ZnO/BiOBr复合材料制备及可见光催化降解RhB性能研究

通过溶剂热法制备不同ZnO和BiOBr摩尔配比的ZnO/BiOBr复合光催化剂。ZnO与BiOBr摩尔比为1∶2时,ZnO/BiOBr复合材料光催化降解罗丹明B的性能最好,可见光照120 min,罗丹明B(20 mg/L)去除率达98.89%,降解速率常数为0.040 50 min^-1,是纯BiOBr的4倍。紫外-可见漫反射和荧光光谱分析显示较纯ZnO,ZnO/BiOBr(1∶2)吸收带红移,光子利用率提高,且光生电子-空穴复合机率降低。通过电子顺磁共振波谱仪和半导体能带理论对降解机理进行分析,结果显示降解过程主要通过·O₂^-、·OH自由基的氧化作用,ZnO与BiOBr之间形成界面电场,降低了电子-空穴的复合机会。     

DBU液相催化法原位合成四苯氧基酞菁锌/ZnO复合材料的制备及光催化选择性研究

在负载于氧化铟锡(ITO)导电玻璃上、哑铃状纳米ZnO表面配位未饱和锌离子作为“模板”,以苯氧基邻苯二腈作为“分子碎片”,利用DBU液相催化法,在亲水性纳米ZnO表面,原位合成疏水性四苯氧基酞菁锌(ZnTPPc)。通过多种表征手段,分析证实了所合成的ZnTPPc分子结构、ZnTPPc/ZnO界面及光生电荷转移特性。在可见光下,分别以亲水性亚甲基蓝(MB)、疏水性苯酚(PL)及其混合液为待降解反应物,定量分析疏水性ZnTPPc/ZnO复合材料对降解疏水性PL的光催化选择性。结果表明： 原位合成ZnTPPc在ZnO表面呈现单分子层,具有较好的疏水性能,ZnTPPc可优先选择性降解疏水性PL,且在可见光光催化中对PL的相对降解效率是对MB分子的1.21倍。     

新型复合电极对偶氮染料分子的光催化降解

介绍了具有合成H2 O2 和光催化性能的双功能新型复合电极 ,并用X射线衍射、扫描电镜等方法进行了表征 .双功能复合电极是将TiO2 光催化剂负载在活性碳 (AC)和具有合成H2 O2 性能的新型载体空气电极上形成的 .在复合电极作阴极的光反应器中 ,·OH和TiO2 光催化剂的存在实现了光化学氧化与光催化氧化在同一电极 /溶液界面上的联合作用 .实验结果表明 ,复合电极对提高偶氮染料分子活性艳红 (K 2BP)的氧化降解速度起了重要作用 ,仅反应 3min ,脱色率可达 4 9% ;反应 80min ,偶氮染料分子COD去除率可达 4 7% .     

单壁碳纳米管晶格振动模及红外吸收光谱的研究

碳纳米管晶格动力学的研究可以提供碳纳米管结构和螺旋性等方面的相关信息。在室温下测量了单壁碳纳米管的红外吸收光谱,首次在透射法模式下观察到了其晶格振动模的红外吸收峰,通过与晶格动力学理论计算值对照,做出了振动模的初步归属。讨论了单壁碳纳米管高频振动模与管径的关系,并与高取向热解石墨振动模进行了对比。结果表明,红外吸收光谱包含有碳纳米管的许多信息,是研究其晶格动力学的有效方法。     

紫外吸收光谱法研究硝酸盐溶液

分析硝酸盐溶液的紫外吸收光谱,对于人类健康、环境治理等问题具有重要意义。水中氮含量超过一定标准,会造成水体富营养化,引起水体污染,水质开始恶化,并伴有腥臭味,对人体健康非常不利。实验表明,硝酸盐溶液的紫外吸收光谱谱线在200—240nm内具有明显的吸收峰,浓度处于1—7mg/L之间,吸光度正比于溶液浓度。在200—240nm范围内确定了线性程度最好的波长点为220nm。经过一元线性回归建模,获得220nm处的回归直线关系式,它的相关系数为0.9974,回归系数的标准误差分别为0.022307和0.005152。整个结果为水中氮测定及其特性研究、光电检测提供了科学参考。     

氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究

目前,氧空位对ZnO形成杂质能级的研究结果存在相反的结论,深杂质能级和浅杂质能级两种实验结果均有文献报道,并且,在实验中高温加热的条件下,氧空位体系ZnO中导带自由电子增加的来源认识不足.为了解决此问题,本文采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了纯的与两种不同氧空位浓度ZnO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、布居值和差分电荷密度的计算.结果表明,氧空位浓度越大,系统能量越上升、稳定性越下降、形成能越高、氧空位越难、导带越向低能方向移动、电子跃迁宽度越减小、吸收光谱越红移.这对设计制备新型氧空位ZnO体系光学器件有一定的理论指导作用.     

紫外-可见吸收光谱法现场监测聚苯胺的电化学降解

采用紫外-可见吸收光谱法现场监测了苯胺电化学聚合时的动力学降解过程,简单、直观地显示了阳极电位、酸度和苯胺浓度对降解过程的影响,结果表明,阳极电位越正、酸度越强、苯胺浓度越大,聚苯胺的降解速度越快。该方法得到的结果与聚苯胺膜在空白溶液中采用循环伏安法研究其降解动力学时得到的结果类似。     

Ga掺杂ZnO电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了纤锌矿ZnO掺杂Ga前后的电子结构和光学性质.计算结果表明,ZnO中引入杂质Ga后,导带底主要由Ga4s态和Zn4s态构成,并且Ga4s态跨过费米能级,形成n型半导体.计算得到电子浓度为2.42×10~(21)cm~(-3),掺Ga有效提高了ZnO的载流子浓度.同时ZnO掺Ga后,ZnO的光学带隙从3.47 eV展宽为4.25 eV,并且在可见光区几乎无吸收,是理想的透明导电材料.     

GGA+U的方法研究Ag掺杂浓度对ZnO带隙和吸收光谱的影响

目前, 当Ag掺杂ZnO摩尔数为0.0208-0.0278的范围内, Ag掺杂对ZnO吸收光谱影响的实验研究均有文献报道, 但是, 有两种不同的实验结果, 掺杂体系吸收光谱红移或蓝移两种相悖的报道. 为了解决本问题, 本文采用自旋密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波赝势方法, 构建三种Zn_1-xAg_xO (x=0, x=0.0278, x=0.0417)模型, 分别对所有模型进行几何结构优化和能量计算. 结果表明, 与纯的ZnO布居值和Zn-O的键长相比, 掺杂体系布居值减小、Ag-O键长增加、共价键减弱、离子键增强. 当Ag掺杂ZnO摩尔数为0.0278-0.0417的范围内, Ag掺杂量越增加、O原子2p轨道、Zn原子的4s, 3d轨道电荷数不变、Ag原子的5s轨道电荷数越增加、Ag原子的4d轨道电荷数越减小、掺杂体系晶格常数越增加、体积越增加、总能量越增加、稳定性越下降、形成能越下降、掺杂越难、掺杂体系的带隙越变窄、吸收光谱红移越显著. 计算结果与实验结果相一致. 并且合理解释了存在的问题. 这对设计和制备Ag掺杂ZnO体系的光催化剂有一定的理论指导作用.     

ZnO 紫外探测器的研究

利用水热法生长的N型优质ZnO晶体材料蒸镀了Au、Ag、Al金属,制备出金属-半导体-金属型(MSM)ZnO紫外探测器,测试了五种接触类型的ZnO紫外探测器(Au-ZnO-Au、Ag-ZnO-Ag、Au-ZnO-Al、Ag-ZnO-Al、Al-ZnO-Al)在365nm紫外光光照前后的I-V特性曲线。实验表明Au-ZnO-Au 型、Ag-ZnO-Ag型的探测器的光电流是暗电流的100 万倍,因此,Au-ZnO-Au型、Ag-ZnO-Ag型的ZnO紫外探测器性能比Au-ZnO-Al、Ag-ZnO-Al、Al-ZnO-Al型的优越。ZnO材料的电阻率对ZnO紫外探测器的光电流有较大的影响。在相同偏压下,电阻率越大,探测器的光电流越小。ZnO ultraviolet(UV) detectors with Metal-Semiconductor-Metal(MSM) structure were fabricated by the vacuum evaporation of Au, Ag, and Al on the n-type ZnO single crystal, which was grown with hydrothermal synthesis method. Five types of MSM ZnO detectors(Au-ZnO-Au, Ag-ZnO-Ag, Au-ZnO-Al, Ag-ZnO-Al,Al-ZnO-Al) were illuminated with 365 nm UV light respectively, and their corresponding I-V(Current-Voltage) characteristics were measured. The UV photocurrent values for Au-ZnO-Au and Ag-ZnO-Ag detectors were 1x106 times than their dark current values, and these facts imply that the Au-ZnO-Au and Ag-ZnO-Ag detectors were rather good UV detectors compared to Au-ZnO-Al, Ag-ZnO-Al, Al-ZnO-Al detectors. The photocurrent of the MSM ZnO detectors was also sensitive to the cubic resistance of the ZnO crystal. And it’s found that the higher resistance rate the ZnO crystal the smaller photocurrent value the detector under the same working voltage.     

X射线吸收谱研究碳与硅的纳米线/管

由于X射线吸收谱中的总电子产额(TEY)和荧光产额(FLY)具有不同的取样探测深度,分别对样品的表面和体内敏感,因而两者的综合应用为纳米材料的整体分析提供了有力的依据,是透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等传统方法分析纳米材料时的补充。同时,通过对TEY和FLY记录的X射线吸收谱的评述,作者认为X射线吸收谱可以准确、可靠地用来进行纳米线和纳米管的生长及其机理、取向、化学键合、缺陷与螺旋性等方面的研究。因此X射线吸收谱具有传统方法无法比拟的优势,是纳米材料研究领域强有力的表征工具。     

不同碳源气制备纳米碳管的研究

本研究采用CH4和C3H6两种碳源气,通过有机气体催化裂解法,在合适的工艺条件下,分别制备出纳米碳管。并用XRD、TEM、BET吸附等方法对制得的纳米碳管进行了表征。实验结果表明:采用两种碳源气制备的纳米碳管,其形貌有所不同。     

催化裂解CH4制备碳纳米管的影响因素

以柠檬酸法制备的Fe MgO、Co MgO和Ni MgO为催化剂 ,CH4 为碳源气 ,H2 为还原气 ,在 873、973和 10 73K制备出碳纳米管 ,通过TEM和拉曼光谱表征 ,讨论了催化剂、制备温度、反应时间等因素对碳纳米管形貌、产率和内部结构的影响 .结果表明 :不同的催化剂在相同的温度下制备的碳纳米管的形态和内部结构有很大的差异 .其中Fe MgO催化剂制备的碳纳米管管径粗 ,且大小不均匀 ,而Ni MgO催化剂制备的碳纳米管管径较细、较均匀 .碳纳米管的产率随着裂解温度的变化而改变 .Fe MgO催化剂制备碳纳米管的产率随制备温度的升高而提高 ,而Ni MgO催化剂制备碳纳米管的产率随制备温度的升高而降低 .Fe MgO催化剂制备碳纳米管 ,在10 73K甚至更高的制备温度才能达到其最高产率 .Co MgO催化剂制备碳纳米管的产率在 973K左右产率较高 ,而用Ni MgO催化剂制备碳纳米管 ,则在 873K甚至更低的制备温度就能达到最高产率 .反应时间与碳纳米管的产率不成正比 ,有一最佳反应时间 ,如Ni MgO催化剂的最佳反应时间为 2h .     

二维相关吸收光谱法研究多壁碳纳米管与腐植酸吸光组分间非均相吸附行为

溶解性有机质（DOM）是水环境中一类复杂的溶解性有机混合物,不仅可影响污染物归趋及生物有效性,且DOM自身属于消毒副产物（DBPs）前驱体。为此,如何高效去除水中DOM已成为当前环境污染控制与治理技术研究的热点问题之一。以商品化腐植酸（HA）为DOM典型代表物质,利用紫外可见吸收光谱结合二维相关光谱法（2D-COS）从动力学、吸附等温线及热力学等角度研究了原始多壁碳纳米管（MWCNT）、羟基化MWCNT及羧基化MWCNT与HA吸光组分间吸附行为。2D-COS提高了HA一维吸收光谱分辨率,经二维相关吸收光谱图分析显示3种MWCNTs对HA吸光组分的吸附变化顺序均为275 nm→400 nm,表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附行为。动力学结果显示MWCNTs与275 nm处HA吸光组分间吸附速率高于MWCNTs与400 nm处HA吸光组分间吸附速率,表明275 nm处HA吸光组分可优先吸附至三种MWCNTs上。在25和35 ℃条件下,MWNCTs与HA吸光组分间吸附等温线表现为非线性,且Freundlich模型拟合决定系数R2大于Langmuir模型拟合决定系数,表明Freundlich吸附等温模型比Langmuir吸附等温模型更有利于描述MWCNTs与HA吸光组分间吸附等温线。275 nm处HA吸光组分的饱和吸附容量（q_max）及相同给定平衡浓度下单点吸附系数K_d高于400 nm处HA吸光组分,进一步表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附。此外,当给定平衡浓度（c_e=0.5 cm-1和c_e=1.5 cm-1）越低,MWCNTs与HA吸光组分间结合能力越大,即HA吸光组分浓度较低时更易与MWCNTs上高能吸附位点相结合。相同平衡浓度下MWCNTs与特定HA吸光组分间吸附能力顺序表现为MWCNT8>MWCNT8-OH>MWCNT8-COOH,表明功能化基团可影响MWCNTs与HA吸光组分间吸附特性。另外,相同条件下单点吸附系数K_d与MWCNTs比表面积间无显著相关性（p>0.05）,表明比表面积不是造成MWCNTs与特定HA吸光组分间结合能力差异的主要因素;K_d与MWCNTs中孔孔隙度间呈显著正相关（p<0.05）而与微孔孔隙度间无显著相关性（p>0.05）,这主要是由于HA吸光组分可进入MWCNTs中孔而难以通过MWCNTs微孔。最后热力学分析结果显示Gibbs自由能变（ΔG0）<0、焓变（ΔH0）>0和熵变（ΔS0）>0,表明MWCNTs吸附HA吸光组分的过程为吸热反应,可自发进行,升温可促进MWCNTs对HA吸光组分的吸附,且吸附过程中固液界面的无序性增加。相同温度及吸光组分下,MWCNT8的ΔG0值小于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH,进一步表明MWCNT8与特定HA吸光组分结合能力强于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH。证明了2D-COS可识别HA中具有不同吸附行为的吸光组分,二维相关吸收光谱技术可作为研究MWCNTs与DOM间非均相吸附行为的有效工具。同时,有助于更好地理解MWCNTs与DOM间相互作用特性及机理,不仅可为水环境中DOM去除研究提供基础数据及新的研究思路,且有利于更好地预测自然环境中MWCNTs及DOM迁移传输及环境归趋。     

聚吡咯/碳纳米管复合物的制备及电性能研究

用原位聚合法制备了聚吡咯/碳纳米管（PPy/MWNTs）复合物。采用XRD、TGA、FT-IR、SEM、四探针测试仪和网络分析仪表征了PPy/MWNTs复合物的组成、结构、形貌和电性能。研究了不同条件,如质子酸及其浓度、引发剂和单体的物质的量比（nAPS/nPy）、MWNTs的质量分数（ωMWNTs）和反应时间对PPy/MWNTs复合物电性能的影响。结果表明,当磷酸浓度为0.1 mol/L、nAPS/nPy为1:1、ωMWNTs等于45 wt%、反应时间12 h时,制备的PPy/MWNTs复合物的导电性和介电损耗性能最好。     

聚吡咯/碳纳米管复合物的制备及电性能研究

用原位聚合法制备了聚吡咯／碳纳米管（ PPy／MWNTs）复合物．采用XRD、TGA、FT－IR、SEM、四探针测试仪和网络分析仪表征了PPy／MWNTs复合物的组成、结构、形貌和电性能．研究了不同制备条件,如质子酸及其浓度、MWNTs的质量分数（ωMWNTs ）、引发剂和单体的物质的量比（ nAPS／nPy ）和反应时间对PPy／MWNTs复合物电性能的影响．结果表明,当磷酸浓度为0．1 mol／L、nAPS／nPy为1：1、ωMWNTs等于45 wt％、反应时间12 h时,制备的PPy／MWNTs复合物的导电性和介电损耗性能最好．     

纳米碳管复合凝胶玻璃结构及谱学性能研究

用物理掺杂工艺将纳米碳管引入二氧化硅凝胶玻璃基质,成功制备了纳米碳管复合凝胶玻璃,采用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等测试方法对其结构和谱学性能进行了表征。结果表明,通过优化掺杂工艺能够实现纳米碳管与基质的均匀复合,纳米碳管本身的结构在掺杂过程中并未发生改变。纳米碳管的引入对二氧化硅凝胶玻璃基质的紫外-可见吸收光谱和红外光谱未产生显著影响。     

碳纳米管的热解法制备、电子显微镜观察及拉曼光谱研究

以二茂铁和二甲苯为原料在Ar和H2 气氛中不同温度下热解制备出了不同直径分布的碳纳米管。在 740℃、780℃、82 0℃和 880℃下制备出的碳纳米管的外径分布分别为 1 7-80nm、2 0 - 73nm、40 - 70nm、1 7- 2 7nm。拉曼光谱和透射电子显微镜 (TEM )观察表明 ,在82 0℃下制备的碳纳米管晶形最完整     

Impedance Spectroscopy of Nanofluids based on Multiwall Carbon Nanotubes

This work is a contribution to the understanding of the dielectric properties of nanofluids prepared by dispersing multiwalled carbon nanotubes in transformer oil. The dielectric measurements were carried out in the frequency range 100 Hz–1 MHz at constant temperature, T = 300 K, for several volume fractions of the nanotubes in the base fluid. A relaxation phenomenon was induced in the nanofluid comparing to the base fluid. In addition, both the real and imaginary part of the dielectric permittivity changed with volume fraction of the nanotubes. These results suggest that the presence of the nanotubes greatly affect the dielectric properties of the oil as a result of polarization phenomenon induced by these nanoparticles.

It was found that the measured effective dielectric permittivity follows the empirical Havriliak–Negami model. Nevertheless to take into account the electrode polarization effects, we rewrote this model, with a new term, which fits accurately the experimental data.     

Determination of the Thermal Expansion Coefficient of Single-Wall Carbon Nanotubes by Raman Spectroscopy

We have examined the effect of high temperature on single-wall carbon nanotubes under air and nitrogen ambient by Raman spectroscopy. We observe the temperature dependence of the radial breathing mode and the G-band modes. The thermal expansion coefficient (β) of the bundled nanotubes is obtained experimentally using the estimated volume from Raman scattering. β behaves linearly with temperature from 0.33 × 10^?5 K^?1 to 0.28 × 10^?5 K^?1 in air and from 0.58 × 10^?5 K^?1 to 0.47 × 10^?5 K^?1 in nitrogen ambient, respectively. The temperature dependence of the radial breathing mode Raman frequencies is consistent with a pure temperature effect.