n-型多孔Si/TiO2纳米线异质结构的制备及光电化学性能

采用光辅助电化学腐蚀法制备了n-型多孔硅衬底, 再采用水热法在其表面生长TiO₂纳米线制得了三维n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结构. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜和X射线能量散射等表征证实了n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结构的形成. 紫外-可见漫反射光谱测试结果表明, n-型多孔硅与TiO₂纳米线的复合提高了紫外-可见波段的光吸收. 光电性能测试结果表明, 3个样品中n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结作为光电极的光电流最高, 这说明n-型多孔Si/TiO₂纳米线作为光电极具有更高的光电化学分解水性能.     

多孔硅成核的电化学研究

将p型单晶硅在HF溶液中进行阳极电化学腐蚀制备出孔隙率约为30%~85%、直径为2~30nm不等的多孔硅,用原子力显微镜(AFM)观察其表面形貌。采用电化学工作站(CHI660A)监测p型硅电极在不同浓度HF溶液中的电流-电压特性,记录恒电流情况下硅电极的电压变化。这些曲线可从精确反映多孔硅形成的早期成核过程。将这些电化学特性曲线在同一坐标轴下显示,得出多孔硅的电化学成核机理。     

介孔硅与大孔硅的结构、电学和气敏特性

采用双槽电化学腐蚀法在P型单晶硅表面制备两种多孔硅.根据它们的孔径将它们分为介孔硅和大孔硅.使用扫描电子显微镜(SEM)观察两种多孔硅表面和断面形貌,介孔硅和大孔硅的表面化学键用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪来研究,通过I-V特性测试表征两种多孔硅电学特性,随后在室温下测试其气敏特性.结果表明:介孔硅具有较高的气体灵敏度,大孔硅具有较好的气体响应恢复特性.介孔硅对NO2气体具有较好的选择性,大孔硅对NH3气体具有较好的选择性.     

半导体硅片的电化学研究(英文)

采用电化学直流极化和交流阻抗技术 ,在有光照和黑暗条件下分别研究了半导体硅片在稀释氢氟酸溶液中的电化学特性 .两种电化学技术均对溶液中含有的微量铜 (1 0 - 9wt % -浓度水平 )非常敏感 ,但仅对溶液中的 1 0 - 6 wt % -浓度水平的非离子型表面活性剂敏感 .结果表明 ,有光照条件下在硅 /溶液界面上极易发生电化学反应 ,且该反应对硅表面性质起主导作用 .     

光照强度和掺杂浓度对n-PS形貌和电化学行为影响

测试分析了光照强度和掺杂浓度对n型硅电极电化学特性的影响。采用电化学阳极腐蚀法在光照辅助下制备多孔硅(PS),通过扫描电镜研究掺杂浓度对PS表面微观形貌的影响,通过积分球测试仪测试研究了PS对光的反射率。结果表明,对于n型硅,光照是激发空穴的必要手段,光照强度越强,硅/电解液界面的电荷转移阻抗越小,更利于反应的进行;掺杂浓度越高,电化学极化阻力越小,促进PS孔密度增加。本实验条件下,形成的PS是微米级孔,随着掺杂浓度的增加,形成的PS孔径越小,孔深存在一个极值;电阻率为0.35Ω·cm的硅片拥有最大的孔深13μm;PS的孔结构大大提升了硅基对光子的捕获能力,相比于单晶硅,在可见-近红外范围,电阻率为0.0047Ω·cm的硅片制备的n-PS对光的反射率已经从30%降低到了5%。     

光照强度和掺杂浓度对多孔硅形貌和电化学行为的影响

测试分析了光照强度和掺杂浓度对n型硅电极电化学特性的影响。采用电化学阳极腐蚀法在光照辅助下制备多孔硅(PS),通过扫描电镜研究掺杂浓度对PS表面微观形貌的影响,通过积分球测试仪测试研究了PS对光的反射率。结果表明,对于n型硅,光照是激发空穴的必要手段,光照强度越强,硅/电解液界面的电荷转移阻抗越小,更利于反应的进行;掺杂浓度越高,电化学极化阻力越小,促进PS孔密度增加。本实验条件下,形成的PS是微米级孔,随着掺杂浓度的增加,形成的PS孔径越小,孔深存在一个极值;电阻率为0.35Ω·cm的硅片拥有最大的孔深13μm;PS的孔结构大大提升了硅基对光子的捕获能力,相比于单晶硅,在可见-近红外范围,电阻率为0.0047Ω·cm的硅片制备的n-PS对光的反射率已经从30%降低到了5%。     

多孔硅/硝酸钆复合材料制备与表征

多孔硅/硝酸钆复合材料因具有爆炸能量高和环境危害小等特点而受到世界各国广泛关注.采用电化学阳极氧化法制备新鲜多孔硅并滴加硝酸钆形成复合材料,表征其化学组成与结构.结果表明,当电解液HF与EtOH体积比为1∶1、电流密度为50mA·cm-2、阳极氧化时间为30min时,形成的多孔硅孔隙率较大,适宜与硝酸钆形成复合材料;与新鲜多孔硅相比,滴加硝酸钆乙醇溶液的多孔硅在1675、1534、1382和1217cm-1出现了4个新的吸收峰,结合N1s和Si2p结合能有明显化学位移的现象,表明硝酸钆乙醇溶液与多孔硅之间存在相互作用,结构中有-NH2形成,表面Si-Hx键被氧化为si-O键;当电火花触发时,观察到多孔硅/硝酸钆复合材料爆炸现象.     

介孔/大孔 Al2O3-SiO2复合氧化物的制备与表征

 以正硅酸甲酯和硝酸铝为硅和铝的前驱体,以非离子表面活性剂C16EO10为结构导向剂,采用溶胶-凝胶法制备了双孔结构硅铝复合氧化物材料. 扫描电镜和N2吸附/脱附分析表明,材料具有三维连续大孔和骨架介孔的双孔分布结构. 微米范围的连续大孔结构是由于溶胶-凝胶过程中诱发了Spinodal相分离所致,而骨架介孔的形成则可能是由于表面活性剂分子进入凝胶骨架中,起到构建介孔结构的模板作用. 骨架元素分析结果表明,制备过程中添加的铝大部分进入了凝胶骨架中,取代部分硅而形成酸性硅铝复合氧化物. 采用Hammett指示剂法和吡啶吸附红外光谱法分析了材料的表面固体酸性,结果显示,硅铝复合氧化物属于中强酸,酸强度H0在-5.6～-3.0 之间的酸中心数约为0.35 mmol/g, 并且材料表面的L酸位较为丰富, B酸位相对较少.     

氧化钒/多孔硅/硅结构的微观形貌、纳米力学及温敏特性

采用电化学腐蚀法在硅基片表面形成多孔硅, 利用直流对靶反应磁控溅射方法在不同电流密度条件下制备的多孔硅样品表面上溅射沉积了VOx薄膜, 获得了氧化钒/多孔硅/硅(VOx/PS/Si)结构. 采用场发射扫描电镜(FESEM)观测多孔硅及VOx/PS/Si结构的微观形貌, 采用纳米压痕仪器测量VOx/PS/Si结构的纳米力学特性, 通过电阻-功率曲线分析研究其温度敏感特性. 实验结果表明, 在40和80 mA·cm-2电流密度下制备多孔硅的平均孔径分别为18和24 nm, 用显微拉曼光谱法(MRS)测量其热导率分别为3.282和1.278 kW·K-1; VOx/PS/Si结构的电阻随功率变化的平均速率分别为60×10⁹和100×10⁹ Ω·W-1, VOx/PS/Si结构的显微硬度分别为1.917和0.928 GPa. 实验结果表明, 多孔硅的微观形貌对VOx/PS/Si结构的纳米力学及温敏特性有很大的影响, 大孔隙率多孔硅基底上制备的VOx/PS/Si 结构比小孔隙率多孔硅基底上制备的具有更高的温度灵敏度, 但其机械稳定性也随之下降.     

以阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束为模板合成有序介孔二氧化硅

基于静电作用, 阴离子表面活性剂可与阳离子聚铵组装形成复合胶束. 借助阳离子聚铵,复合胶束可以作为模板与硅源协同组装, 形成高度有序的介孔二氧化硅. 本文通过调变不同种类阴离子表面活性剂、合成体系pH值、合成温度及阳离子聚铵和硅源用量等因素, 合成了具有不同介观结构和形貌的介孔二氧化硅. 实验证实阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束模板法是合成介孔二氧化硅的一种通用方法.     

多孔与平面硅电极界面的电化学行为

研究了重掺杂n-型单晶硅(CSi)在氢氟酸体系中生成多孔硅(PSi)的电化学行为,根据线性极化曲线,选取不同的电流密度,采用恒电流阳极极化法,制备了一系列多孔硅层。利用扫描电子显微镜对其进行了表面和断面形貌的表征,通过线性扫描极化技术和计时电位法,比较了单晶硅电极和多孔硅电极的电化学行为,分析了多孔硅形成前后的塔菲尔曲线和计时电位曲线,给出了多孔硅形成过程中的重要电化学参数,如腐蚀电流、开路电位、塔菲尔斜率等。并对其进行深入分析,根据实验结果,提出了单晶硅电极/电解质界面和多孔硅电极/电解质界面的结构模型,并利用该模型讨论了两种电极界面的电化学特性。     

电化学制备P型硅基二维光子晶体优化参数

利用光刻技术与碱性腐蚀等工艺预写晶格图样,采用电化学腐蚀方法在P〈100〉型硅基底制备二维大孔硅光子禁带结构.结果表明:在预写有晶格图样的P〈100〉型硅基底上由电化学阳极氧化制备的二维大孔硅,其孔洞的生长速率、深宽比及表/侧面形貌与电解质配比方案及阳极电流密度均密切相关.在优化的电化学工艺参数下得到的空气洞阵列,具有近乎完美的二维四方晶格,晶格常数为3.8μm,孔洞直径约3.0μm,孔洞深宽约90μm,深宽比达30.该方法可用于制备在中红外或近红外波段具有完全二维光子带隙的光子晶体.     

Ti-Si介孔分子筛的转晶与控制

以季铵盐型阳离子Gemini表面活性剂[C16H33(CH3)2N+(CH2)6N+(CH3)2C16H33]•2Br−(GEM16-6-16)为模板剂, 改变n(Ti)/n(Si)比值, 合成了系列Ti-Si介孔分子筛. X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等表征结果表明, 在n(Ti)/n(Si)≤0.20时, 分子筛为高度有序六方介孔; 当 n(Ti)/n(Si)为 0.30时, 介孔转晶为立方相; 当n(Ti)/n(Si)为0.50时, 介孔转晶为层状相; n(Ti)/n(Si)为1.0时, 材料失去有序孔道结构. FT-IR分析表明, 在分子筛骨架间形成了Ti—O—Si键, 而且Ti—O—Si键的数目随n(Ti)/n(Si)的增加而增加, 达到一定饱和值后基本保持不变. 乙醇和丁醇对纯硅基介孔分子筛孔结构转晶控制作用呈现六方相→立方相→层状相递变规律, 因而钛酸正丁酯水解生成的丁醇对Ti-Si介孔分子筛转晶具有一定的控制作用.     

阴离子Gemini表面活性剂在油/水界面行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了磺酸盐型阴离子Gemini表面活性剂在油/水界面的吸附行为, 考察了不同长度的连接基(Spacer)对表面活性剂在界面的聚集形态及界面性质的影响. 密度分布和微观结构信息显示, Gemini表面活性剂能在油/水界面形成单层膜结构. Gemini表面活性剂能使油/水界面的厚度显著增大, 并使界面形成能降低. 当连接基为6个碳时, 此类磺酸盐型Gemini表面活性剂的界面厚度最大, 形成的界面最稳定. 连接基长度对Gemini表面活性剂单层膜周围的水分子和Na⁺的吸附结构影响不大, 但是能影响水分子的扩散行为.     

扫描电化学微探针的发展及其在局部腐蚀研究中的应用

简要概述当前国内外具有空间分辨能力的扫描微探针技术及其在腐蚀研究中的应用,包括扫描微电极技术(SMET)、扫描电化学显微镜(SECM)、原子力显微镜(AFM)、扫描Kelvin探针技术(SKP)等,其中SMET、SECM、SKP及局部交流阻抗技术可直接测定腐蚀电极表面或界面电化学不均一性的分布图像,而原子力显微镜技术则是通过分子间作用力从纳米尺寸测量腐蚀过程表面形貌的变化.文中侧重介绍作者近年先后建立的具有微米空间分辨度的电化学微探针技术,并利用各种扫描探针技术研究金属/溶液界面电化学不均一性及其局部腐蚀过程.研究表明,空间分辨电化学方法的发展及应用,加深了人们对金属表面和金属/溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展及过程机理的认识.     

碱性水溶液中甲醛在硅电极表面的电化学行为及其对硅化学刻蚀的影响

研究了KOH水溶液中氧化剂甲醛在p-Si和n-Si(100)单晶半导体电极表面的电化学行为及其对硅化学刻蚀表面形貌的影响．实验结果表明,甲醛不仅影响p-和n-型半导体电极在碱性溶液中的阳极氧化峰电流,而且在负电位区能在Si(100)电极上发生还原．在光照条件下,p-Si(100)电极上也观测到了HCHO的电化学还原及光电流倍增效应．甲醛在硅电极表面的电化学还原反应分两步进行,反应终产物为甲醇．此外,HCHO能有效抑制碱性溶液中Si表面“金字塔”型表面粗糙颗粒的形成。     

微乳液法合成沸石/介孔二氧化硅复合微球

利用简单微乳液自组装体系, 制备了介孔二氧化硅与Y型或Ti-MWW沸石晶体复合形成的沸石/介孔二氧化硅微球(ZMMS). 硅源正硅酸四丁酯与阳离子型季铵盐表面活性剂形成稳定的O/W微乳液形成大颗粒, 沸石颗粒由于疏水作用而进入油相, 同时, 季铵盐表面活性剂和正硅酸四丁酯组装形成介孔材料. 优化合成条件可以有效控制复合微球的沸石/介孔二氧化硅质量比(0～2.3)和直径(186～965 μm). 两种沸石/介孔二氧化硅复合微球材料的介孔孔径分别为3.98 nm(Y型沸石)和3.75 nm (Ti-MWW型沸石). Ti-MWW沸石/介孔二氧化硅复合微球在液相催化环氧化反应中表现出良好的机械强度, 并且能够达到与Ti-MWW沸石原粉相当的催化活性.     

Gemini型CO_2/N_2开关表面活性剂的制备及性能研究

以CO_2/N_2为开关,在CO_2的作用下连接基1,6-己二醇硫酸酯钠盐与N,N-二甲基烷基胺发生相互作用,制备出不同链长的Gemini型CO_2/N_2开关表面活性剂,鼓泡通入N_2后会使该类表面活性剂的表面活性消失,重复通入CO_2和N_24次,能可逆地控制Gemini表面活性剂表面活性的有无.测量了3种不同疏水链碳数(14,16和18)的Gemini型CO_2/N_2开关表面活性剂水溶液的表面性能,实验结果显示随着表面活性剂疏水链长的增加,临界胶束浓度(ccmc)和气液界面最大吸附量(Γmax)逐渐减小,表面活性剂在界面的单分子面积(Amin)和效率因子(pc20)值逐渐增大,表面压(πcmc)受疏水链长影响较小,表现出较高的表面活性.以CO_2和N_2为开关还可控制表面活性剂起泡性能,循环4次,对起泡能力没有影响.     

二次嫁接法合成多金属氧酸盐/介孔分子筛杂化材料

合成了表面含有SiOH基团的钨磷酸盐衍生物(Bu4N)3PW11O39[O(SiOH)2] (TBAPW11Si2), 并通过其与纯硅介孔分子筛SBA-15表面SiOH的缩合反应, 将TBAPW11Si2二次嫁接到SBA-15的介孔孔道中, 得到了TBAPW11Si2/SBA-15介孔杂化材料. 表征结果显示, 孔内TBAPW11Si2的Keggin结构保留完整, 并与孔壁共价键联. 样品仍保持六方对称的孔阵结构, 但孔道部分被堵, 孔容、孔径、比表面积下降. 该杂化样品对甲基橙的光催化降解不仅显示高催化活性, 而且由于键联的多金属氧酸盐在水溶液中的抗浸取能力强, 催化剂的使用寿命大大延长.     

PAni/Si/G/C复合材料的制备及电化学性能

通过球磨及高温固相法制得了Si/C复合材料,并氧化合成聚苯胺包覆于硅碳复合材料的表面. 采用XRD、SEM、红外和热重分析观察复合材料形貌、分析样品结构,循环伏安法和充放电测试表征PAni/Si/G/C电极电化学性能. 结果表明,PAni/Si/C复合材料表面覆盖了较为完整的片层状结构的聚苯胺膜,可逆容量高达784 mAh.g^-1,50次周期循环后,嵌锂容量保持在690 mAh?g-1.