紫外激光调控CoFe2O4表面氧空位以增强析氧反应催化活性

本文以尖晶石型材料CoFe₂O₄为模型催化剂,研究证实脉冲紫外激光辐照可以有效调控材料表面的氧空位含量,进而改变其析氧催化活性,得到了催化活性随辐照时间的火山型变化趋势. 这种激光辐照方法可用于定量研究过渡金属化合物的表面阳离子价态、阴离子空位和物化性质间的关联.     

调控氧空位实现高比表面积Co_3O_4纳米片上的产氧反应（英文）

电催化水分解的速率控制步骤是水的氧化反应.高活性的电催化剂可加速水氧化的反应速率从而提升水分解反应的整体效果.我们通过水热-热解法制备了一种高活性的Co304催化剂去高效电催化产氧气.电镜表征证实了Co3O4具有超薄的纳米片层结构,X射线光电子能谱及电子顺磁共振波谱确认了Co304纳米片中存在大量氧空位.大幅提高的比表面积有利于更多包括作为活性点位的氧缺陷在内的点位暴露.Co304纳米片可加速阳极与电解质之间的产氧气反应,以很低的过电势(310 mV)及电流密度(10 mA/cm~2)高效催化产氧气,在1.0 mol/L KOH中表现出突出的稳定性.     

大规模合成具有氧空位的多孔Bi_2O_3用于有效降解亚甲基蓝（英文）

光催化降解有机污染物由于其具有低能耗和绿色环保的特点,已经成为研究的热点.氧化铋纳米晶体的带隙在2.0～2.8 eV之间,利用它催化可见光降解有机污染物具有较高的活性,从而引起了越来越多的关注.尽管近年来已经开发了几种制备Bi_2O_3基半导体材料的方法,但是仍然难以用简单的方法大规模地制备高活性的Bi_2O_3催化剂.因此,开发简单可行的大规模制备Bi_2O_3纳米晶体的方法对于工业废水处理的潜在应用具有重要意义.本文通过蚀刻商用BiSn粉末,然后进行热处理,成功地大规模制备了多孔Bi_2O_3.获得的多孔Bi_2O_3在亚甲基蓝(MB)的光催化降解中表现出优异的活性和稳定性.对该机理的进一步研究表明,多孔Bi_2O_3合适的能带结构允许生成活性氧物种,例如O_2~(-·)和·OH,可有效降解MB.     

Ni与Co掺杂Fe2O3（0001）表面增强析氧反应活性

Fe based oxides are considered as a promising catalyst for the oxygen evolution reaction (OER) due to their low cost and high stability. Here, based on density functional theory calculations, the electrocatalytic behaviors of pure and metal (Ni, Co) doped Fe-terminated Fe₂O₃(0001) are investigated. The potential-limiting step for OER is determined as the formation of O^* by dehydrogenating surface hydroxyl and it is suggested that the doping enhances the catalytic activity of Fe₂O₃(0001) by reducing the free energy change of rate limiting step on doped Ni or Co atom. Especially, the calculated over-potential of Co-doped Fe₂O₃ (0001) surface is about 0.63 eV on Co site, which is comparable with the theoretical over-potential of 0.56 eV for RuO₂.     

超短脉冲激光诱导周期性表面结构（英文）

激光诱导周期性表面结构(Laser-induced periodic surface structures,LIPSS)具有纳米尺度的特征结构和自重复的微观尺度的排列图案,因此,LIPSS在传感器、太阳能发电、光催化等方面具有广泛的应用前景。本文首先介绍LIPSS形成过程中超快激光与物质相互作用的复杂过程,强调瞬态光学性质和表面结构变化的作用。然后综述几种具有代表性的LIPSS形成机理,并且讨论了各自的优缺点。接着介绍了LIPSS形成过程中材料的变化,主要包括材料化学成分、晶体结构和表面微观结构的变化。最后综述了LIPSS在材料表面处理、光学和机械等方面的应用。     

钴原子插层增强磷烯纳米片析氢反应活性（英文）

本文基于第一性原理计算,证明了钴插层磷烯的析氢催化活性可以显著增强.钴插层磷烯具有金属特性,电荷从钴原子向磷烯转移,增强了磷烯的催化活性.钴插层磷烯表面的氢吸附吉布斯自由能与铂(111)表面相当,与氢覆盖度无关.研究结果表明钴原子插层提供了一种有效的方法来增强磷烯的析氢反应催化活性.     

苝聚集体随机激光的近场散射增强（英文）

本文通过物理模拟发现苝聚集体纳米粒子有很强的近场散射.苝聚集体由异丁基取代聚倍半硅氧烷(POSS)苝(DPP)构成,其理论模拟得到的近场散射增强被实验证实.同时,由聚集体的二硫化碳溶液激发出相干随机激光.近场增强源自于通过化学键连接的POSS基团,相干随机激光源自于苝发射团.本文通过分子设计发展出一种新的随机激光体系,为后续一系列交叉研究打开了大门,相关交叉研究主要涵盖无序光子学的分子设计等领域.     

Y+SO_2反应动力学成像（英文）

本文利用时间切片离子速度成像技术、交叉分子束和激光溅射技术研究了高碰撞能下(36 kcal/mol)钇原子与二氧化硫分子的反应动力学.利用多光子电离在482～615 nm的波长范围内得到了产物YO的时间切片离子速度成像.YO的切片图像显示其较宽的速度分布和前-后向散射为主的角分布,其中前向散射信号明显强于后向散射.这种空间分布暗示了该反应通过一个中间体进行,且中间体的寿命不超过一个转动周期.中间体的形成意味着该氧化反应电子转移机理的发生.     

基于金属有机框架材料制备Ag-CoSO_4复合纳米材料及其在碱性电催化析氧反应的应用研究（英文）

本文以Co-BTC金属有机框架材料为前驱体,采用连续离子交换法和进一步的高温水热处理来合成片状Ag-CoSO_4复合纳米材料.由于少量Ag的引入有利于增强导电性并加速电子转移过程,该催化剂在1 mol/L KOH电解质溶液中表现出优异的OER性能(在10 mA/cm~2的电流密度下过电位仅为282 mV),其性能甚至比RuO_2更好.催化剂中Ag的存在有利于促进Co(Ⅳ)的产生进而提高Co(Ⅳ)浓度,并且能够调控对氧物种的吸附能而促进OER过程*OOH中间物质的形成,加速了析氧反应过程的进行.极低含量Ag的使用(低于百分之一原子含量)使得催化剂的成本极大的降低.     

调控氧空位实现高比表面积Co3O4纳米片上的产氧反应

Electrochemical water splitting requires efficient water oxidation catalysts to accelerate the sluggish kinetics of water oxidation reaction. Here, we designed an efficient Co₃O₄ electrocatalyst using a pyrolysis strategy for oxygen evolution reaction (OER). Morphological characterization confirmed the ultra-thin structure of nanosheet. Further, the existence of oxygen vacancies was obviously evidenced by the X-ray photoelectron spectroscopy and electron spin resonance spectroscopy. The increased surface area of Co₃O₄ ensures more exposed sites, whereas generated oxygen vacancies on Co₃O₄ surface create more active defects. The two scenarios were beneficial for accelerating the OER across the interface between the anode and electrolyte. As expected, the optimized Co₃O₄ nanosheets can catalyze the OER efficiently with a low overpotential of 310 mV at current density of 10 mA/cm² and remarkable long-term stability in 1.0 mol/L KOH.     

脉冲激光沉淀制备锂电池LiMn_2O_4薄膜技术(英文)

LiMn_2O_4 thin films were deposited by pulsed laser deposition techniques, two types of substrates were used: LaAlO_3 (100) monocrystalline and stainless steel.XRD and SEM results show that the film grown on LaAlO_3 (100) shown very good preferred orienta…     

钴改性Fe_3O_4-MnO_2催化转化生物质合成气制备液体燃料（英文）

本文制备了用于费托合成反应的钴改性Fe_3O_4-MnO_2双功能催化剂,并探究了钴负载量对Fe-Co协同效应的影响以及Fe_1Co_xMn_1催化剂的费托合成反应性能.实验发现,在Fe_3O_4-Mn催化剂中加入Co可促进铁氧化物的还原、增加反应过程中铁位点的活性.此外,Co的加入可增强Fe-Co金属间的电子转移,加强两者的协同作用,提高催化性能.Co负载较高的Fe_1Co_xMn_1催化剂可进一步促进加氢反应能力,使产品分布向短链烃方向转移.在280℃、2.0 MPa和3000 h~(-1)的最佳工况条件下,Fe_1Co_1Mn_1催化剂的液体燃料收率最高.     

O_2－Ag（111）表面散射经典轨道研究

利用分子动力学方法，采用三体简化模型及刚性转子近似，模拟计算了同核双原子分子Ｏ２小角度入射Ａｇ（１１１）表面，分子碰撞诱导解离几率，结果与实验规律一致。同时也获得了入射分子取向效应及散射分子的角分布对碰撞能的依赖关系等动力学信息。     

1064nm脉冲激光诱导Cl2对GaAs（100）表面蚀刻反应动力学

本文采用超声分子束和角分辨的时间分辨质谱技术，研究１０６４ｎｍ脉冲激光辐照下Ｃｌ２对ＧａＡｓ（１００）单晶表面的蚀刻反应动力学。测量了反应产物的质量分布，速度分面睡窨角分布。通过研究激光能量密度对反应产物产率的影响，认为近红外激光的作用主要是通过加热表面脱附反应产物。同时还发现增加入射Ｃｌ２的平动能和它在表现法线方向的分量可提高反应产物的产率。     

CO和O_2分子与TiO_2(110)表面负载Pt单原子的相互作用（英文）

Pt单原子在低温CO氧化反应中具有很高的催化活性.利用扫描隧道显微术与密度泛函理论,研究了Pt单原子在还原性TiO_2(110)表面的吸附行为及其与CO和O_2分子的相互作用.研究发现在80 K低温下,TiO_2表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位.将CO和O_2分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO_2表面,研究相应的吸附构型.实验表明在低覆盖度下,单个Pt原子会俘获一个CO分子,CO分子同时与表面次近邻的五配位Ti原子(Ti_(5c))成键,进而形成非对称的Pt-CO复合物构型.将样品从80 K升温到100 K后,TiO_2表面的CO分子会迁移到Pt-CO处形成Pt-(CO)_2的复合结构.对于O_2分子,单个Pt原子同样会吸附一个O_2分子,O_2分子也会与最近邻或次近邻的Ti_(5c)原子成键形成两种Pt-0_2构型.这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O_2与Pt单原子的相互作用,呈现了CO与O_2反应中的初始状态.     

电化学处理油田污水中微量H_2O_2的光谱分析（英文）

电化学去除污水COD是一种高效绿色快速的方法。在电化学法处理某油田含聚采油污水中,产生活性中间体H_2O_2能间接氧化去除COD;而电化学过程中产生的H_2O_2是很微量的,常规方法难以检测和准确定量,需要采用高灵敏度的测定方法检测H_2O_2,用以指导电化学处理工艺控制过程;而Ti(Ⅳ)与5-BrPADAP(B)及H_2O_2在pH 1~1.5时能形成稳定的三元络合物Ti(Ⅳ)-B-H_2O_2,该三元显色体系在561nm附近有明显的吸收峰,且H_2O_2浓度在0.2~10μmol·L-1的范围内遵从Beer-Lambert Law,因此可建立起用分光光度法检测电化学法处理污水过程中微量活性中间体H_2O_2的方法。本文分别研究了5-Br-PADAP(B),Ti(Ⅳ)-B二元络合物,Ti(Ⅳ)-B-H_2O_2三元络合物体系的紫外光谱图,提出了测定微量H_2O_2的方法。该研究创新点在于:通过紫外光谱图研究了影响Ti(Ⅳ)-B-H_2O_2三元络合物体系生成且稳定存在的因素是:试剂加入顺序、pH值、无水乙醇用量、加热温度及时间、Ti(Ⅳ)-B配比及其用量等,进而确定了准确检测和定量微量H_2O_2的实验条件为:体系pH 1.0~1.5,无水乙醇加量50%,在50℃水浴锅中加热20min,Ti(Ⅳ)与B溶液按等摩尔比混合,药剂加入顺序为:H_2O_2溶液2mL,无水乙醇3mL,0.32mol·L-1的HCL溶液1mL,pH 1.5的缓冲溶液2mL,Ti(Ⅳ)-B混合液2mL,用0.32mol·L-1的HCL溶液定容至刻线。该方法简便、快速、重现性好、费用低,灵敏度高,在电化学处理污水过程的实际检测中获得了满意效果。     

基于紫外激光光解离的慢速、干净的氟原子束源（英文）

在开展氟原子为反应物的低碰撞能散射实验时,慢速且干净的氟原子束非常关键.本文介绍了一种简单但十分有效的基于紫外激光光解离的氟原子束源,该原子束的特性在F+HD反应散射实验的高分辨飞行时间谱中得到检验.该束源为氟原子参与的低碰撞能研究奠定了重要基础.     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究（英文）

本文采用激光爆破法高能原于氧束源研究了纳米粘土增强坏氧树脂复合材料的抗原子氧性能.研究了四种样品:纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%～37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了"块状"物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,"块状"物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了"块状"物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.     

阴离子化合物Y_5Si_3衬底增强石墨烯氧还原反应的第一性原理研究（英文）

本文采用阴离子化合物Y_5Si_3作为衬底,可以和石墨烯组成有效的氧还原催化剂.反应热计算结果表明,阴离子材料可以促进氧还原反应中的决速步-氧气质子化的过程,从而增强石墨烯的氧还原能力.电子结构计算表明体系较低的功函数(3.5 eV),良好的导电性以及从衬底到石墨烯的电荷转移都可以促进石墨烯的氧还原催化能力.