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     

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%。     

高价态W掺杂对NiFe磷化物全分解水制氢催化活性影响的研究

近年来,通过光伏辅助电催化(PV-EC)分解水制备“绿氢”成为实现碳中和目标的关键。然而,普通电解水催化剂不能满足PV-EC系统中较高的太阳能到氢能(STH)转换效率的需求。因此,获取价格低廉、低反应过电势的电催化剂材料极为重要。本文选取具有高价态的过渡金属W作为掺杂源,采用一步电沉积方法制备出NiFeW三元金属磷化物。通过一系列的表征发现,NiFeW磷化物电催化剂表现出优异的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)活性,且作为双功能电催化剂时,在10 mA/cm²电流密度下W掺杂后样品的过电势降低了51 mV。使用NiFeW磷化物作为双功能电催化剂和太阳能电池(a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H)作为驱动源,PV-EC器件实现了超过7%的理论STH转换效率,对推动太阳能分解水制氢装置的实际应用具有重要意义。     

射频等离子制备石墨烯负载Co3O4催化剂及其析氧性能研究

氢能的引入能有效提升配电网的供电可靠性,而电解水制氢是实现低碳转型的关键技术,开发高效的电解水催化剂势在必行。过渡金属氧化物储量大、催化活性高,是具有广阔应用前景的析氧反应催化剂。本文通过射频等离子体处理制备石墨烯上负载Co₃O₄析氧催化剂,XRD、Raman和XPS测试结果显示,二维结构石墨烯的引入加速表面电子迁移,增大了反应面积。等离子体处理促进了纳米粒子在石墨烯上的负载,利用等离子体刻蚀作用在催化剂表面制造出大量碳结构缺陷和氧空位结构,改善了活性位点分布,有效调控Co₃O₄电子结构,提高析氧催化活性。电化学测试表明,本文中合成的Co₃O₄@rGO在电流密度为50 mA·cm^-2时的过电位为410 mV,动力学反应速率较快,表现出优于商业IrO₂的析氧催化活性。     

TiO2/Ni3[Ge2O5](OH)4复合材料的制备及光催化性能

以Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄为载体,氟钛酸铵为原料,采用水热辅助液相沉积法制备了纳米TiO₂/ Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄复合材料。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析(RM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨透射电镜(HTEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等表征手段对样品的物相组成、结构特性及微观形貌做了检测分析,并且探究了不同二氧化钛负载量对纳米TiO₂/Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄复合材料光降解亚甲基蓝能力的影响规律。结果表明,实验实现了纳米TiO₂与Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄的紧密复合与有效分散,TiO₂为锐钛矿型结构,平均粒径20 nm。该复合材料能够有效抑制光生载流子的复合,改善材料的吸附性能,提高材料的光催化效率。当复合材料中TiO₂与Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄的摩尔比为3.1∶1时,材料对亚甲基蓝的光催化效率最高,90 min亚甲基蓝的光降解率为99.81％。     

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.     

K0.5Na0.5NbO3掺杂对0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3陶瓷储能性能的影响

采用传统固相反应法制备了K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)掺杂的无铅介电储能陶瓷BNT-BT-KNN,其组分配比为0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-(0.06-x)BaTiO₃-xK_0.5Na_0.5NbO₃(BNT-BT+xKNN,x=0.00～0.04),并研究了KNN掺杂对BNT-BT基陶瓷材料晶相、微观结构、介电、铁电性能及储能的影响。结果表明：在1 150℃温度下烧成后的陶瓷样品具有纯的钙钛矿结构,且样品的晶粒均匀致密;介电温谱显示,添加KNN后的BNT-BT铁电陶瓷在T_m处的介电峰进一步宽化,表现出更好的温度稳定性和弛豫性;同时随着KNN掺杂量的增加,样品的电滞曲线(P-E曲线)逐渐由“宽胖型”向“细长型”转变,样品的剩余极化强度(P_r)逐渐降低,从而进一步提高了BNT-BT陶瓷的储能性能。在2 kV/mm的场...     

GdPO4∶Tb3+荧光粉的制备及发光性能研究

稀土Tb³⁺掺杂磷酸钆(GdPO₄)绿色荧光粉是实现白光LED的潜在荧光粉，其常规水热法的制备存在反应时间较长、Tb³⁺的掺杂量偏低等问题。本文采用水热法结合高温烧结制备了一系列Gd_1-xPO₄∶xTb³⁺(x=0、1%、5%、11%、13%、15%、17%、19%)样品，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FT-IR)和荧光分光光度计对所得样品的相结构、形貌、元素组成、光学吸收和发光性能进行了表征。研究结果表明，所合成样品均为GdPO₄的纯相，属于单斜晶系独居石结构，且Tb³⁺均匀分布在GdPO₄基质中引起晶格收缩。在274 nm的光激发下，GdPO₄∶Tb³⁺荧光粉的最强发射峰位于545 nm处，属于Tb³⁺的⁵D₄→^7<...     

Dy3+掺杂Gd2MgTiO6白色荧光粉的制备及发光性能研究

采用溶胶-凝胶法制备出掺杂不同Dy³⁺浓度的系列Gd₂MgTiO₆(GMT)白色荧光粉。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪对GMT∶xDy³⁺(x=0.01、0.03、0.05、0.07、0.09、0.11)样品进行表征。研究结果表明：所制备的系列荧光粉的结构均为单斜晶系,Dy³⁺成功掺入GMT基质的同时不影响原晶体结构;样品晶粒尺寸在微米量级。在351 nm的近紫外光激发下,样品在483和578 nm处分别显示了极强的蓝光和黄光,其中蓝光归因于Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_15/2的能级跃迁,黄光归因于Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_13/2能级跃迁;随着Dy³⁺浓度的不断增加,出现明显的浓度猝灭现象,其机理归因于电偶...     

铂/铜合金催化剂的制备及其电解水析氢性能研究

面对化石能源危机问题，清洁高效的氢能源受到人们的广泛关注，电解水制氢成为新的研究热点。本文主要围绕铂/铜合金催化剂的合成、表征及其电解水析氢催化应用展开研究。采用溶剂热法合成铂/铜合金，通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS等表征铂/铜合金的组成结构和微观形貌，对铂/铜合金的构效关系进行探索。利用电化学测试系统测得铂/铜合金不同条件下的析氢催化性能。在0.5 mol/L H₂SO₄中，铂/铜合金的起始过电位为20.3 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为37.56 mV·dec^-1;在1 mol/L磷酸缓冲盐溶液(PBS)中，铂/铜合金的起始过电位为35.0 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为52.12 mV·dec^-1;在1 mol/L KOH中，铂/铜合金的起始过电位为25.3 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为36.82 mV·dec^-1。对比发现，铂/铜合金在酸性电解质中展...     

NaCa2Mg2(VO4)3∶Eu3+颜色可调荧光粉的熔盐法合成及其发光性能研究

以廉价的NaCl为熔盐，采用熔盐法合成了NaCa_2-xMg₂(VO₄)₃∶xEu³⁺(0≤x≤0.10)系列颜色可调荧光粉，系统研究了合成条件、Eu³⁺掺杂对样品结构及发光性能的影响。结果表明，反应温度为800℃、反应时间为0.5 h、原料与熔盐的质量比为1∶3是合成NaCa₂Mg₂(VO₄)₃的适宜反应条件，所得样品为NaCa₂Mg₂(VO₄)₃纯相，且结晶度高。样品微观形貌随着反应温度的升高由珊瑚状演变为表面光滑的不规则多面体。Eu³⁺掺杂对NaCa₂Mg₂(VO₄)₃的晶体结构影响较小，但对其发光性能影响较大。随着Eu³⁺浓度(x)的增加，VO     

Er掺杂MnBi2Te4晶体生长及其微结构研究

MnBi₂Te₄是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体，具有重要的研究意义。本文通过在MnBi₂Te₄晶体中进行稀土元素掺杂，合成了Er掺杂MnBi₂Te₄晶体，Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中，考虑到目前晶体制备工艺周期较长，生成物存在Bi₂Te₃助熔剂等杂质的问题，对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明，利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi₂Te₄晶体结晶性能良好，不含杂质相。磁电输运测量结果显示，少量Er掺杂MnBi₂Te₄晶体的磁性增强，掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi₂Te₄晶体层间距进行了研究，发现层间距为单层MnBi₂Te₄的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi...     

一步法制备CsPbBr3/Cs4 PbBr6复合纳米晶及其荧光性能研究

通过一步法制备了全无机CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆钙钛矿复合纳米晶,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、荧光光谱仪(PL)对所制备的CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆复合纳米晶进行表征,并系统研究了一步法反应过程中反应温度、反应时间和Cs/Pb比对纳米晶的物相、形貌以及光学性能的影响规律.结果表明:所制备的样品为分散性较好、结晶度较高且呈立方块形貌的复合纳米晶,平均粒径约为20 nm.随反应温度升高以及反应时间延长,纳米晶的荧光强度呈先增加后减小的趋势;当反应温度为90 ℃、反应时间为30 min时,纳米晶的荧光性能最佳.此外,Cs/Pb比对纳米晶的物相组成和发光强度也具有较大的影响,随着Cs/Pb比增大,样品中Cs₄PbBr₆相含量逐渐增加,可对CsPbBr₃纳米晶起到保护作用,因此样品的发光强度逐渐增强;当Cs/Pb=2:3时,样品的荧光强度达到最高值.然而,过大的Cs/Pb比例阻碍了CsPbBr₃相的形成,造成了纳米晶荧光强度的降低.     

Sr3ZnNb2O9:0.3Eu3+,xNa+荧光粉的合成和发光性能研究

本文通过高温固相反应成功制备了Sr₃ZnNb₂O₉∶0.3Eu³⁺,xNa⁺(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)系列荧光粉。X射线衍射分析和精修结果表明,Eu³⁺和Na⁺成功掺杂到Sr₃ZnNb₂O₉基质中,并部分取代了Zn²⁺。采用扫描电子显微镜测试了样品的微观形貌和元素分布。光谱特性和热稳定性研究表明,Na⁺的最佳掺杂浓度为x=0.2,Na⁺的引入提高了Sr₃ZnNb₂O₉∶0.3Eu³⁺荧光粉的热稳定性,活化能为0.163 eV。计算出Sr₃ZnNb₂O₉∶0.3Eu³⁺, 0.2Na⁺样品...     

(AlxGa1-x)2O3结构、电子和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同Al掺杂浓度β-Ga₂O₃(即(Al_xGa_1-x)₂O₃)的晶体结构、电荷密度分布、能带结构、态密度和光学性质,并对本征β-Ga₂O₃和不同Al掺杂浓度的β-Ga₂O₃的计算结果进行了分析对比。结果表明,随着Al掺杂浓度的增加,(Al_xGa_1-x)₂O₃的晶格常数和键长均单调减小,而带隙逐渐增大。β-Ga₂O₃导带底上方存在主要由Ga 4s和Al 3p轨道组成的中间带,Al掺杂在此中间带引入杂质能级,从而导致带隙增加。同时,Al的引入使态密度向高能侧偏移了近3 eV,也导致了带隙的增加。根据光学性质的计算结果,在掺杂Al后,介电函数的虚部和吸收系数均观察到明显的蓝移现象。这是由价带顶中的O 2p...     

自掺杂SnO2微球的水热合成及其可见光催化性能

本研究采用水热法,以柠檬酸为螯合剂,通过控制n(Sn⁴⁺)/n(Sn²⁺)的数值,合成了由具有丰富氧空位的SnO₂纳米晶体组装成的微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)及UV-Vis漫反射光谱对SnO₂纳米微球进行表征分析,结果表明:在酸性水热条件和柠檬酸的螯合作用下,二氧化锡纳米晶体聚集形成微球;在Sn⁴⁺/Sn²⁺摩尔比例为3:7时,其微球尺寸最小,整体分散性较好;同时适量二价锡离子的掺杂使得该样品氧空位浓度达到最佳,氧空位的存在将使得样品光吸收范围拓展至可见光,因而该样品显示出较强的可见光催化效率,在8 min内完全降解甲基橙。     

非金属掺杂改性g-C3N4光催化降解水中有机污染物的研究进展

近年来,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以其合适的带隙宽度、丰富的活性位点和成本低廉等优点,成为新兴的可见光响应非金属光催化剂,被广泛应用于光催化降解有机污染物领域。然而,纯g-C₃N₄对可见光的吸收效率较低且光生电子和空穴复合速率快,导致其光催化活性处于较低水平。基于g-C₃N₄的非金属特性,通过非金属掺杂可以有效提高g-C₃N₄的光催化性能,引起了学者们的广泛关注。本文介绍了目前非金属掺杂g-C₃N₄复合材料常见的制备方法,着重归纳了不同类型的非金属掺杂g-C₃N₄光催化降解水中有机污染物的相关研究进展,探讨其作为光催化剂在可见光条件下降解有机污染物的相关机理。最后,提出目前g-C₃N₄基复合材料在光催化降解水中有机污染物中所面临的挑战,旨在为非金属掺杂g-C₃...     

近零膨胀Zr0.5Hf0.5V1.4P0.6O7材料的制备及其性能研究

采用传统的固相法合成了近零膨胀氧化物功能陶瓷材料Zr_0.5Hf_0.5V_1.4P_0.6O₇,用X射线衍射(XRD)、Raman光谱和热膨胀法对Zr_0.5Hf_0.5V_1.4P_0.6O₇的热膨胀系数、各向同性和相变进行了测试,通过Hf⁴⁺/P⁵⁺共掺杂使得材料具有较低的热膨胀系数,研究发现合成的Zr_0.5Hf_0.5V_1.4P_0.6O₇具有Pa3立方相结构,从334 K附近到673 K较宽的温度范围内的线性热膨胀系数为-1.56×10^-6 K^-1,表现出稳定的近零热膨胀特性。由于固溶体内部微结构的影响造成膨胀仪实验结果与变温X射线衍射结果存在一定的差距。Zr_0.5Hf_0.5V_1.4P_0.6O₇具有的近零膨胀特性为通过负热膨胀材料合成膨胀系数可控的材料提供了基础。     

纳米级SnO2或Yb2O3对熔融石英陶瓷析晶性能的影响

通过XRD分析和热膨胀率实验,从析晶角度探讨了添加纳米级SnO₂或Yb₂O₃对熔融石英陶瓷析晶性能的影响。结果表明:熔融石英陶瓷高温析晶的主要晶化产物为方石英,方石英析出量随烧结温度的提高而逐渐增多;纳米级SnO₂或Yb₂O₃的引入可通过抑制熔融石英中方石英的析出,有效地降低熔融石英材料在升温过程中的热膨胀率,并且随着烧结温度升高需要不断调整添加剂用量,纳米级SnO₂和Yb₂O₃的最佳用量(质量分数)分别为1%和2%。     

WS2/MgAl-LDH复合材料的制备及其光催化性能研究

采用两步水热法制备了WS₂/MgAl-LDH(水滑石)复合材料,通过X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱仪等测试分析,表明在MgAl-LDH层间原位合成了WS₂纳米粒子。将该复合材料作为催化剂来降解150 mg/L,pH值为3的甲基橙溶液,其结果是:在模拟可见光条件下辐照75 min,该甲基橙溶液的降解率超过80%,且循环性能优异。由此表明,WS₂/MgAl-LDH复合材料是一种极具应用潜力的光催化剂。