Ni2P@2D磷烯双功能电催化剂在光伏辅助全分解水制氢中的应用研究

近年来，二维磷烯(2D BP)因其较短的电荷传输距离、高载流子迁移率和充分暴露的表面活性位点，成为电催化剂的理想材料。然而，不适合的含氧中间体吸附能使其反应动力学迟缓，进而限制了其实际应用。本文通过引入颗粒状的非晶Ni₂P化合物，构建Ni₂P@BP异质结，在改善反应活性的基础上，提高其电化学稳定性。研究结果表明：相较于纯BP和Ni₂P电催化剂，Ni₂P@BP催化剂展现出优异的析氢(HER)和析氧(OER)催化活性，在10 mA/cm²电流密度下的过电势分别为167和186 mV。Ni₂P@BP作为双功能电催化剂，仅需1.54 V的外加偏压(V_app)就可以实现10 mA/cm²的电流密度。将其与a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H三结叠层太阳电池连接，实现了超过7%的太阳能制氢(STH)转换效率，相较于作为双功能电催化剂的纯BP提高了95%。     

高效Mo-Ni5P4双功能电催化剂的制备及其电解水性能研究

电催化制氢通过析氢反应(HER)和析氧反应(OER)同时产生氢气(H₂)和氧气(O₂),是一种高效且环境友好的产氢方式。但现阶段商业化的高效催化剂价格昂贵且储量较少,限制了电解水技术的大规模应用。因此,开发低成本、高稳定和环境友好的高效电催化剂,特别是基于非贵金属材料的磷化物电催化剂,成为近期研究热点。本研究通过水热和相对较低的磷化温度成功制备出了具有镂空纳米花结构的Mo掺杂Ni₅P₄催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Mo-Ni₅P₄催化剂进行了表征,并研究了Mo-Ni₅P₄材料的电化学性能。研究发现,所合成的催化剂凭借掺杂对电子结构的改变,以及多孔纳米片的大表面积优势,提高了HER水解离步骤的速率。在碱性电解液中,Mo负载下的Ni₅P₄仅需116 mV的析氢过电位就可实现10 mA·cm^-2的电...     

高性能、可弯曲碳纳米管纤维负载镍磷合金电催化析氢电极的研究

利用电化学沉积法在碳纳米管纤维(CNTFs)上沉积了镍磷合金,对比了不同循环圈数、不同镍磷比例下制备的碳纳米管纤维负载镍磷合金(Ni-P/CNTFs)电极在中性电解质溶液中的电催化析氢性能,发现当电沉积液中镍磷比为2:1时,沉积50圈时制备出的样品具有最佳的电催化析氢性能,产生10 mA·cm-2电流密度仅需138 mV过电势,塔菲尔(Tafel)斜率为83 mV·dec-1,同时具有良好的稳定性.并且在保持催化性能不变的前提下,样品可以进行弯曲,扩展了应用领域.     

CoSe2-CuSe2NF双功能电催化剂的制备及其电解水性能的研究

随着环境污染日益严重、不可再生资源日益枯竭,对清洁、可再生能源的开发非常重要。利用电解水析氢(HER)和析氧(OER)技术生产氢气和氧气,是一种高效、无污染的制备清洁能源的方法。但是,商业贵金属电催化剂价格昂贵、地球丰度低,因此,开发价格低廉、高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂意义重大。本研究利用水热法成功制备出一系列具有纳米花结构的双功能电催化剂(CuSe₂-CoSe₂(1∶1)NF、CuSe₂-CoSe₂(3∶1)NF、CuSe₂-CoSe₂(1∶3)NF),通过一系列的表征对催化剂的结构、形貌、元素组成、元素价态进行分析。研究发现CuSe₂-CoSe₂NF双金属硒化物中CoSe₂和CuSe₂相互协同作用,促进电子转移,提高电解水性能。此外,CuSe₂-CoSe₂NF纳米花结构具有较大的比表面积(808 m²     

用于薄膜太阳能电池的非晶硅锗制备与性能研究

利用射频等离子体增强化学气相沉积工艺(RF-PECVD)制备非晶硅锗薄膜,研究氢稀释率和衬底温度对薄膜光电性能的影响.通过二者的优化制备出光学带隙1.5 eV、光敏性6×104的高质量非晶硅锗薄膜.在此基础上制备出效率为6.65;的非晶硅锗(a-SiGe∶H)单结太阳能电池.     

辉光功率对n型a-Si:H薄膜结构及性能的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法,以氢稀释的硅烷(SiH4)为反应气体,磷烷(PH3)为掺杂气体,制备了n型氢化非品硅(a-Si:H)薄膜.研究了辉光放电功率对薄膜微结构和光电性能的影响,采用XRD和拉曼散射光谱对薄膜的微结构进行了表征,薄膜的折射率通过NKD-7000 W光学薄膜系统拟合,薄膜暗电导率利用高阻仪测试.结果表明:在辉光功率30～150 W范国内,所沉积的磷掺杂的硅薄膜为非晶态;非晶态薄膜结构中程有序度随辉光功率的增大先增人后减小,在功牢为100 W时非晶硅薄膜中程有序程度最高;薄膜的折射率随着辉光功率的增大先增加后减小,在功率为70 W达到最大值3.7;薄膜暗电导率在100 W最大,其最人值为9.32×10-3S/ cm.     

利用AFORS-HET对P型HIT太阳电池的模拟优化

运用模拟软件AFORS-HET对TCO/a-Si∶ H(n)/a-Si∶ H(i)/c-Si(p)/Ag结构的异质结(HIT)太阳电池进行仿真,分析其光伏输出特性随发射层掺杂浓度、晶硅衬底掺杂浓度、透明导电氧化物薄膜(TCO)的选择以及TCO功函数的变化规律.结果显示,当发射层掺杂浓度大于1.0×1020 cm-3,晶硅衬底掺杂浓度大于1.2×1016 cm3,以ZnO为TCO层且ZnO的功函数低于4.4 eV时,电池的开路电压、短路电流密度、填充因子及电池转换效率达到最优值,光电转换效率最高达到19.18;.     

高效背结异质结太阳电池硼掺杂非晶硅发射极研究

晶硅/非晶硅异质结(HJT)太阳电池由于具有高开压、高转换效率和低温度系数等优点而备受关注，其中硼掺杂p型非晶硅(p-a-Si∶H)发射极是高转换效率电池中不可忽视的重要部分，改变其硼掺杂浓度，可以调节p-layer薄膜的电学特性，从而直接影响电池转换效率。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备制备HJT太阳电池，通过改变B₂H₆的掺杂浓度，对电池中p-a-Si∶H层进行优化，使HJT电池获得0.75%的相对效率提升。进一步地，将发射极设置为梯度掺杂的双层结构，经过优化，少子寿命(@Δn=5×10¹⁵ cm^-3)和隐开路电压(@1-Sun)分别提升400μs和3 mV,最终具有梯度掺杂发射极的电池其平均效率相对提升2.03%,主要表现为FF和V_oc的明显增加，实现了高效HJT电池p型发射极的工艺优化。     

n型衬底上双面HIT太阳电池背场的模拟优化

采用美国滨州大学研发的AMPS-1D软件,模拟了背场对TCO/a-Si∶ H(p+)/a-Si∶ H(i)/c-Si(n) /a-Si∶ H(i) /a-Si∶ H(n+)/TCO双面HIT异质结太阳电池光伏特性的影响.结果表明在背场掺杂浓度NB≥1×1018cm-3时,带隙在1.60～ 1.92 eV范围内的宽带隙薄膜硅材料比较适合作为双面HIT太阳电池的背场.模拟中还发现,背场n+层掺杂浓度对太阳电池性能的影响要受到该层隙间态密度的制约,隙间态密度越大,则对背场掺杂浓度的要求越高.     

NiCoP合金纳米棒阵列制备及电催化析氢性能研究

开发非贵金属析氢电催化剂对于解决当前严重的能源危机具有现实意义.本文在导电金属基底泡沫镍上原位生长NiCoP纳米棒阵列,该自支撑合金电极材料显示出优异的电催化析氢性能,在1 mol/L氢氧化钾电解液中,达到电流密度10 mA/cm2时,其仅需要过电位93 mV,此外该催化剂还具有较低的塔菲尔斜率、电荷迁移电阻和较高的催化稳定性.     

过渡金属硒化物作为染料敏化太阳能电池对电极催化性能的影响

探索和开发廉价替代铂对电极催化材料已经成为染料敏化太阳能电池(DSCs)研究的热点.人们已经证明过渡金属硒化物(TMSes)是一种很有发展潜力的非铂对电极催化材料而在DSCs体系中得以应用.然而目前对过渡金属硒化物作为对电极催化材料在DSCs中的研究尚不够深入,同时对硒化物材料还缺乏系统的研究.利用热溶剂法合成了两种过渡金属硒化物Cr5.6Se8和HfSe3并用作高效DSCs对电极催化材料.电化学测试结果表明这两种硒化物对I-3/I-电对的还原反应具有良好的催化活性,组装的器件能量转换效率分别为7.27;和7.52;,与Pt相应器件的性能相当.这一结果进一步证实了硒化物作为对电极材料的可行性,为新型硒化物对电极的研究提供基础.     

NiCoSe4薄膜制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

作为染料敏化太阳能电池的关键构成部分,对电极一直是研究的重点,尤其是硒化物对电极。本文采用恒电位沉积-溶剂热-硒化过程制备出钴镍基硒化物薄膜,并直接作为染料敏化太阳能电池的对电极。物相、形貌以及表面元素价态等分析表明,在氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃上可直接获得NiCoSe₄薄膜,该薄膜是一种由纳米颗粒构成的片状多孔结构。电化学测试结果表明,NiCoSe₄薄膜在基于I^-/I^-₃氧化还原电对的电解液中具有良好的电催化活性,由其构成的电池器件也展现出了良好的光伏性能,且光电转换效率达到了7.84%,高于铂基电池器件效率的6.95%。     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

基于先进等离子体的低温钝化氮化硅薄膜的研究

本文利用容性放电模式(E-mode)的电感耦合等离子体(ICP)化学气相沉积技术,在低温(100℃)下采用硅烷(SiH4)、氮气(N2)和氢气(H2)作为先驱反应气体制备氢化氮化硅薄膜(SiNx∶H),并通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的键结构、键密度、氢含量以及化学组成进行表征.采用少子寿命测试仪(Sinton WCT-120)研究薄膜在n型晶硅表面的钝化效果.结果表明,氮硅原子比为0.4的SiN0.4∶H薄膜具有最高的氢含量,高达29;,而且其钝化效果最好.最高少子寿命达到251μs,表面复合速率降低至85 cm/s,Suns-Voc测到的提示开路电压达到652 mV.     

不同反应气氛下氢终止金刚石表面的活化性能

为了探究金刚石沉积过程中不同反应气氛下萃取基团对金刚石表面活化的影响,基于金刚石的同质外延生长机理,采用第一性原理平面波赝势方法分析了三种萃取基团(H、OH、Cl)在氢终止的金刚石[100]表面的吸附难易程度;并通过过渡态搜索计算,获得了CH4/H2,CH4/H2/CH3 COCH3,C2 H5 Cl/H2三种反应气氛下金刚石氢终止表面产生活性位点的反应热及活化能.经对比分析后发现,H、OH、Cl在氢终止金刚石表面的吸附能逐渐增强,且Cl萃取金刚石表面氢原子产生活性空位的能垒最低.因而,在传统的CH4/H2气氛中引入氧元素或氯元素能有效降低金刚石表面活化所需的能量.     

一个新的过氧钼酸盐(NH4)4(CH6N3)2[Mo7O23(O2)]·3H2O的合成、晶体结构及催化性质

以钼酸铵和盐酸胍为原料,30;双氧水为氧化剂,在室温下采用常规的水溶液法合成了一种新的单过氧七核钼酸盐(NH4)4(CH6 N3)2[Mo7O23(O2)]·3H2O,通过元素分析、X-射线单晶衍射、红外光谱、固体紫外可见光谱对其进行了表征.标题化合物属于单斜晶系,P21/n空间群,a=1.367(14) nm,b=1.085(11) nm,c =2.748(3) nm,β=93.15(2)°,V=4.0685(7) nm3,Z=4,Dc=2.031g· cm-3,R1 =0.0713,wR2 =0.2199(I＞2σ),GOF=1.03.将合成的过氧钼酸盐(NH4)4(CH6N3)2[Mo7 O23 (O2)]·3H2O作为催化剂用于苯甲醇氧化合成苯甲酸的反应,考察了催化剂用量、氧化剂(30;H2O2)的用量、反应温度、反应时间等对苯甲酸产率的影响.最佳催化反应条件是:n(催化剂)∶n(苯甲醇)=0.063∶1,n(H2O2)∶n(苯甲醇)=40∶1,反应温度85℃,反应时间7h,苯甲酸的产率达到82.2;.     

双金属磷化物NiCoP的次磷酸盐还原法制备及其表征

以六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、六水合氯化钴(CoCl2·6H2O)和次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)为原料,采用次磷酸盐还原法合成双金属磷化物NiCoP.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)及氮气吸附-脱附分析对所制备样品的物相、结构进行了表征.结果表明:所制备产物双金属磷化物NiCoP纳晶为六方晶相无特定形貌的颗粒,颗粒尺寸约为10～50 nm.对所得样品吸附性能测试发现,本法制备的双金属磷化物NiCoP对有机染料具有较好的吸附脱除性能.     

凝胶-燃烧-熔盐法制备Ca2-xAl2SiO7∶Dyx3+白光荧光粉

采用凝胶-燃烧-熔盐法合成了Ca2-xAl2SiO7∶Dyx3+(x =0.01、0.02、0.03、0.04、0.05)白光荧光粉,探讨了Dy3的掺杂量对荧光粉发光性能的影响,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对样品进行了测试表征.结果表明:所得Ca1.97Al2SiO7∶Dy0.033+样品为四方钙铝黄长石结构,平均粒径在0.9～1 μm之间;该样品的激发光谱由一组尖锐的激发峰组成,对应于Dy3+的6H15/2→6P3/2(321 nm)、6H15/2→6P7/2(345 nm)、6H15/2→6P5/2(363nm)、6H15/2→4F7/2(384 nm)、6H15/2→4G11/2(425 nm)、6H15/2→4I15/2(452 nm)和6H15/2→4F9/2(470 nm)跃迁,发射光谱由位于477 nm的蓝光发射和580 nm的黄光发射组成,对应于Dy3+的49F/2→6q5/2(477 nm) 和4 F9/2→6H13/2(580nm)跃迁,其CIE1931色坐标为(x=0.3017,y =0.3011),接近于理想的白光(x=0.333,y=0.333);当Dy3+掺杂量大于0.03时出现浓度猝灭,这主要是电偶极-电偶极的相互作用引起的.     

Ag/ZnO-Bi2O3复合催化剂的制备及其光催化性能研究

以Zn(Ac)2·2H2O、Bi(NO3)3·5H2O、硝酸银为原料,柠檬酸为络合剂,聚乙二醇400与去离子水为溶剂,空气氛下高温煅烧制备了Ag/ZnO-Bi2O3复合催化剂,并采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和紫外-可见光漫反射吸收光谱对产物进行了表征.结果表明,掺杂Ag和Bi2O3显著降低了ZnO的禁带宽度,达到2.93 eV,吸收光谱红移至423 nm处;当原料中Zn∶ Bi∶ Ag元素的摩尔比为1∶0.1∶0.25时,制备的Ag/ZnO-Bi2O3紫外光下催化降解甲基橙溶液性能较佳,降解率可达95;;同时发现复合催化剂与双氧水具有协同效应,可将达到相同降解率时间缩短到2h.     

橙红色荧光粉Ca10Li(PO4)7∶Sm3+的合成及其发光特性研究

采用固相法合成了Ca10Li(PO4)7∶xSm3+橙红色荧光粉,研究了材料的发光性质.结果表明,以404 nm近紫外光作为激发源时,Ca10Li(PO4)7∶xSm3+表现为多峰特征,主峰位于569 nm、606 nm、651 nm和713 nm,分别对应Sm3+的4G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2,4 G5/2 →6H9/2 and 4 G5/2 →6H11/2跃迁发射,且606 nm发射峰最强,材料发射橙红光;监测606 nm发射峰,对应的激发光谱包含363 nm、376 nm、404 nm和478nm多个激发峰;改变Sm3+的掺杂量,发现Ca10 Li(PO4)7∶Sm3+的发射强度表现出先增大、后减小的变化趋势,x=0.05时发射强度最大,即存在浓度猝灭现象,造成浓度猝灭的机理为电多极相互作用,Ca10Li(PO4)7∶Sm3+的色坐标基本不变,位于橙红色区域.Ca10Li(PO4)7∶Sm3+具有较好的温度特性,激活能为0.188 eV.