以Fe2O3为原料制备LiFePO4/C复合材料及其性能研究

以Fe2O3为铁源原料, 利用热还原法成功地制备了LiFePO4/C复合材料. 用XRD以及SEM对材料的晶体结构以及表面形貌进行了表征. 通过循环伏安和充放电测试研究了材料的电化学性能. 研究结果表明， 于700 ℃下制备的LiFePO4/C复合材料在0.1C的倍率下可以得到放电容量144.8 mA·h/g, 在循环160次后, 容量仍保持在141.4 mA·h/g. 这种以廉价的Fe2O3代替目前常用的二价铁盐原料方法, 具有减少LiFePO4合成成本的优点.     

锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成、表征及电化学性能

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料, 应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料. X射线衍射技术(XRD)及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术(SEM)、综合热分析(TG-DSC)表征结果和电化学测试结果表明, 该材料具有单一层状结构, 颗粒大小均匀, 热稳定性好, 首次放电比容量高达208.7 mA·h/g(2.0-4.6V, 0.1 C), 电化学性能优异. 非原位(ex situ)XRD测定结果表明, 材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减.     

酸蒸气水热免洗法制备前驱物ZrMo2-xWxO7(OH,Cl)2·2H2O和立方ZrMo2-xWxO8热收缩化合物

采用酸蒸气水热免洗方法合成了立方ZrW2O8类型化合物的系列前驱物ZrMo2-xWxO7(OH, Cl)2·2H2O(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8), 并由此制备了纯立方相ZrMo2-xWxO8(x=0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8). 提出了用X射线粉末衍射相对积分强度表征有序-无序介稳态晶体有序度的方法, 发现在制备条件下, 随着Mo/W摩尔比的减小, 立方相ZrMo2-xWxO8有序-无序介稳态的饱和有序度增加的规律. 讨论了原料选择以及中间产物的形貌对合成目标产物的影响, 探讨了以铵盐为原料制备前驱物反应的微观过程.     

掺杂Mn对CeO2-ZrO2-Al2O3材料性质的影响

采用共沉淀法制备了一系列Mn掺杂摩尔分数为0～5%的CeO2-ZrO2-Al2O3(CZA)复合氧化物, 并采用BET, OSC, XRD, XPS, H2-TPR等方法对所制备的材料进行了表征. 结果表明, 所制备的材料均形成了稳定的CZA固溶体, 尤其是Mn掺杂0.5%的材料在600和1000 ℃焙烧后均表现出最好的织构性能. OSC和H2-TPR的结果表明, Mn掺杂量≤1%时, 氧在材料中的体相移动是材料储氧和被还原的速控步骤, 并且Mn的掺杂量为0.2%时, 储氧量最大, 材料的还原温度也最低; Mn掺杂量>1%时, Mn物种对材料储氧和被还原的作用显著. XPS结果表明, Mn在焙烧过程中会迁移向表面, 结合H2-TPR结果可知, 新鲜样品表面的MnOx物种主要为Mn2O3, 而老化样品主要为Mn3O4.     

Y2O3和Nd2O3介孔薄膜的制备与表征

以聚乙烯合丁烯-嵌-聚氧乙烯嵌段共聚物(PHB-PEO)作模板, 采用蒸发诱导自组装方法, 分别制备了Y2O3和Nd2O3介孔薄膜. 用小角、广角X射线衍射和透射电子显微镜对薄膜样品在不同的热处理阶段进行了表征. 结果表明, 所制备的Y2O3和Nd2O3薄膜样品呈现一种大孔径(平均孔径分别约为11.5和12.5 nm)、有序的立方扭曲球形孔排列、稳定于450 ℃并具有部分晶态孔壁结构的介孔薄膜材料.     

基于聚乙烯醇/Fe2O3纳米颗粒的纤维素酶固定化

以聚乙烯醇/Fe2O3磁性纳米颗粒为纤维素酶固定化载体, 通过反复冻融的方法成功地实现了纤维素酶固定化. 采用透射电镜、红外光谱仪、振动样品磁强度计对固定化酶复合体进行了表征, 结果显示, 固定化酶复合体为大小约1 μm的微凝胶团, 内含10 nm左右的Fe2O3纳米颗粒. 研究影响固定化因素后发现, 当pH为6, 固定化时间为11 h, 纤维素酶/PVA质量比为4, PVA/Fe质量比为50时, 固定化纤维素酶效果最好. 通过该方法固定后酶活回收率达42%, 酶水解效率显著提高, 经过5次反应后的固定化酶相对酶活力保留50%以上. 因此, 基于聚乙烯醇/Fe2O3纳米颗粒的纤维素酶固定有利于酶的循环使用并显著提高酶的使用效率, 是一种有效固定化纤维素酶的新方法.     

锂电池正极材料Li1.06Mn0.8Cr0.14O2的水热合成及其光谱研究

采用水热方法合成了掺铬锂锰氧化合物, X射线衍射和Raman光谱分析结果表明, 所得材料为具有NaFeO2结构的晶体. 由等离子发射光谱(CIP)确定其组分为Li1.06Mn0.8Cr0.14O2. X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明, 与未掺杂的LiMnO2相比, 所得材料中Mn的平均价态增加, 这将抑制因Mn3+离子的存在而产生的Jahn-Teller畸变, 有利于提高材料的电化学循环性能.     

Bi2Ti2O7薄膜的自组装法制备及表征

以Bi(NO₃)₃·5H₂O和Ti(OC₄H₉)₄为原料,采用自组装单层膜技术,在负载有功能化三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane,OTS)的FTO基板上制备了Bi₂Ti₂O₇ 薄膜。基板表面的亲水性测试表明,紫外照射使OTS自组装单层膜表面由疏水转变为亲水,实现功能化。借助X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析分别对Bi₂Ti₂O₇薄膜的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,沉积溶液浓度为0.02 mol·L^-1时,所得Bi₂Ti₂O₇薄膜均匀致密。560 ℃热处理1 h、厚度为0.4 μm的Bi₂Ti₂O₇薄膜在100 kHz的介电常数为153,介电损耗为0.089。     

BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ膜反应器还原侧表面反应机理

研究了BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)透氧膜反应器还原侧表面反应机理, 分析了表面催化微粒及催化床对膜反应器的作用. 提出了“催化解离机制”是构成甲烷重整BCFN膜反应器透氧量上升的主要原因; CH4, H2及CO在BCFN膜表面的反应活性依次为H2>CO>CH4; 当CH4气氛中加入H2或CO时, BCFN膜表面的主要发生由CH4直接氧化转变H2或CO的氧化反应, 同时极大提升了BCFN膜反应器的透氧量; BCFN膜表面氧化反应为“晶格氧”氧化反应模式主导.     

ABO3型钙钛矿结构的可见光光催化剂LaCo0.5Ti0.5O3的设计与合成

采用溶胶-凝胶法在较低温度条件下设计合成了新型的具有ABO3型钙钛矿结构的三元金属复合氧化物LaCo0.5Ti0.5O3. 通过TG-DTA, XRD, XPS, UV-Vis DRS等测试技术和可见光光催化活性测试对其进行了表征. 结果表明, 与LaCoO3和La2Ti2O7相比, LaCo0.5Ti0.5O3样品表现出相对较高的可见光光催化活性, 并且合成温度较低. 这是由于原料中的Co2+和Ti4+离子通过电荷补偿作用使产物B位的两种金属均以+3价氧化态分布所致.     

The characterization and behaviour of n-and p-CdTe electrodes in acetonitrile solutions

The electrochemical and photoelectrochemical behaviours of nCdTe and pCdTe singlecrystal semiconductors are investigated in acetonitrile solutions containing tetrabutylammonium tetrafluoroborate and various electroactive compounds, i.e. anthracene, phthalonitrile, nitromesitylene, 9-fluorenone, nitrobenzene, metatertiobutylnitrobenzene, benzoquinone and ferricenium tetrafluoroborate. The cyclic voltammograms at the semiconductor electrodes in the dark and illuminated with red light are compared to the Nernstian behaviour at a platinum disk electrode. The flat-band potential is estimated by using the photocurrent onset potential under continuous irradiation and Schottky-Mott plots. Consistent results have been obtained by these two methods. The usual band model is shown to predict roughly the observed behaviour of n- and pCdTe except for the cases where the presence of invisible films or surface states after polishing, and/or etching and/or the first reduction or oxidation voltammetric scan modifies the expected results. These surface modifications are capable of mediating electron transfer and explain the extension of photo effects far negative of the conduction band edge, using a 1.40-eV photon.     

纳米结构TiO2/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物复合膜电极光电化学性能

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCMT)膜电极和ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极的光电转换性质.结果表明,CTCMT膜为p型半导体,禁带宽度为2.36eV,价带位置为-5.52eV.在ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极中存在p-n异质结,在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离.CTCMT膜修饰ITO/TiO₂电极可使光电流增强,光电流起始波长红移至600nm以上,使宽禁带半导体电极的光电转换效率得到改善.     

铂修饰的稀土掺杂TiO2的光催化制氢活性

采用溶胶-凝胶浸渍法和光沉积法制备了系列Pt/RE/TiO2纳米光催化剂,通过XRD和电化学等手段进行了表征.以甲醛为电子给体,考察了光催化剂在紫外光照射下的制氢活性.稀土掺杂提高了Pt/TiO2光催化制氢活性,其顺序分别为La/TiO2＞Sm/TiO2＞Eu/TiO2＞Dy/TiO2＞Er/TiO2.掺入稀土元素后,阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变,这是光催化剂活性提高的原因之一.计算晶格畸变应力e数据表明,Ti^4 可能反掺入了表面稀土氧化物的晶格中.电化学实验表明稀土掺杂TiO2的平带电位负移,其原因可解释为晶格畸变促使费米能级升高,-致催化剂导带的平带电位负移,因此导带上被激发电子具有更强的还原能力,从而有利于光催化制氢活性的提高.     

铂修饰的稀土掺杂TiO2的光催化制氢活性

采用溶胶-凝胶浸渍法和光沉积法制备了系列Pt/RE/TiO₂纳米光催化剂, 通过XRD和电化学等手段进行了表征. 以甲醛为电子给体, 考察了光催化剂在紫外光照射下的制氢活性. 稀土掺杂提高了Pt/TiO₂光催化制氢活性, 其顺序分别为La/TiO₂＞Sm/TiO₂＞Eu/TiO₂＞Dy/TiO₂＞Er/TiO₂. 掺入稀土元素后, 阻止了TiO₂从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变, 这是光催化剂活性提高的原因之一. 计算晶格畸变应力e数据表明, Ti^4＋可能反掺入了表面稀土氧化物的晶格中. 电化学实验表明稀土掺杂TiO₂的平带电位负移, 其原因可解释为晶格畸变促使费米能级升高, 导致催化剂导带的平带电位负移, 因此导带上被激发电子具有更强的还原能力, 从而有利于光催化制氢活性的提高.     

Synthesis and characterization of a p-type boron arsenide photoelectrode

A p-type boron arsenide photoelectrode was prepared from a material consisting of a thin layer of boron arsenide on a boron substrate. The structure of the material was identified using X-ray diffraction and scanning electron microscopy, and the surface composition was determined by means of X-ray photoelectron spectroscopy. The electrode was found to be photoactive under both visible light and UV-vis irradiation and displayed a photocurrent of ~0.1 mA/cm(2) under UV-vis irradiation at an applied potential of -0.25 V vs Ag/AgCl. Mott-Schottky plots for this boron arsenide electrode displayed an estimated flat-band potential near the onset photopotential. The estimated indirect band gap, as determined from incident photon-to-electron conversion efficiency plots, is 1.46 ± 0.02 eV.     

多壁碳纳米管修饰的CdS/TiO2复合光催化材料的制备及其光解水制氢特性

以P25 TiO₂(德国Degussa化学公司)粉末为原料采用溶胶-凝胶法制备了含有不同CdS质量分数的复合光催化剂,利用多壁碳纳米管(MWCNTs)对CdS/TiO₂进行修饰,制备了一系列不同CdS含量的MWCNTs/CdS/TiO₂光催化材料。对所得的光催化剂进行了扫描电镜、低温氮吸附-脱附及光解水制氢活性的表征。研究了MWCNTs对CdS/TiO₂催化剂体系光解水制氢活性的影响。结果表明,MWCNTs的引入均使得光解水产氢量(14.0 μmol)增加,与未加入MWCNTs的复合光化剂产氢量(11.6 μmol)相比,平均产氢率增加了18%,最高可达21%。     

ELECTROCHEMISTRY OF EXCITED MOLECULES: PHOTO-ELECTROCHEMICAL REACTIONS OF CHLOROPHYLLS*

Abstract— Semiconductors with a sufficiently large energy gap, in contact with an electrolyte, can be used as electrodes for the study of electrochemical reactions of excited molecules. The behavior of excited chlorophyll molecules at single crystal ZnO-electrodes has been investigated. These molecules inject electrons from excited levels into the conduction band of the electrode, thus giving rise to an anodic photocurrent. The influence of various agents on this electron transfer has been studied. In the presence of suitable electron donors (e.g., hydroquinone, phenylhydrazine) in the electrolyte chlorophyll molecules, absorbing quanta, mediate the pumping of electrons from levels of the reducing agents into the conduction band of the semiconductor-electron acceptor. The electron capture by the semiconductor electrode is irreversible, when an adequate electrochemical gradient is provided in the electrode surface. Some properties of excited chlorophyll at semiconductor electrodes (unidirectional electron transfer, highly efficient charge separation, chlorophyll as electron pump and able to convert electronic excitation into electric energy) show similarity to the behavior of chlorophyll in photosynthetic reaction centers.     

新型含有多氰基受体单元的近红外敏化染料的合成及其光伏性能研究

本文分别以三苯胺、二甲基苯胺和吲哚啉单元为电子给体,设计并合成了3个新型D-π-A体系近红外敏化染料分子5C-1、5C-2和5C-3,并对其结构进行了表征,详细研究了在溶液中以及吸附到电极上的吸收光谱.该系列敏化染料在550—850 nm之间具有较强的吸收,尤其5C-3的吸收边带已达到954 nm.当该系列敏化染料吸附到TiO₂上时,吸收边带大幅红移,显示有利于染料捕获长波段区域的太阳光.通过循环伏安法,测定了染料的电化学性质,发现该系列敏化染料的最低未占有轨道(LUMO)能级与TiO₂导带并不匹配,因此选用导带能级更正的SnO₂作为阳极半导体材料进一步测试了该系列染料的光电性能,以发展具有优良性能的长波段响应的近红外敏化剂.     

Ternary chalcogenides XGaS2 (X = Ag or Cu) for photocatalytic hydrogen generation from water splitting under irradiation of visible light

Ternary chalcogenide silver gallium sulfide (AgGaS₂), which has an orthorhombic structure, was already synthesized. However, the feasibility of using the crystal for hydrogen production through photocatalytic water splitting has not been explored. Here, we systematically investigated the structural, electronic, optical, and transport properties of XGaS₂ (X = Ag or Cu) with orthorhombic structure by using the first principles calculations. The band alignments indicate that all calculated absolute potentials of the valence and conduction band edges met the requirement of photocatalytic water splitting reaction. The presence of 2.64 and 2.56 eV direct band energy gaps and obvious optical absorption within the visible light range imply that XGaS₂ can correspond to solar light. Moreover, the large electron mobility and the obvious differences between electron mobility and hole mobility were identified in XGaS₂ structures, which is beneficial to the photocatalytic performance of the water splitting reaction. The present findings can provide a helpful reference for developing novel photocatalytic materials with XGaS₂ for hydrogen generation from water splitting under irradiation of visible light.     

以葡萄糖为电子给体光催化还原水制氢的研究

以葡萄糖为电子给体,研究了在M/TiO2(M=Pt,Pd,Au,Rh)催化剂上光催化还原水生成氢气的反应.重点考察了体系(或溶液)中溶解的气体和溶液的pH值对析氢速率的影响.实验结果表明,四种催化剂均能够有效地催化以葡萄糖为电子给体的光催化还原水制氢反应.溶液中溶解的一氧化碳和氧气对放氢反应有负面影响,析氢的最佳pH值约为5.本文还对可能的氧化反应机理进行了讨论,葡萄糖很可能经葡萄糖醛酸被氧化.