La-Ti/SnO2-Sb/RuO2-Co电极制备及其处理垃圾渗滤液研究

以纯钛为基体材料,并以热氧化的方式制备La-Ti/SnO_2-Sb/RuO_2-Co电极,采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X-射线能量色散谱(EDS)对电极涂层表面形貌和晶体结构进行表征。采用制备的La-Ti/SnO_2-Sb/RuO_2-Co电极作为阳极,不锈钢为阴极,构建电化学反应器,对老龄垃圾渗滤液进行降解。结果表明在电流密度为65 mA/cm~2、Cl-浓度为4 500 mg/L、初始pH=9和反应时间为6 h的最佳反应条件下,La-Ti/SnO_2-Sb/RuO_2-Co电极对NH_3-N和COD的去除率分别达到86.5%、61%。     

Cu掺杂TiO_2薄膜的摩擦学性能

采用溶胶-凝胶法在普通玻璃基底上制备了纯TiO2和Cu掺杂的TiO2(Cu-TiO2)纳米结构薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、粉末X射线衍射(XRD)及UMT-3摩擦磨损试验机考察了Cu掺杂量对薄膜组成、结构、表面形貌及摩擦学性能的影响.结果表明,相比于纯TiO2薄膜,Cu掺杂TiO2纳米薄膜平整、均匀,具有较好的耐磨减摩性能.Cu掺杂量的多少直接影响Cu-TiO2薄膜的减摩抗磨性能,当Cu掺杂量为5%(摩尔分数)时,Cu-TiO2膜具有最佳的耐磨寿命和最低的摩擦系数.     

钴掺杂Sr1.5La0.5MnO4的合成及高温电化学性能研究

采用EDTA-柠檬酸法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Sr_(1.5)La_(0.5)Mn_(1-x)Co_xO_4(SLMCOx),并利用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学交流阻抗谱(EIS)进行表征。结果表明,该材料与Ce0.9Gd0.1O1.95(CGO)在1 200℃烧结12 h不发生化学反应。随着Co掺入量的增加,氧化物中Mn~(3+)和Co~(2+)含量增多,晶格氧含量降低,晶格畸变率增大。交流阻抗谱(EIS)测试结果显示,钴的掺杂明显降低电极的极化电阻,其中Sr_(1.5)La_(0.5)Mn_(0.7)Co_(0.3)O_4阴极在700℃空气中的极化电阻为0.62Ω·cm~2,明显小于Sr_(1.5)La_(0.5)MnO_4阴极在750℃的极化电阻(1.5Ω·cm~2),表明钴掺杂的Sr_(1.5)La_(0.5)Mn_(1-x)CoxO_4是一种潜在的IT-SOFC阴极材料。     

Cu掺杂TiO2纳米管可见光催化矿化甲苯

采用低温水热法制备氢钛酸管, 通过吸附-煅烧法制备Cu掺杂TiO₂纳米管(Cu-TNT)催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和电化学测试手段对样品进行表征, 并进行平面波赝势密度泛函理论(DFT)计算. 结果表明, 样品中Cu/Ti原子比接近理论值, Cu掺杂进入TiO₂晶格内部, 诱发催化剂可见光活性. 掺Cu后,Cu 3d轨道和O 2p轨道杂化形成价带顶, 价带负向偏移, 样品禁带宽度减小为2.50-2.91 eV, 具有可见光响应.以甲苯为模型污染物研究催化剂对挥发性有机化合物(VOCs)的催化去除和矿化效果. 未掺杂的TNT可见光催化活性较差; Cu掺杂量超过0.1%(Cu/Ti原子比)时, 样品催化活性也减弱; Cu掺杂量为0.1%的催化剂具有最佳可见光催化氧化能力, 7 h内甲苯的去除率达77%, 甲苯的矿化率达59%.     

Cu/MoS2的熔盐电解法制备及其在碱性条件下析氢反应性能的提高

通过熔盐电解法并掺杂过渡金属Cu制备2种不同纳米结构的Cu/MoS_2。采用涂敷法制备工作电极,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能量散射X射线谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、选区电子衍射(SAED)以及各种电化学手段验证了其结构和性能。结果表明,纳米片状Cu/MoS_2在碱性溶液(1 mol·L~(-1)KOH)中表现出优异的析氢催化性能:在电流密度为10 mA·cm~(-2)时过电位为199.6 mV,Tafel斜率为59 mV·dec~(-1),双电层电容为26.1 mF·cm~(-2),等效电荷转移电阻为12.4Ω,具有较为良好的电化学耐久性和稳定性。     

Ni2P/Cu(OH)2催化剂的制备及其全解水性能研究

通过化学处理法在泡沫铜基底表面生成Cu(OH)₂纳米线,大大增加了基底材料的表面积和导电性.采用水热法在Cu(OH)₂纳米线表面制备片状Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体,对Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体进行低温磷化得到多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的物质结构和表面形貌进行了表征.采用线性伏安法、恒电位等技术对催化剂的电化学性能进行测试.在1.0 mol·L^-1 KOH碱性溶液中,当电流密度为10 mA·cm^-2时,Ni₂P/Cu(OH)₂的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)过电位分别为133和333 mV,且均具有较好的稳定性.将这种多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂分别用作阳极和阴极进行全解水电解,电流密度达到10 ...     

CeO2对CuCl/活性炭吸附剂C2H4/C2H6吸附分离性能促进作用

通过等体积浸渍方法制备了添加CeO₂助剂的用于C₂H₄/C₂H₆吸附分离的CuCl/活性炭(AC)吸附剂,使用氮气吸附-脱附曲线、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDX)等分析方法对吸附剂进行了表征.结果表明,吸附剂表面Cu(II)在氮气气氛焙烧过程中被部分还原成Cu(I).重点研究了Ce元素的添加对于吸附剂的C₂H₄/C₂H₆吸附分离性能的影响,等温吸附曲线结果表明添加了CeO₂的吸附剂通过降低乙烷的吸附容量从而显著提高了吸附分离性能. XRD及XPS结果表明,和未添加助剂样品相比,其表面晶体团簇较小,分散性更好, Cu(II)还原程度更高.添加CeO₂的吸附剂样品5Ce50Cu(CeO₂和CuCl2的质量分数(w)分别为5%和50%)获得了最好的吸附分离效果,相对于未添加CeO₂的样品50Cu,其在660 kPa下的吸附选择性由4.2提升到8.7.     

Cu掺杂BiVO4催化剂的制备及其光催化性能

以Cu(NO_3)2·3H_2O为铜源,采用水热法在180 ℃条件下制备了不同Cu掺杂量的BiVO_4光催化材料,其在可见光下具有强大的氧化还原能力。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、电化学阻抗谱等表征手段对样品进行表征与分析,并以500 WXe灯为模拟可见光源,罗丹明B染料(RhB)为目标污染物,进行光催化性能研究。研究结果显示,Cu掺杂改变了 BiVO_4的形貌,当Cu掺杂量(质量分数)为1 %时,在500～800 nm范围内可见光吸收显著,使得光催化活性达到最佳,对RhB(10 mg·L~(-1))的降解率可达81.6%,较同条件下制备的纯BiVO_4光催化效率提高了近20%。     

钨掺杂的铁镍基层状氢氧化物用于电催化析氧和析氢反应

采用简便的一步水热合成法,在泡沫镍上原位生长微量W~(6+)掺入的Fe_(0.2)Ni(OH)_2双金属层状氢氧化物(LDH),以此来降低铁镍材料的过电势。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等分析方法对材料形貌、组成、结构等进行表征,发现钨掺杂使催化剂材料的晶体结构和电子结构发生变化,W_(0.03)Fe_(0.2)Ni(OH)_2LDH表现出优异的电化学析氧(OER)和析氢(HER)性能。电化学测试表明该催化剂在25 mA·cm~(-2)电流密度下OER和HER过电势分别仅有271和208 mV,塔菲尔斜率分别为61和181 mV·dec~(-1)。此外,经过长达20 h计时电位稳定性测试后,材料的催化性能未见明显下降。     

Cu2+掺杂的Bi2O3的制备及光催化性能的研究

本文采用并流沉淀法制备了Cu2+掺杂的纳米Bi2O3光催化剂(Cu/Bi原子比分别为1%,2%,3%和4%)。以甲基橙模拟有机污染物对催化剂的光催化性能进行了考察。用比表面(BET)、X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS),紫外-可见漫反射光谱(DRS)和表面光电压谱(SPS)对所制备的催化剂进行了表征。结果表明,Cu2+掺杂量为3%时制备的Bi2O3具有最高的比表面积、孔容、最小孔径和晶粒尺寸。对甲基橙的光催化脱色结果显示掺杂量为3%时Cu2+-Bi2O3表现出最佳的光催化活性。     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn2O6-Sm0.2Ce0.8O1.9的制备与电化学性质

采用甘氨酸燃烧法合成了LaBiMn_2O_6粉体,并与Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)均匀混合制备了LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(LBM-SDC)复合阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的物相及微观形貌进行分析,结果表明LBM与SDC在1 000℃下有良好的化学稳定性。SDC的复合增加了氧离子传导路径,进而使氧还原反应(ORR)速度加快。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,复合阴极极化电阻(Rp)随SDC复合量的增加呈现先降低后升高的趋势,当复合量为30%(w/w)时,阴极材料的性能最优。在700℃空气气氛下的极化电阻为0.186Ω·cm~2,相对LBM(0.717Ω·cm~2)减少74%。氧分压测试结果表明阴极反应的速率控制步骤为氧分子的吸附-解离过程。以复合阴极构筑的电解质支撑单电池Ni-SDC/SDC/LBM-30%SDC在700℃的最大输出功率密度为234 mW·cm~(-2),连续测试90 h输出功率衰减约4%。     

多壳层中空FeP微球的制备及全Ph范围的电催化产氢性能

设计合成了一种多壳层中空多孔结构的磷化铁(FeP)微球, 通过扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对微球的表面形貌和物相组成等进行表征, 并通过电化学工作站测试了材料的析氢性能. 结果表明, FeP微球和掺杂导电剂碳纳米管(CNT)后的FeP/CNT复合电催化剂在宽pH范围的电解液中均展现出了优异的电催化活性, 在酸性、 碱性和中性条件下析氢反应过程中的塔菲尔斜率分别为55.0, 64.9, 163.2 mV/dec, 当电流密度达到10 mA/cm ²时, 过电势仅分别为97, 169, 495 mV(vs. RHE), 且表现出了超长的循环稳定性.     

花状Cu2O/Cu的水热合成及其光催化性能

以硝酸铜为前驱体, 不采用任何模板, 通过逐步水热法合成了花状Cu2O/Cu复合纳米材料. 用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对样品进行表征. 结果表明, 花状纳米Cu2O/Cu材料是由长为300-500 nm, 宽为30-70 nm的带状花瓣构成, 在可见光区域有很强的吸收. 复合材料中Cu的含量可以通过反应时间进行调控. 对染料Procion Red MX-5B(PR)的可见光催化降解, Cu能明显提高Cu2O的光催化性能. 当Cu质量分数为27%-71%时, 复合材料Cu2O/Cu的催化活性明显高于单相Cu2O. 与立方体形貌的Cu2O/Cu复合材料相比, 花状纳米Cu2O/Cu复合材料对染料PR有更高的催化降解性能. 且该复合材料有较高的循环回收利用率.     

Co掺杂La1.5Sr0.5Ni1-xCoxO4+δ阴极材料的制备及其电化学稳定性能

利用溶胶凝胶法合成了La_1.5Sr_0.5NiO_4+δ掺杂Co的阴极材料La_1.5Sr_0.5Ni_1-xCo_xO_4+δ (x=0、0.2、0.4、0.6)。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、热重、热膨胀系数的测定和扫描电镜等技术探究了材料的相结构、元素组成、热力学性能和表面形貌。结果表明,所合成的样品为具有类钙钛矿型结构的单一纯相,掺杂Co元素使材料的热膨胀系数有所提高。将该材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极,进行了电导率及电化学阻抗谱的测定。结果发现,La_1.5Sr_0.5Ni_1-xCo_xO_4+δ的电导率随着Co元素掺杂量的提高而升高,当x=0.4时La_1.5Sr_0.5Ni_0.6Co_0.4O_4+δ     

W元素掺杂CeO2非均相电芬顿催化剂高效处理含油污水

制备了W元素掺杂的CeO₂复合材料, 通过扫描电子显微镜、 透射电子显微镜、 X射线衍射和X射线光电子能谱等对W-CeO₂-0.4催化材料进行表征. 结果表明, 具有不规则片状形貌的W元素掺杂CeO₂复合材料提高了单一CeO₂的类芬顿催化效果; 将其作为非均相电芬顿催化剂对含油污水的处理效果明显优于电吸附和物理吸附过程. 进一步的参数优化处理实验发现, 在电压为4 V, pH=3时, 采用W-CeO₂-0.4作为催化剂的条件下, 对含油污水的净化能力在90 min内达到了99.8%, 总有机碳(TOC)去除率达到了约90%, 化学需氧量(COD)去除率达到了76%.     

Cu掺杂α-Fe2O3纳米粉体的掺杂量分析与X射线衍射研究

采用分析纯FeCl3·6H2O和NH3·H2O为主要原料,控制不同n(Cu2+)/n(Fe3+),利用均匀共沉淀法制备了Cu掺杂的α-Fe2O3纳米粉体.通过原子吸收光谱(AAS)和X射线衍射(XRD)分析了样品中Cu2+的掺杂量,并研究了掺杂对α-Fe2O3晶胞参数、晶粒度等的影响.结果表明,Cu掺杂α-Fe2O3仍为刚玉型结构,但晶胞参数a、b、c表现出增大趋势;Cu掺杂使α-Fe2O3晶体结构产生替位杂质缺陷,增大了α-Fe2O3的晶核生长活化能,使其晶粒度减小;随着Cu掺杂量的增大,α-Fe2O3的晶核生长活化能逐渐增大,晶粒度逐渐减小.该研究为α-Fe2O3半导体材料的性能及应用研究提供了指导.     

SnO_2基固溶体用于甲烷深度氧化:X射线衍射外推法测定SnO_2晶格容量（英文）

CH_4和CO是两种主要的温室效应气体和空气污染物,催化氧化是最有效的消除CH_4和CO的方法.研发不含贵金属的金属氧化物催化剂或者减少催化剂中贵金属用量为该领域研究热点.SnO_2是一种重要的宽禁带n型半导体材料,广泛应用于气敏器件、锂离子电池以及光电设备.SnO_2表面富含活泼的缺位氧且具有良好的热稳定性,因此其在催化方面的性能近年来逐渐受到人们关注.在过去的5年中,本团队深入研究了SnO_2材料在空气污染治理和绿色能源生产等领域的应用及其催化性质.发现通过其它阳离子如Fe~(3+),Cr~(3+),Ta~(5+),Ce~(4+)和Nb~(5+)等的掺杂,替换晶格中部分Sn~(4+),形成金红石型SnO_2固溶体结构,显著提高了催化剂氧物种的流动性、活性和催化剂本身的热稳定性.固溶体材料是一类重要的催化剂,受到广泛关注.一个典型的例子是铈锆固溶体,其作为储氧材料已广泛应用于汽车尾气净化器.形成固溶体结构后,氧化铈的储氧能力和热稳定性得到显著提高.为有效形成固溶体,两个阳离子需要具有相似的离子半径和电负性.以往,人们基于结构中金属阳离子和氧阴离子的离子半径提出了容忍因子的判别方法,以此来判断固溶体是否能有效形成及所生成固溶体的稳定性.我们在前期工作中,以Sn-Nb固溶体为例,提出了简单的X射线衍射(XRD)外推法来计算固溶体晶格容量,即形成稳定固溶体时客体阳离子取代主体晶格阳离子的最大值.作为延续工作,本文采用共沉淀法制备了一系列Sn/M(M=Mn,Zr,Ti,Pb)摩尔比为9/1的SnO_2基催化剂,并用于CH_4和CO催化氧化.结果表明,Mn~(3+),Zr~(4+),Ti~(4+)和Pb~(4+)均可以掺杂进四方金红石型SnO_2晶格中,形成稳定的固溶体结构.其中Sn-Mn-O固溶体表现出最高活性.为了深入研究Mn_2O_3在SnO_2中的晶格容量及最优催化剂配比,采用共沉淀法制备了一系列不同Sn/Mn摩尔比的样品,采用XRD,N_2-BET,H_2-TPR,SEM和XPS等手段对其物理化学性能进行了表征,并考察了对CH_4的催化氧化性能.通过XRD外推法测定了Mn~(3+)离子在SnO_2中的晶格容量为0.135g Mn_2O_3/g SnO_2,相当于Sn/Mn摩尔比为79/21.这表明形成稳定的固溶体后,SnO_2晶格中最多只有21%Sn~(4+)可以被Mn~(3+)替代;当Mn~(3+)含量超过晶格容量时,过量的Mn~(3+)在催化剂表面形成Mn_2O_3,对催化剂活性不利.类似于Sn-Nb-O固溶体,在Sn-Mn-O催化剂体系中亦观察到明显的晶格容量效应.纯相的Sn-Mn-O固溶体比含过量Mn_2O_3晶相的Sn-Mn-O催化剂具有更高活性.     

SnO2、Ag/SnO2微球的制备及其光催化性能研究

在SnCl_2-H_2C_2O_4-PVP(聚乙烯吡络烷酮)-H_2O的水热体系中,180℃下反应10 h制备了粒径约为900 nm的四方结构的SnO_2微球。以SnO_2微球为基底,通过光还原法,制备了Ag/SnO_2复合微球。用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)对产物进行结构表征,并提出了可能的化学反应。以酸性大红为例,研究了SnO_2微球和Ag/SnO_2复合物的光催化性能,结果表明,SnO_2微球和Ag/SnO_2复合物对酸性大红的降解均有一定的光催化效果,而且,Ag的复合可以有效提高SnO_2微球的光催化活性。     

金属掺杂TiO2纳米粒子电化学催化合成氨

通过溶胶-凝胶法制备了三种过渡金属掺杂的TiO_2纳米颗粒(TiO_2-M, M=Cu, Mn, Pd),XRD和XPS等结构表征结果表明掺杂的金属以-O-M-O-的不饱和配位形式存在于TiO_2纳米颗粒表面.在N_2饱和的0.01 mol·L~(-1) K_2SO_4溶液中,-0.55 V(vs. Ag/AgCl)阴极电位下分别测试了三种TiO_2-M颗粒的电催化合成氨性能,其中TiO_2-Pd催化合成氨速率(R_(NH_3))达到1.54×10~(-11) mol·s~(-1)·cm~(-2),但电流效率(FE)只有0.78%;而TiO_2-Cu的R_(NH_3)为9.77×10~(-12) mol·s~(-1)·cm~(-2),而FE达到15.33%.线性扫描伏安测试结果表明三种催化剂的析氢催化活性顺序为TiO_2-Pd TiO_2-Mn TiO_2-Cu,且阴极电位负移导致电催化合成氨FE下降,意味着电催化合成氨的电流效率与催化剂自身的析氢催化活性密切相关.     

SO~(2-)_4掺杂对Nasicon型Li_3Fe_2(PO_4)_3正极材料电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法用SO~(2-)_4部分代替Li_3Fe_2(PO_4)_3中的PO~(3-)_4阴离子制得Li_(3-x)Fe_2(PO4)_(3-x)(SO_4)_x(x=0~0.90)正极材料,通过X射线衍射、充放电技术、循环伏安特性测试及电化学阻抗谱表征了掺杂材料的相组成及电化学性能.结果表明,SO~(2-)_4主要以固溶形式存在于Li_3Fe_2(PO_4)_3中,产物中还伴有少量Fe_2O_3第二相析出.SO~(2-)_4掺杂使Li_3Fe_2(PO_4)_3的放电容量呈抛物线形规律变化,并在掺杂浓度x=0.60时达到最佳值,该样品在0.5C倍率下的首次放电容量为111.59 mA·h/g,比未掺杂的样品提高了18.4%;60次循环充放电后的容量保持率为96%;将该样品的放电倍率由0.5C逐渐提高至5C,再降至0.5C,并在每个倍率下循环10次,材料的最终放电容量仍能达到首次放电容量的97%.导致这些变化的原因是SO~(2-)_4掺杂使材料的氧化还原性能增强,电池内阻减小,极化程度降低及Li~+扩散系数增大.