H2SO4溶液中,RuO2-TiO2电极失效过程的俄歇电子能谱研究

对于Ti基RuO₂-TiO₂涂层形稳阳极(DSA,dimen.sionally stable anode)的失效原因,虽然进行过不少研究,但往往着重在电极电位发生突变,即电极失效后期;缺少对电极失效过程中电极性能的演变进行研究。我们在电化学方法研究基础上进一步采用俄歇电子能谱技术(AES),对寿命试验过程中不同电解时间的DSA电极的表面成份和纵向的元素分布进行了研究。     

氧化锌有序结构在Au(111)和Cu(111)上的生长

利用NO₂或O₂作为氧化剂,研究了氧化锌在Au(111)和Cu(111)上的生长和结构。NO₂表现了更好的氧化性能,有利于有序氧化锌纳米结构或薄膜的生长。在Au(111)和Cu(111)这两个表面上,化学计量比氧化锌都形成非极性的平面化ZnO(0001)的表面结构。在Au(111)上,NO₂气氛下室温沉积锌倾向于形成双层氧化锌纳米结构;而在更高的沉积温度下,在NO₂气氛中沉积锌则可同时观测到单层和双层氧化锌纳米结构。O₂作为氧化剂时可导致形成亚化学计量比的ZnO_x结构。由于铜和锌之间的强相互作用会促进锌的体相扩散,并且铜表面可以被氧化形成表面氧化物,整层氧化锌在Cu(111)上的生长相当困难。我们通过使用NO₂作为氧化剂解决了这个问题,生长出了覆盖Cu(111)表面的满层有序氧化锌薄膜。这些有序氧化锌薄膜表面显示出莫尔条纹,表明存在一个ZnO和Cu(111)之间的莫尔超晶格。实验上观察到的超晶格结构与最近理论计算提出的Cu(111)上的氧化锌薄膜结构相符,具有最小应力。我们的研究表明,氧化锌薄膜的表界面结构可能会随氧化程度或氧化剂的不同而变化,而Cu(111)的表面氧化也可能影响氧化锌的生长。当Cu(111)表面被预氧化成铜表面氧化物时,ZnO_x的生长模式会发生变化,锌原子会受到铜氧化物晶格的限域形成单位点锌。我们的研究表明了氧化锌的生长需要抑制锌向金属基底的扩散,并阻止亚化学计量比ZnO_x的形成。因此,使用原子氧源有利于在Au(111)和Cu(111)表面上生长有序氧化锌薄膜。     

Ca掺杂的CeO2模型催化剂的形貌和电子结构及其与CO2分子的相互作用

利用扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和同步辐射光电子能谱研究了CeO₂(111),部分还原的CeO_2-x(111) (0＜x＜0.5)以及Ca掺杂的CeO₂模型催化剂的形貌、电子结构以及它们与CO₂分子间的相互作用。CeO₂(111)和部分还原的CeO_2-x(111)薄膜外延生长于Cu(111)单晶表面。不同Ca掺杂的CeO₂薄膜是通过在CeO₂(111)薄膜表面室温物理沉积金属Ca及随后真空退火到不同温度而得到的。不同的制备过程导致样品具有不同的表面组成,化学态和结构。CO₂吸附到CeO₂和部分还原的CeO_2-x表面后导致表面羧酸盐的形成。此外,相比于CeO₂表面,羧酸盐物种更易在部分还原的CeO_2-x表面生成,而且更加稳定。而在Ca掺杂的氧化铈薄膜表面,Ca²⁺离子的存在有利于CO₂的吸附,且探测到碳酸盐物种的形成。     

cdSexTe1-x薄膜电极光溶解性能的研究

用循环伏安法对半导体Cdse_xTe_1-x薄膜电池的光溶解性能进行了研究。在1mol/L KCl溶液中测量光溶解产物的阴极还原特性,考察了在多硫化钠,多硫化钾及铁氰化钾溶液中的光腐蚀行为。用此方法还研究了薄膜电极表面的光刻蚀过程和pH的影响,并用X射线光电子能谱分析光刻进行不同时间后,电极表面发生的变化。     

电化学沉积制备半导体CuInSe2薄膜

本文报道恒电位法在pH为1.35的Cu₂SO₄、SeO₂、In₂(SO₄)₃溶液中,在Ti电极上电化学沉积制备CuInSe₂纳米薄膜.研究络合剂柠檬酸和酒石酸对制备CuInSe₂纳米薄膜的影响.扫描电子显微镜(SEM)结果表明,加入络合剂后,电化学沉积的薄膜表面颗粒分布更均匀、致密.X射线衍射(XRD)分析显示,制备的CuInSe₂薄膜是黄铜矿和闪锌矿相的混和物,添加柠檬酸和酒石酸后,衍射峰增强,晶形变好.制备的薄膜颗粒尺寸大小在250nm左右,造成粒度增大的原因是由于颗粒的团聚作用.     

Ni在ZrO2(111)薄膜表面的生长、电子结构及热稳定性

利用X射线光电子能谱、紫外光电子能谱和低能电子衍射研究了Ni纳米颗粒在ZrO₂(111)薄膜表面的生长模式、电子结构及热稳定性. ZrO₂(111)薄膜外延生长于Pt(111)单晶表面,厚度约为3 nm.结果表明,当Ni气相沉积到ZrO₂(111)薄膜表面上时,遵循Stranski-Krastanov生长模式,即先二维生长至0.5 ML(monolayer),然后呈三维岛状生长.随着覆盖度的减小, Ni 2p_3/2峰逐渐向高结合能位移.利用俄歇参数法分析发现,引起该峰向高结合能位移的主要原因来源于终态效应的贡献,但在低的Ni覆盖度时,也有部分初态效应的贡献,说明Ni在ZrO₂表面初始生长时,两者存在较强的界面相互作用, Ni向ZrO₂衬底传递电荷,形成带部分正电荷的Ni_δ+.两种不同覆盖度(0.05和0.5 ML)的Ni/ZrO₂(111)模型催化剂热稳定性研究表明,当温度升高时, Ni逐渐被氧化成Ni₂₊,并伴随着向ZrO₂衬底的扩散.本文从原子水平上认识了Ni与ZrO₂表面的相互作用和界面结构,为理解实际ZrO₂担载的Ni催化剂结构提供了重要的依据.     

硬脂酸二茂铁酯L-B膜修饰SnO2电极的阻抗研究

测定了二茂铁衍生物——硬脂酸二茂铁酯L-B膜修饰SnO₂电极在Fe(CN)₆^3-/4-溶液中的阻抗性能,用单纯形法求出了等效电路中的元件参数值,计算了电极反应速度常数K_s。从分析SnO₂电极修饰不同层的硬脂酸二茂铁酯L-B膜的界面阻抗和电极反应的动力学性能,表明与在固相中研究的硬脂酸二茂铁酯L-B膜的阻抗性能明显不同,在Fe(CN)₆^3-/4-溶液中表现了电活性分子修饰电极的界面阻抗行为,进一步证实了修饰在SnO₂电极上的硬脂酸二茂铁酯L-B膜在Fe(CN)₆^3-/4-的氧化还原电极反应过程中,起电荷传递的中介作用。     

稀土-过渡族金属非晶态磁光薄膜表面氧化的物理过程研究

本文报道用表面效应(光电子能谱,极克尔效应)和体效应(磁化强度,矩曲线)研究稀土-过渡族金属(RE-TM)非晶态磁光薄膜表面氧化的物理过程。稀土选择性氧化,在薄膜表面富集,过渡族金属在氧化层内贫乏。表面氧化层内的Fe_2O_3对平面磁化有贡献,且在转矩曲线上180°处出现异常峰,其峰值大小和表面氧化层深度有关。铁比钴容易和氧结合,RE-Co磁光薄膜有奸的抗湿抗氧性能。     

Cr(Ⅲ)盐在Pt电极和PbO电极上阳极氧化为铬酸盐的机理的研究

在[H₂SO₄]和[SO₄^2-]恒定的不同浓度Cr₂(SO₄)₃溶液中测定了Cr³⁺在光滑Pt和PbO₂电极上的稳态极化曲线和分解极化曲线,得到了氧的阳极发生和Cr⁶⁺阳极形成的动力学数据,提出了Cr(Ⅵ)是由Cr(Ⅲ)通过"活性氧"的氧化形成的反应机理。测得了PbO₂电极上不同过电位下电极反应的有效活化能,其数值均在41.9kJ/mol以上,且随着极化的增大而减小,据此在动力学处理中可以忽略扩散的作用。测得了在不同电位极化下PbO₂电极的阻抗频谱。在较高电位下阻抗谱呈现明显的两个半圆,表明电极过程包括了中间吸附物的形成。吸附电容C_ad比双层电容C_d大1-2个数量级;C_d比通常光滑电极表面的C_d大得多,这可能与阴离子的特性吸附有关。     

铝在KOH溶液中的惰化

用恒电流充电曲线法研究了C_KOH、C_Al以及电流密度对铝电极惰化的影响,得到i～τ^-1/2之间符合如下的不稳定扩散方程: 曲线由不同斜率的两条直线组成,i_L系铝腐蚀产生H₂搅拌的影响。同时,还求得了几种KOH溶液中C_Al^S和D_Al的值。 实验结果表明:低电流密度区,惰化过程受Al(OH)₄^-扩散控制,由过饱和Al(OH)₄^-溶液中析出成相的Al(OH)₃或Al₂O₃膜,引起电极惰化。高电流密度区,除扩散外,还可能由电化学反应直接形成表面惰化层。     

Pr-PVP掺杂Ti/PbO2电极制备及其在有机物降解中的应用

在Ti基体上,采用电沉积法制备了镨和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)掺杂的Ti/SnO₂-Sb₂O₃/Pr₂O₃-PVP-PbO₂ 电极. SEM显示Ti/SnO₂-Sb₂O₃/Pr₂O₃-PVP-PbO₂ 电极表面颗粒细化,镀层结构更加致密和均匀,XRD 测试表明掺杂使可以使电极的表面颗粒变小.循环伏安 (CV)分析表明共掺杂改性后的电极电催化活性明显提高.强化寿命测试显示Ti/SnO₂-Sb₂O₃/Pr₂O₃-PVP-PbO₂ 电极稳定性更好,使用寿命更长. 将所制备的电极应用于亚甲基蓝(MB)模拟染料废水的降解测试,与常规的Ti/PbO₂ 电极相比,Ti/SnO₂-Sb₂O₃/Pr₂O₃-PVP-PbO₂ 电极对亚甲基蓝具有更好的脱色率和 COD 除去率. 降解120min 后,对30 mg·L ^-1 亚甲基蓝的去除率分别可达到99%,对COD去除率为87.9%.     

纯相Li_2MnO_3薄膜的制备及作为锂离子电池正极材料的电化学行为

采用固相烧结法制备了纯相Li2MnO3正极材料及靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)法在氧气气氛、不同温度下沉积了Li2MnO3薄膜.通过X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱表征了薄膜的晶体结构,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜形貌及厚度,利用电化学手段测试了Li2MnO3薄膜作为锂离子电池正极材料性能.结果表明,PLD方法制备的纯相Li2MnO3薄膜随着沉积温度升高薄膜结晶性变好.25℃沉积的薄膜难以可逆充放电,400℃沉积的薄膜具有较高的电化学活性和循环稳定性.相对于粉末材料,400与600℃制备的Li2MnO3薄膜电极平均放电电位随着循环次数的衰减速率明显低于相应的粉体材料.     

Vanadium(IV) oxide thin films on glass and silicon from the atmospheric pressure chemical vapour deposition reaction of VOCl3 and water

The dual source atmospheric pressure chemical vapour deposition (APCVD) reaction of VOCl₃ and H₂O was used to prepare thin films of vanadium oxides on glass and silicon substrates. The thin films were characterised by X-ray diffraction, Raman spectroscopy X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy. At reactor temperatures above 600 °C with a gas-phase excess of water over VOCl₃, vanadium(IV) oxide thin films were produced which show a thermochromic transition temperature of 67 °C. The APCVD process is directly compatible with high throughput float-glass production enabling the use of a thin film of VO₂ as an intelligent window coating. With reactor temperatures below 600 °C or with a gas-phase excess of VOCl₃ over water, V₂O₅ thin films were produced. Vanadium(IV) oxide thin films could also be prepared on silicon substrates from the APCVD reaction of VOCl₃ and H₂O, which opens up further technological applications for the APCVD of VO₂ thin films.     

电活性铁氰化镍膜电极对稀土钇的电控离子分离

通过电沉积方法分别在镀铂石英晶片和铂基底上制备了电活性铁氰化镍膜,并考察了膜电极在含钇离子溶液中的电控离子交换性能. 在0.1 mol·L^-1的硝酸钇溶液中,使用循环伏安法及石英晶体微天平技术测试考察了铁氰化镍膜对钇离子的置入释放性能及对应的质量变化,同时比较了铁氰化镍膜电极在Y(NO₃)₃和Sr(NO₃)₂溶液中的电化学性能. 在0.1 mol·L^-1 [Y(NO₃)₃ + Sr(NO₃)₂]混合溶液中,通过循环伏安法分析了薄膜对Y³⁺/Sr²⁺离子的选择性. 用扫描电子显微镜观察了铁氰化镍膜的表面形貌,并通过X射线光电子能谱仪测定了膜在氧化和还原状态下的元素组成. 结果表明,铁氰化镍膜在含Y³⁺溶液中具有良好的离子交换行为,其中氧化过程薄膜质量减少,对应着钇离子的释放;还原过程薄膜质量增加,对应钇离子的置入;在0.0 V或0.9 V调控膜电极的氧化还原状态实现对钇离子的有效分离.     

TiO2光电化学电池催化氧化甲基红

以钛基TiO₂薄膜为光阳极，研究了光电化学电池中阳极光催化降解偶氮染料甲基红的动力学. 结果表明，短接光电化学电池分隔了光催化过程的阴、阳极反应，有利于抑制光生载流子的复合，提高光催化氧化速率. 相同实验条件下短路光电流越大，则甲基红降解速率越高. 在基底和TiO₂薄膜之间夹层SnO₂得到组装电极Ti/SnO₂/TiO₂，进一步提高了光生载流子的分离效率；同时采用电化学阻抗谱（EIS）评价了电极的光催化性能.     

TiO2多孔薄膜电极的制备、微结构及光电化学性能研究

近年来,半导体纳晶多孔薄膜作为一类重要的纳米结构材料,其光电化学性质及功能特性的研究受到人们广泛关注。由于量子尺寸效应及介电限域效应,它们的光物理、光电化学性质以及电荷传输机理明显异于多晶及单晶体材料。通过简便快捷的涂敷、浸涂或溅射等方法,半导体纳晶多孔薄膜可以在导电衬底上形成。这些薄膜具有高度多孔性、大比表面,易于用有机功能分子或半导体超微粒进行表面修饰^[1-2],在太阳能转换^[2]、光电子器件或电子变色器件^[3]及光催化治理环境污染^[4]等方面具有潜在的应用前景。因此,在光电化学、半导体物理及材料科学领域里研究十分活跃。本文采用涂敷及浸涂提拉方法制备了四种具有不同多孔率及比表面的TiO₂薄膜电极,并对其晶型、表面形貌微结构及光电化学性能进行了研究。     

钛片热氧化法制备光敏电极的研究

本文研究了以钛片为基底的TiO₂多晶薄膜电极的制备条件。发现在钛片热氧化和TiO₂膜的还原时,在气流中添加少量的水蒸气可解决TiO₂膜与基底结合不良的问题。制备了不同膜厚的光敏电极,研究了膜厚和光电流的关系。用热导法观察了氢气气氛下还原TiO₂的现象,研究了半导体化温度对光电流的影响。用制得的电极在日光下分解水制氢,能量转换效率为1.2%。     

钛基金属氧化物电极制备及其氨氮废水降解性能

采用热分解方法制备了4种电极钛基金属氧化物：Ti/SnO₂+Sb₂O₃、Ti/SnO₂+Sb₂O₃/SnO₂+IrO₂、Ti/SnO₂+Sb₂O₃/SnO₂+RuO₂和Ti/SnO₂+Sb₂O₃/SnO₂+CeO₂. X-射线衍射分析表明Ti/SnO₂+Sb₂O₃/SnO₂+CeO₂电极的CeO₂晶体结构完好,连续工作较长时间电极表面没有明显析氧. 使用该电极电解氧化氨氮模拟废水（降解2 h）,氨氮模拟废水从高浓度（500 mg·L^-1）降解为较低浓度（180 mg·L^-1）,降解效率可达64%,电解活性最佳.     

二维金属-六亚氨基苯框架材料的气体吸附效应

利用密度泛函理论研究了气体分子(NH₃, H₂O, H₂S, NO₂)吸附在二维M₃(HIB)₂(M=Ni, Cu; HIB为六亚氨基苯)薄膜上体系的几何结构和电子结构的变化. 结果表明, 2种薄膜对气体分子的响应不同. 其中NH₃, H₂O和H₂S在M₃(HIB)₂薄膜表面的吸附较弱, 主要与薄膜的亚氨基形成氢键, 吸附能均小于-0.36 eV, 吸附对体系电子性质的影响很小. 但是 NO₂分子在薄膜表面形成化学吸附, 吸附能在-0.65~-1.72 eV范围内. 吸附NO₂分子使其电子结构发生明显改变, 如Cu₃(HIB)₂在费米能级处打开带隙, 由金属性质转变为半导体性质. 这是由于NO₂分子的p_z轨道与金属原子$d_{z}^{2}$ 轨道发生了强烈的轨道杂化. 此外, 研究发现高浓度的NO₂分子吸附能够使Ni₃(HIB)₂薄膜由非磁性变为磁性体系, 由普通金属性质变为半金属性质; 而高浓度的NO₂分子使Cu₃(HIB)₂薄膜由金属性质变为半导体性质, 薄膜电导率降低.