谱的涨落过程与Li离子的嵌入和脱嵌过程具有相关性与可逆性 ,表明该纳米TiO2 薄膜电极具有高质量的光电化学性能 .     

脉冲激光沉积CuF2薄膜的电化学性能

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了纳米结构的CuF2薄膜,其充放电性能显示该薄膜具有540mAh·g-1可逆容量,对应于每个CuF2可与2.0个Li发生反应.其循环伏安特性显示在2.2和2.8 V(νs Li/Li+)处出现了一对新的氧化还原峰.充放电后薄膜的组成与结构通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射来表征.结果揭示了纳米结构CuF2薄膜的电化学反应机理,LiF在过渡金属Cu的驱动下可以发生可逆的分解和形成.     

电沉积二氧化锰成核机理及其充放电性能

采用计时电流法沉积纳米MnO₂电极材料,利用Scharifker-Hills成核理论模型分析时间-电流(i-t)曲线判断了MnO₂成核机理。 对3种不同的成核方式制得的MnO₂材料进行电化学超级电容性能测试、用SEM观察了其微观形貌。 比较了不同沉积方法对沉积材料结构、电容性能的影响。 计时电流测试发现,在0.1 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.365 V,初始成核符合瞬时成核机理,在0.01 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.418 V,初始成核存在瞬时成核和连续成核两种不同机理,在0.5 mmol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.515 V,初始成核则符合连续成核机理。 超级电容性能测试发现,瞬时成核下制得的MnO₂电极材料相对于另外两种成核方式得到的电极材料具有更好的电容性能,这是因为瞬时成核更易于形成多孔、纳米片(棒)状等高比表面积的沉积物,表明制备方法影响MnO₂电极材料电容性能。     

LiF-Ni纳米复合薄膜的电化学性能研究

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了LiF-Ni纳米复合薄膜, 用充放电和循环伏安实验测量了该薄膜的电化学性能. 首次充电容量为107 mAh•g−1, 它对应第一次释放锂的过程. 在充放电循环过程中, 锂的嵌入、脱出通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射得到证实. 这一结果为LiF可以由过渡金属Ni驱动分解提供了直接的实验证据.     

脉冲激光沉积非晶态Ni-V2O5 复合薄膜及其电化学性能研究

首次报道了用355 nm脉冲激光沉积非晶态Ni-V2O5复合薄膜电极的电化学性能.采用不同摩尔比的NixV2O5 靶(x=0.1,0.3,0.5),在不同的基片温度(Ts)和O2气压力下制备了Ni-V2O5复合薄膜.XRD 和SEM测定表明, 在不锈钢基片上, Ts=300℃和氧气压力为14 Pa沉积0.5 h得到的是非晶态的Ni-V2O5薄膜.将此非晶态的Ni0.3V2O5薄膜电极用于锂电池的正极,与纯V2O5薄膜相比,不仅具有良好的放电速率性能和高的比容量,而且其充放电循环稳定性优异.该薄膜电极在放电速率为20 C时测得的比容量达200 mAh/g,并经1000次以上的充放电循环无明显的衰减.     

脉冲激光沉积LiFePO4阴极薄膜材料及其电化学性能

采用脉冲激光沉积结合高温退火的方法在不锈钢基片上制备了LiFePO₄薄膜电极. XRD谱图显示, 经650 ℃退火制得的是具有橄榄石结构的LiFePO₄薄膜. 充放电测试表明, LiFePO₄薄膜具有3.45/3.40 V的充放电平台, 与LiFePO₄粉体材料相当. 首次放电容量约为27 mAh•g^－1, 充放电循环100次后容量衰减51%.     

脉冲激光沉积CuF2薄膜的电化学性能

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了纳米结构的CuF2薄膜, 其充放电性能显示该薄膜具有540 mAh·g-1可逆容量, 对应于每个CuF2可与2.0个Li发生反应. 其循环伏安特性显示在2.2和2.8 V (vs Li/Li+)处出现了一对新的氧化还原峰. 充放电后薄膜的组成与结构通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射来表征. 结果揭示了纳米结构CuF2薄膜的电化学反应机理, LiF在过渡金属Cu的驱动下可以发生可逆的分解和形成.     

氧化锌薄膜的电化学沉积和表征

以透明导电玻璃(TCO)为衬底，用硝酸锌水溶液作为电解液，研究了阴极还原沉积ZnO薄膜的反应机理和电化学行为. 通过改变工艺条件来控制ZnO的生长速率， 得到了粒径为10～15 nm的纳米ZnO薄膜. XRD分析显示纳米ZnO薄膜纯度高， 呈纤锌矿结构. 光学测试结果表明，在可见光区其透光度高达90%，禁带宽度为3.37 eV.     

溶液法制备氧化锌半导体薄膜及其顶栅极晶体管器件

采用旋涂法用浓度分别为0.05,0.10和0.25 mol·L^-1的氧化锌前躯体溶液制备了氧化锌薄膜,并且制备了基于氧化锌多层膜的顶栅极晶体管器件,其中以利用光刻工艺刻蚀的氧化铟锡为源漏电极。通过原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射(XRD)分别表征了薄膜的形貌以及结晶情况,并且讨论了前躯体的浓度顺序对氧化锌多层膜的影响。按照浓度从大到小的顺序依次旋涂前躯体溶液制备的氧化锌薄膜表现出了较高的载流子迁移率(7.1×10^-3 cm²·V^-1·s^-1),而按照浓度从小到大的顺序依次旋涂前躯体溶液制备的氧化锌薄膜的载流子迁移率为5.2×10^-3 cm²·V^-1·s^-1。文中通过对两种多层薄膜的形貌和结晶性能的分析表明影响顶栅极薄膜晶体管性能的主要因素是薄膜的粗糙度。平整的薄膜有利于形成较好的半导体层/绝缘层接触界面,从而有利于提高器件的载流子迁移率。     

Comparative Studies on Degradation of Methyl Orange by Nanostructured Zinc and Zinc Oxide Films

Nanostructured zinc and zinc oxide films were prepared by magnetron sputtering processes and succeeded air annealing treatments. Comparison of reductive degradation rate of methyl orange (MO) by zinc films and photocatalytic degradation rate of MO by zinc oxide films was carried out. Both reductive degradation and photocatalytic degradation process of MO by zinc and zinc oxide films can be described by first order kinetic model. It was found that although MO liquid was most quickly decolorized by metallic zinc films, the mineraliza-tion of MO was not thorough. Observation of extra ultraviolet absorption peaks indicated the formation of aromatic intermediates. On the other hand, although the photocatalytic degradation rate of MO liquid by ZnO films was only as about 1/4 large as the reductive degradation rate by zinc films, no signs of aromatic intermediates were found. Moreover, it was found that partially oxidized zinc oxide film showed higher photocatalytic efficiency than the totally oxidized ZnO films. Synergy effect between zinc and zinc oxide phase in the partially oxidized films was considered to be responsible for the higher photocatalytic efficiency.     

旋涂水溶液前驱体制备氧化锌薄膜及其性质

通过旋涂法, 采用Zn(OAc)2·2H2O和聚环氧乙烷(PEO)的水溶液为前驱体在不同的热处理温度下制备了ZnO薄膜. PEO的加入增加了溶液的成膜性, 其较低的热分解温度有利于制得纯净的ZnO薄膜. 文中考察了在不同热处理温度下制备的ZnO薄膜的形貌、结晶性、带隙(Eg)以及电导性. 原子力显微镜(AFM)测试表明在热处理温度为400、450和500 ℃制备的ZnO薄膜的粗糙度均方根值分别为3.3、2.7和3.6 nm. 采用透射电子显微镜(TEM)测试发现ZnO薄膜中含有大量纳晶粒子. 通过测试ZnO薄膜的UV-Vis吸收光谱, 根据薄膜位于373 nm处的吸收带边计算得到ZnO的带隙为3.3 eV. 通过对薄膜的电流-电压(I-V)曲线的测试计算得到在热处理温度为400、450和500 ℃制备的ZnO薄膜的电阻率分别为3.3×109、2.7×109和6.6×109 Ω·cm. 450 ℃时制备的ZnO薄膜的电阻率最小, 主要是由于较高的热处理温度有利于提高薄膜的纯度、密度和吸附氧. 而纯度较高、密度较大的薄膜电阻率比较小; 吸附氧含量增加, 晶界势垒增大, 电阻率增大. 因此在纯度和吸附氧的双重作用下450 ℃时制备的ZnO薄膜的电阻率最小, 而500 ℃时制备的ZnO薄膜的电阻率最大.     

纳米氧化锌热力学函数的微量热法及电化学法测量

采用微乳液-水热辅助法制备了形貌和尺寸均匀的纳米氧化锌分级结构,并对其进行了表征.利用微量热技术和电化学方法分别测定了纳米Zn O在298.15 K下的热力学函数(标准摩尔生成焓、标准摩尔生成Gibbs自由能及标准摩尔熵).采用微量热方法测定纳米材料热力学函数主要基于纳米反应体系与对应块体反应体系的过渡态相同;采用电化学方法测定纳米材料热力学函数主要基于纳米材料与对应块体材料组成电池后的电极电势不同.结果表明,采用微量热法及电化学法获取的产物的热力学函数在误差允许范围内近似相等.由此证明了微量热技术及电化学方法获取纳米材料热力学函数的科学性及有效性,同时也进一步说明纳米Zn O反应体系与块体Zn O反应体系所经历的过渡态相同.     

微波合成氧化锌纳米棒聚集体

以草酸锌和碳酸钠的水溶液为前驱体溶液,微波低火辐射10 min,成功制备出结晶性好的氧化锌纳米棒聚集体(1),其结构和形貌经X-射线衍射、选区成份分析和场发射扫描电子显微镜表征.结果表明,1结晶性好,平均直径60 nm,长度在300 nm～400 nm,沿着c轴择优取向生长.对生长过程进行了分析.     

掺铟氧化锌纳米盘的制备、结构及性质研究

热蒸发Zn、In₂O₃和C粉混合物, 在没有催化剂的条件下制备出掺铟氧化锌纳米盘. 纳米盘呈六边形或十二边形, 均是结晶完好的纤锌矿结构的单晶, 对角线长度约1~3 μm , 厚度40~100 nm. 纳米盘的生长是由自催化固-液-气(V-L-S)机理控制, 在实验条件下Zn和In的液滴抑制纳米盘 [0001]方向的生长. EDS分析表明, 六边形纳米盘和十二边形纳米盘中In的含量相近, 约为2.2%. 室温光致发光谱显示掺杂后的紫外发射峰位稍有蓝移, 同时半高宽(HWHM)变大, 没有观察到绿光发射峰位.     

电化学法沉积氧化锌晶须

应用阳极氧化法沉积氧化锌(ZnO)松针状晶须,SEM和XRD观察、表征样品形貌与结构.结果表明,电沉积氧化锌晶须直径为20～50 nm、长度200～300 nm、长径比10～15,纯度高,结晶度好,属六方晶系纤锌矿(JCPDS 36-1451).循环伏安法研究了该氧化锌结晶过程,并考察了电解液的锌酸盐[Zn(OH)4]2-浓度和基底表面氧化膜对晶须生成的影响.     

室温超声合成哑铃状纳米氧化锌

以乙酸锌和六次甲基四胺的水溶液为前驱体溶体,采用超声直接沉淀法,于室温下超声30 min,成功制备出结晶性好的哑铃状纳米氧化锌(1),其结构和形貌经X-射线衍射、能量色散X-射线分析及场发射扫描电子显微镜表征.结果表明,1结晶性好,平均直径250 nm,长度达微米级,沿着c轴对称取向生长.对生长过程进行了分析.     

锌铈混合金属氧化物薄膜电化学沉积的研究

采用自制四电极体系,原位测量锌铈混合氧化物薄膜电沉积过程电极/溶液界面pH的动态变化。电极/溶液界面的pH-时间曲线表明,pH快速上升后达到平衡,且电沉积过电位越大,达到平衡pH值的时间越短,平衡pH值也越高。X射线粉末衍射(XRD)实验证明薄膜沉积物是由ZnO和CeO2组成。电感耦合等离子体(ICP)技术分析了不同电沉积电位、不同电沉积时间下电沉积产物中Ce(Ⅲ)/Zn(Ⅱ)的物质的量比,结果表明Ce(Ⅲ)/Zn(Ⅱ)的物质的量比随着pH值的升高而增加。依据Zn2+离子和Ce3+离子液相和固相中存在形态的热力学数据,计算了2种金属离子的条件溶解度随pH的变化曲线。结合实验测试数据和理论计算结果,讨论了电极表面金属氧化物的电化学沉积机理,并阐明了阴极表面混合金属氧化物的组成取决于液-固两相中金属离子存在形态的热力学性质。