铝钴复合掺杂的氢氧化镍的制备及其电性能

低热固相反应;氢氧化镍;电化学性能;复合掺杂     

聚间甲基苯胺的电子能带结构及其掺杂导电机理的量子化学研究

聚苯胺(Polyaniline,简称PAn)体系作为通用高分子材料已有100多年的历史,但近年来人们发现该体系具有异乎寻常的性质。仅仅经过简单的酸、碱反应,PAn就能从绝缘态变为导电态,且两种状态是可逆的,掺杂剂也只是简单的质子酸、碱,整个过程中体系的电子总数不变,仅发生质子数的增减。     

水热对纳米氢氧化镍电化学性能的影响

本文采用微乳法制备纳米氢氧化镍,采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究纳米氢氧化镍的微观结构、表面形貌和电化学性能。实验结果表明：140℃水热和微乳/水热两种方式处理得到的纳米氢氧化镍具有不同形貌特征。水热和微乳/水热处理虽然不影响纳米氢氧化镍的活化性能,但对纳米氢氧化镍的放电比容量影响很大,采用140℃水热和微乳/水热处理比单纯的微乳法制备得到的纳米氢氧化镍的放电比容量分别提高了62.6 mAh/g和112.8 mAh/g。而且,处理后的纳米氢氧化镍的循环伏安峰电流增大、电荷转移电阻由2.633 Ω分别降至2.464 Ω和1.679 Ω。     

氢氧化镍微米棒的合成和表征

以NiCl₂为镍源,乙二醇(EG)为溶剂,采用溶剂热法成功地制备了β-Ni(OH)₂微米棒,制备方法简单、易行。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)和电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)对产物的形貌和物质结构进行了表征,证实了反应中间体是Ni-EG配合物。利用扫描电子显微镜(SEM)考察了实验参数,如聚乙二醇200浓度、反应温度和反应时间,对产物形貌的影响,结果表明一维棒状β-Ni(OH)₂的形成经历了溶解-再结晶的过程。Ni-EG配合物经退火处理,可以得到由纳米线自组装的NiO微米管。     

Cu掺杂MgF2晶体的电子结构及光学特性

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纯的MgF2晶体和掺杂不同原子分数(2.08%,4.16%,6.24%)Cu的MgF2晶体结构、电学性质以及光学性质.结果表明:Cu的掺入导致MgF2晶体禁带宽度逐渐变窄,并且Cu掺杂使得MgF2晶体折射率和吸收峰增加,特别是在4eV附近区域出现了新吸收峰.同时也给出了引起体系性质变化的物理机制,Cu掺杂MgF2晶体在光电化学方面有着潜在的应用价值.     

沉淀转化法制备不同形状的氢氧化镍及氧化镍超微粉末的研究

本工作采用沉淀转化法制备了不同形状的氢氧化镍及氧化镍超微粉末，详细的研究了转化温度、沉淀转化剂及阻聚剂的浓度等实验参数对超微粉末组成和结构的影响。     

掺锰氢氧化镍的结构与电化学性能

采用化学共沉淀法制备了锰取代的氢氧化镍样品，应用XRD技术对不同锰含量样品的相结构进行了表征，并用恒电流充放电、电流脉冲弛豫法和电化学阻抗技术研究了样品的电化学行为. XRD结果显示：锰含量少于20％时，样品主要由β相组成；而当锰含量达到28.3%时，可以得到具有纯α相结构的样品. 电化学研究结果表明：掺锰的氢氧化镍样品具有优良的电化学循环稳定性；锰的掺杂提高了氢氧化镍电极的析氧电位，增大了样品的质子扩散系数； 具有较低锰含量的氢氧化镍样品显示了较大的放电容量和较高的放电电位.     

Co掺杂Ni(OH)2的超级电容器性能及其第一性原理计算研究

采用简单的共沉淀法制备了 Co掺杂的 Ni(OH)₂,通过 Co/Ni的协同作用改善了材料的电化学性能。Co原子掺杂改善了材料形貌,暴露了更多的缺陷位,提高了材料的电化学活性。同时第一性原理计算表明,Co掺杂也改变了Ni的电子云分布,提高了材料的电荷传输和离子扩散性能。得益于适宜的 Co 掺杂量,Ni_0.84Co_0.16(OH)₂在 1 A·g^-1的电流密度下质量比容量高达1 589.6 F·g^-1,同时组装后的非对称超级电容器在功率密度为21.33 kW·kg^-1时仍具有8.30 Wh·kg^-1的能量密度,显示出了良好的储能性能和循环性能。     

锌的添加方式对氢氧化镍结构和性能的影响

研究了以共沉淀、包覆、机械混合等不同方式添加或不添加锌对微乳液法合成的氢氧化镍结构和性质的影响。XRD、循环伏安和恒电流充放电测试结果表明：微乳液法的合成物仍是具有六方晶体结构的B-Ni(0H)2,但其晶粒度很小,且化学计量比不等于1／2,所以材料的活性和放电比容量下降;锌的添加增加了Ni(OH)2的晶体缺陷,改善了Ni(OH)2的结构,增加了电极中电子和质子的传递能力,从而提高了氢氧化镍电极的可逆性,强化了电极的析氧极化,其充电效率和放电比容量也随之提高;其中,以共沉淀方式添加锌,氢氧化镍电极的性能最好。     

Li掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论平面波超软赝势方法研究了p型Li掺杂的纤锌矿结构ZnO的能带结构、态密度和电荷分布,并分析了Li掺杂ZnO的电输运性能.结果表明,Li掺杂ZnO具有1.6eV的直接带隙,且为p型半导体,体系费米能级附近的态密度大大提高,在导带和价带中都出现了由Li电子能级形成的能带,其费米能级附近的能带主要由Li的s态、Zn的p态、Zn的d态和O的p态电子构成,且他们之间存在着强相互作用.电输运参数和电输运性能分析结果表明,Li掺杂的ZnO氧化物价带和导带中的载流子有效质量均较大;其载流子输运主要由Li的s态、Zn的p态和O的p态电子完成;Li掺杂有望改善ZnO的电输运性能.     

原子吸收光谱法测定新生儿脐血中微量金属元素

将样品用硝酸消解预处理后,用原子吸收光谱法测定新生儿脐血中微量金属元素Fe、Zn、Cu、Ca、Mg。对酸介质浓度、共存元素的干扰等进行了探讨,该方法的平均加标回收率为94．9％～101．3%。Fe、Zn、Cu、Ca、Mg测定结果的相对标准偏差分别为0．70％、4．70％、5．26%、3．54％、1.10%。     

Mn、Mg共掺杂Ni(OH)2的电化学性能

采用缓冲溶液法制备复合掺杂Mn、Mg的正极材料Ni0.82Mn0.18-xMgx(OH)2(x=0.06、0.09、0.12)。采用XRD、XPS和SEM等测试表征材料的晶体结构、锰价态和形貌,采用循环伏安和恒流充放电测试研究Mn、Mg不同掺杂比例对氢氧化镍电化学性能的影响。结果表明,Mn、Mg掺杂样品均为β相,晶粒细化;Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2样品具有优异的电极反应可逆性和充放电性能,100 mA·g^-1电流密度下的放电比容量(290.6 mAh·g^-1)优于商用β-Ni(OH)2(281.1 mAh·g^-1);且500 mA·g^-1电流密度下循环30圈后,Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2的放电比容量未见衰减,其循环稳定性优于商用β-Ni(OH)2。     

微波辅助法制备氢氧化镍-石墨烯纳米复合结构及在葡萄糖检测中的应用

采用微波辅助合成法制备了氢氧化镍-石墨烯[Ni(OH)_2-graphene]纳米复合结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)及电化学阻抗谱(EIS)对其结构和性质进行了表征.电化学实验结果表明,与单独的Ni(OH)_2相比,Ni(OH)_2-graphene纳米复合结构对葡萄糖氧化反应表现出更高的电催化活性;同时,据此构建的无酶葡萄糖传感器具有良好的性能,检测线性范围为10μmol/L~7.5 mmol/L,灵敏度为174.7μA·cm~(-2)·mmol·L~(-1),检出限为2.0μmol/L(S/N=3),且该传感器具有良好的稳定性和选择性,可用于实际样品检测.     

Li+,Zn2+共掺杂对Gd2O3:Eu3+纳米粉结构和发光性能的影响

采用燃烧法制备出Li^＋,Zn^2＋掺杂的Gd2O3：Eu^3＋纳米荧光粉,研究了掺杂离子对Gd2O3：Eu^3＋的结晶性能、晶粒形貌和光致发光特性的影响.以X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、发射光谱和衰减时间谱等手段表征材料性能.结果表明,Li^＋,Zn^2＋掺杂可显著提高Gd2O3：Eu^3＋纳米粉在611 nm处的发光强度,最大可达到未掺杂时的2.5倍.发光增强的主要原因可归结为3个方面： （1）使晶粒由单斜相向更利于发光的立方相转变; （2）氧空位的敏化剂作用; （3）掺杂离子的助熔剂效应,使晶粒的结晶性能提高、粒径增大,从而降低表面态引起的发光猝灭.     

单元和多元取代纳米氢氧化镍晶相及其结构稳定性研究

以硝酸镍为镍源,硫酸钴、硫酸铜、硫酸铝为掺杂原料,采用超声波辅助沉淀法分别制备了单元和多元取代纳米氢氧化镍。用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、激光粒度仪（PSD）及电子显微镜（TEM、SEM）对样品晶相结构、形貌、粒度分布等进行了表征,研究了单元或多元取代对产物晶相及其结构稳定性的影响。结果表明,样品均为纳米级Ni（OH）₂,随着掺杂元素种类的增多,其一次粒子变得细小,团聚加重,二次粒子粒径增大。样品中α-Ni（OH）₂比例随取代元素增多而增大。相对于Co单元和Co/Cu双元取代,Co/Cu/Al三元取代的样品其晶相结构更稳定,在碱液中浸泡3周后仍为纯α-Ni（OH）₂。在相同掺杂比例下,Cu取代比Co取代更有利于α-Ni（OH）₂的生成,但Co取代的样品结构稳定性优于Cu取代的样品。     

Ni 掺杂ZnO纳米线的电子结构与磁性

采用自旋极化密度泛函理论系统研究了Ni掺杂ZnO纳米线的电子结构、磁学和光学性质.磁学性质计算结果显示六种Ni掺杂ZnO纳米线的磁性耦合体系出现了铁磁(FM)、反铁磁(AFM)和顺磁(PM)二种不同的耦合状态.能量计算结果表明Ni原子在纳米线外表面沿[0001]方向替代Zn原子时能量最低,体系的AFM耦合相对稳定,AFM体系表现出金属性.态密度计算结果显示FM耦合在费米能级附近出现了明显的自旋极化现象,发生了强烈的Ni 3d和O 2p杂化效应,掺杂产生的磁矩主要来源于Ni 3d未成对轨道电子和部分O 2p轨道电子的贡献,FM耦合表现出半金属性.另外,光学性质计算结果显示Ni掺杂ZnO纳米线的远紫外吸收峰发生了红移现象,而380 nm附近的近紫外吸收峰发生了明显的蓝移现象,在整个紫外区都表现出了优异的发光性能.以上结果表明Ni掺杂ZnO纳米线是一种很有前途的磁光电子材料.     

采用第一原理方法研究Al3+掺杂LiMn2O4的电子结构

为了从理论方面研究掺杂Al3 对锂离子电池正极材料LiMn2O4结构及电化学性能的影响,对LiMn2O4中掺杂Al3 的电子结构进行了基于密度泛函理论的第一原理研究,得到了相应的晶格常数、费米能、能带图、态密度图及分态密度图.结果表明,掺杂Al3 后,晶格常数变小,材料结构更加稳定,循环性能更好,有效地抑制了Mn3 发生的Jahn-Teller畸变,掺入Al3 的缺点是使材料的电导率降低.     

Mn掺杂GaN的电子结构及光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mn掺杂GaN(Ga1-xMnN)晶体的电子结构及光学性质,详细讨论掺杂后电子结构的变化.计算表明,Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,Ga1-xMnxN表现为半金属性,非常适于自旋注入,说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料.另结合实验结果分析掺杂后体系的光学性质,发现吸收谱在1.3 eV处出现吸收峰,吸收系数随Mn2+浓度增加而增大.分析表明,该峰是源于Mn2+离子e态与t2态间的带内跃迁.     

过渡金属掺杂SnO_2的电子结构与磁性

采用密度泛函理论及赝势平面波方法,对未掺杂SnO_2以及过渡金属V、Cr、Mn掺杂SnO_2的超原胞体系进行了几何优化,计算了晶格常数、电子结构与磁学性质.结果表明,6.25%与12.5%两种掺杂浓度时,体系的电子自旋和磁学性质没有发生很大的变化;相对于未掺杂SnO_2,过渡金属掺杂后SnO_2中O原子有向过渡金属移动的趋势,并使得O与掺杂金属之间键长变短;在V和Cr掺杂后,SnO_2具有半金属性质,而Mn掺杂SnO_2没有发现上述性质.6.25%与12.5%的杂质浓度对自旋和磁矩影响不大,掺杂产生的磁矩主要来自于过渡金属3d电子态,且磁矩的大小与过渡金属的电子排布有关.V、Cr、Mn掺杂SnO_2后的总磁矩分别为0.94μ_B、2.0μ_B、3.00μ_B.磁矩主要来源于过渡金属3d轨道的自旋极化,当O原子出现负磁矩的时候,还有很小一部分磁矩来源于临近过渡金属的Sn原子.