PANI/La2O3复合纳米材料的合成及其电化学降解的抑制作用

作为离子型表面活性剂, 对-甲基苯磺酸可用于氧化镧的预超声分散处理, 同时还可作为质子酸对聚苯胺(PANI)进行掺杂, 从而赋予聚苯胺导电性. 采用化学法合成了聚苯胺/氧化镧复合纳米材料, 用四探针法测定了材料的电导率, 用扫描电镜、电子能谱、X射线衍射、红外光谱等检测分析手段对材料进行了表征. 结果表明, 聚苯胺及聚苯胺/氧化镧复合纳米材料的电导率分别为1.0•和1.9 S•cm^－1, 粒子直径分别约为200和50 nm. 氧化镧的掺杂未降低聚苯胺的电导率, 并使粒径减小. 循环伏安实验结果说明, 氧化镧的掺杂可提高氧化还原峰的电流密度, 并能有效抑制聚苯胺在0.25～2.0 mol•L^－1的H₂SO₄及H₃PO₄水溶液中的电化学降解.     

266 nm光照下水溶液中氯苯与H2O2的反应机理研究

利用瞬态吸收光谱技术研究了不同条件下C₆H₅Cl与H₂O₂水溶液的激光闪光光解情况, 初步考察了其瞬态物种的生长和衰减等行为. 研究表明, •OH自由基和C₆H₅Cl反应生成C₆H₅Cl-OH adduct, 其反应速率常数在近中性、酸性条件下约为(5.89±0.65)×10⁹和(7.07±0.61)×10⁹ L•mol^－1•s^－1; 其衰减则符合双分子二级反应, 速率常数2k/εl＝1.1×10⁶ s^－1, 而在碱性时则为(4.34±0.51)×10⁹ L•mol^－1•s^－1, 衰减呈准一级反应, 速率常数为2.11×10⁵ s^－1. 在有氧条件下, O₂与C₆H₅Cl-OH adduct反应生成C₆H₅Cl-OHO₂ adduct, 其反应速率常数为6.8×10⁸ L•mol^－1•s^－1.     

Criegee自由基CH2O2与H2O反应机理及动力学的理论研究

在6-311＋G(2d,2p)水平下, 采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 研究了Criegee 自由基CH₂O₂与H₂O的反应. 结果表明反应存在三个通道: CH₂O₂＋H₂O®HOCH₂OOH (R1); CH₂O₂＋H₂O®HCO＋OH＋H₂O (R2); CH₂O₂＋H₂O®HCHO＋H₂O₂ (R3), 各通道的势垒高度分别为43.35, 85.30和125.85 kJ/mol. 298 K下主反应通道(R1)的经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)的速率常数k^TST与k^CVT均为2.47×10^－17 cm³•molecule^－1•s^－1, 而经小曲率隧道效应模型(SCT)校正后的速率常数k^CVT/SCT为 5.22×10^－17 cm³•molecule^－1•s^－1. 另外, 还给出了200～2000 K 温度范围内拟合得到的速率常数随温度变化的三参数Arrhenius方程.     

球形尖晶石LiMn2O4掺杂钇的性能研究

利用控制结晶方法, 在前驱体碳酸锰中共沉淀掺杂适量的钇, 得到球形掺杂钇的碳酸锰, 在540 ℃预烧后, 与锂盐一起焙烧, 可以得到高活性的掺钇球形尖晶石LiMn₂O₄. XRD分析表明, 产物中无杂相产生. 研究表明, 掺杂钇与掺杂其它金属离子的特性不一样, 钇具有催化特性, 掺杂钇可以提高尖晶石LiMn₂O₄中锰的活性. 掺钇使得更多的Mn^3＋参加电化学反应, 增加容量; 但同时也使更多的锰与电解液反应, 造成锰的溶解, 容量损失. 掺钇量越多, 锰的溶解量越大. 因此, 合适的掺杂量对于保证产品良好的电化学性能至关重要. 实验证明, 掺钇0.5%的产品Li(Y_0.005Mn_0.995)₂O₄具有较好的电化学性能. 其常温初始比容量为130 mAh•g^－1, 大于纯相的锰酸锂的125 mAh•g^－1, 100次循环后比容量为120 mAh•g^－1, 容量保持率为92.3%.     

新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好, 氧离子迁移数为1, 表明该陶瓷样品在该温度下氧气气氛中为一纯氧离子导体; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

266 nm光照下水溶液中氯苯与H2O2的反应机理研究

利用瞬态吸收光谱技术研究了不同条件下C₆H₅Cl与H₂O₂水溶液的激光闪光光解情况, 初步考察了其瞬态物种的生长和衰减等行为. 研究表明, •OH自由基和C₆H₅Cl反应生成C₆H₅Cl-OH adduct, 其反应速率常数在近中性、酸性条件下约为(5.89±0.65)×10⁹和(7.07±0.61)×10⁹ L•mol^－1•s^－1; 其衰减则符合双分子二级反应, 速率常数2k/εl＝1.1×10⁶ s^－1, 而在碱性时则为(4.34±0.51)×10⁹ L•mol^－1•s^－1, 衰减呈准一级反应, 速率常数为2.11×10⁵ s^－1. 在有氧条件下, O₂与C₆H₅Cl-OH adduct反应生成C₆H₅Cl-OHO₂ adduct, 其反应速率常数为6.8×10⁸ L•mol^－1•s^－1.     

(Zn1-xMnx)C2O4·2H2O在空气中的热分解动力学研究

用热分析（TG-DTG/DTA）、X射线衍射（XRD）技术和透射电镜（TEM）研究了固态物质Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O在空气中热分解的过程。热分析结果表明，Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O在空气中分两步分解，其失重率与理论计算失重率相吻合。 XRD和TEM结果表明，Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O分解的最终产物为Zn_1-xMn_xO,其颗粒大小约为10-13 nm。在非等温条件下对Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O的热分解动力学进行了分析。用Friedman法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法求取了分解过程的活化能E，并用多元线性回归给出了可能的机理函数。Zn_1-xMn_xC₂O₄•2H₂O两步热分解的活化能分别为155.7513 kJ/mol 和215.9397 kJ/mol。     

球形尖晶石LiMn2O4掺杂钇的性能研究

利用控制结晶方法, 在前驱体碳酸锰中共沉淀掺杂适量的钇, 得到球形掺杂钇的碳酸锰, 在540 ℃预烧后, 与锂盐一起焙烧, 可以得到高活性的掺钇球形尖晶石LiMn₂O₄. XRD分析表明, 产物中无杂相产生. 研究表明, 掺杂钇与掺杂其它金属离子的特性不一样, 钇具有催化特性, 掺杂钇可以提高尖晶石LiMn₂O₄中锰的活性. 掺钇使得更多的Mn^3＋参加电化学反应, 增加容量; 但同时也使更多的锰与电解液反应, 造成锰的溶解, 容量损失. 掺钇量越多, 锰的溶解量越大. 因此, 合适的掺杂量对于保证产品良好的电化学性能至关重要. 实验证明, 掺钇0.5%的产品Li(Y_0.005Mn_0.995)₂O₄具有较好的电化学性能. 其常温初始比容量为130 mAh•g^－1, 大于纯相的锰酸锂的125 mAh•g^－1, 100次循环后比容量为120 mAh•g^－1, 容量保持率为92.3%.     

新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好, 氧离子迁移数为1, 表明该陶瓷样品在该温度下氧气气氛中为一纯氧离子导体; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

298.15 K Li2B4O7-MgCl2-H2O体系热力学性质的电动势法测定及离子相互作用模型的研究

测定了298.15 K下, 无液接电池Li-ISE│Li₂B₄O₇ (m_A)(aq.), MgCl₂(m_B)(aq.)│AgCl/Ag的电动势, 利用测定结果计算了Li₂B₄O₇-MgCl₂-H₂O体系离子强度在0.05～3 mol•kg^－1范围内, 不同MgCl₂离子强度分数的溶液中LiCl的平均活度系数, 并给出了其随离子强度I, B₄O₇^2－和Mg^2＋浓度的变化规律. 结合以往关于该体系和Li₂B₄O₇-LiCl-H₂O, Li₂B₄O₇-H₂O体系的等压研究结果, 用迭代和多元线性回归方法对Li^＋-Mg^2＋-Cl^－-B₄O₇^2－-H₂O体系的离子相互作用模型进行了研究. 具体方法为考虑了该体系在不同的总硼浓度范围H₃BO₃, B(OH)₄^－, B₃O₃(OH)₄^－和B₄O₅(OH)₄^2－四种含硼化合物的存在以及各硼化合物间的化学平衡, 以修正了的Pitzer渗透系数方程和活度系数方程为基础, 对该体系的等压法和电动势法研究结果进行最小二乘拟合, 拟合的标准偏差为0.0167, 用该模型计算的该体系的渗透系数、活度系数与实验值基本一致.     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

La3+掺杂CaFe2O4材料的制备及室温检测超低浓度甲醛

采用静电纺丝法成功制备了La³⁺掺杂CaFe₂O₄材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对La³⁺掺杂CaFe₂O₄材料的结构和形貌进行了表征。随后，研究了La³⁺的掺杂量（质量分数）对CaFe₂O₄气敏性能的影响。研究表明，3% La³⁺掺杂CaFe₂O₄材料在室温下对100 μL·L^-1甲醛的响应最高（R_a/R_g=14.1）。更为重要的是，对甲醛的最低检测限低至0.1 nL·L^-1，并且响应/恢复时间仅为4.3 s/8.4 s。     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn⁴⁺掺杂的Co₃O₄复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn⁴⁺掺杂,Co₃O₄复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当n_Co∶n_Mn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m²·g^-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g^-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g^-1,这比纯Co₃O₄纳米纤维的416 F·g^-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co₃O₄纳米纤维则是76.4%。     

碳包覆LiFe0.5Co0.5PO4固溶体正极材料的制备及其电化学性能

分别以四水磷酸铁（FePO₄·4H₂O）和二水草酸亚铁（FeC₂O₄·2H₂O）为铁源,采用简单便捷的流变相法制备了碳包覆LiFe_0.5Co_0.5PO₄固溶体材料（LiFe_0.5Co_0.5PO₄/C,简称为LFCP/C）。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、恒流充放电等测试手段对复合材料的物相、形貌结构和电化学性能进行了表征和测试。结果表明,2种铁源得到的材料均为橄榄石晶型结构且结晶度良好,二者在颗粒尺寸分布、碳包覆效果和电化学性能方面具有显著的差别。用作锂离子电池正极材料时,以FeC₂O₄·2H₂O为原料得到的LFCP/C具有更优异的电性能：在2.5~5.0 V电压范围内,0.1C倍率下（1C=150 mA·g^-1）,放电比容量为137.5 mAh·g^-1,在10C仍具有57.6 mAh·g^-1的放电比容量;0.5C循环100次后容量仍保持78.1%。该样品更佳的电化学性能主要得益于其更小的平均颗粒尺寸,更高的比表面积和理想的碳包覆效果。     

Ce1－xNdxO2－δ固溶体的电子顺磁共振谱和阻抗谱的研究

利用溶胶-凝胶方法在800 ℃焙烧10 h后, 合成了固溶体Ce_1－xNd_xO_2－δ (x＝0.05～0.55), X射线衍射(XRD)测试表明固溶体已经形成立方萤石结构; 电子顺磁共振谱(EPR)研究表明在固溶体Ce_1－xNd_xO_2－δ中随着掺杂量x的增大, Ce^3＋离子含量减少, 说明掺杂Nd^3＋离子可以抑制Ce^4＋的还原; 交流阻抗谱的测量表明固溶体Ce_0.9Nd_0.1O_2－d 具有离子导电特性, 600和700 ℃时的电导率分别为4.25×10^－3和1.12×10^－2 S•cm^－1, 活化能为0.68 eV.     

掺杂和取代对红色荧光材料SrAl12O19:Mn4+发光性能的影响

SrAl₁₂O₁₉：Mn⁴⁺是一种用于高显色性白光发光二极管的候选红色荧光材料。本论文研究了Mg²⁺、Zn²⁺和Ge⁴⁺离子的掺杂效应以及Ga³⁺、Ca²⁺和Ba²⁺离子的取代效应对SrAl₁₂O₁₉：Mn⁴⁺荧光材料性能的影响。样品通过高温固相反应制备,焙烧温度在1 250~1 500 ℃之间。利用X射线衍射技术表征了材料的相纯度,用荧光激发光谱和发射光谱表征了材料的荧光性能。研究结果指出,与未进行Mg²⁺或Zn²⁺掺杂的样品相比,Mg²⁺或Zn²⁺离子对Al³⁺格位的掺杂可以使材料的发光强度提高~60%,其原因被认为是掺杂促进了激活剂Mn⁴⁺离子进入晶格,其过程可以表示为：MO+MnO₂⇔M_Al^''+M_Al^·+3O_O^×（M=Mg,Zn）,电子顺磁共振谱支持这一结果。Ge⁴⁺离子的掺杂使材料的发光性能明显下降。Ga³⁺离子可以取代Al³⁺离子形成全范围的固溶体,其中少量Ga³⁺离子的掺杂可以使材料的荧光发射强度提高~13%,而掺杂量进一步提高使材料的荧光性能下降。Ca²⁺和Ba²⁺对Sr²⁺的取代仅形成有限范围的固溶体。Ca²⁺的取代使材料的发光性能提高;而 Ba²⁺的取代使材料的发光强度下降。     

快离子导体LiTi2(PO4)3在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的原位反应包覆及其电化学性能

通过原位反应法,利用富镍层状金属氧化物LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（LNCM811）正极材料表面残余的氢氧化锂和碳酸锂,与C₈H₂₀O₄Ti和（NH₄）H₂PO₄反应,在LNCM811表面原位生成快离子导体LiTi₂（PO₄）₃（LTP）包覆层。这种原位反应的包覆方法有利于移除LNCM811表面有害的残留物氢氧化锂和碳酸锂。而且,获得的LTP均匀包覆层不仅可以有效地抑制LNCM811表面和电解液的直接接触及其副反应,还可以确保充放电循环过程中LNCM811正极材料的快速Li⁺传导。因此,在LTP包覆层的多重作用下,LTP包覆的LNCM811正极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能：在0.2C时,首次放电比容量高达200.6 mAh·g^-1,200圈后的可逆容量依然有155.7 mAh·g^-1;在2C和5C的高电流密度下,200圈后的可逆容量仍然有126.4和111.9 mAh·g^-1。     

WS2/CuGa2O4复合材料的制备及其气敏性

采用共沉淀法制备了CuGa₂O₄纳米材料,并利用水热法制备了一系列WS₂/CuGa₂O₄复合材料。结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对制备的材料进行了物相组成、表面形貌以及元素价态的分析。研究了WS₂的复合量对 CuGa₂O₄材料检测乙醇气体敏感性能的影响。实验结果表明,当 WS₂与 CuGa₂O₄质量比为 1%时,该复合材料制备的传感器在室温下对 100 μL·L^-1乙醇气体表现出 345.3 的灵敏度,响应时间和恢复时间分别为 184 和 69 s,且最低检测限为 0.1μL·L^-1。     

新型Li4Ti5O12@石墨烯的微波辅助合成及电化学性能研究

将钛酸四丁酯和氧化石墨超声分散于叔丁醇,微波辐射下加入醋酸锂溶液制备尖晶石Li₄Ti₅O₁₂（LTO）前驱体/氧化石墨烯。一方面,微波作用促进了钛酸四丁酯水解,前驱体的形成能在15min内完成。另一方面,叔丁醇的“软模板”限域作用导致形成粒子极小且形貌单一的LTO前驱体。同时,细小的LTO前驱体粒子通过二次团聚将氧化石墨烯纳米片完全包埋。最后,LTO前驱体/氧化石墨烯在800℃下煅烧8h得到尖晶石LTO@石墨烯（LTO@G）。研究表明,LTO@G晶体尺寸在0.2~1.5μm之间,其振实密度达到1.7g·cm^-3。石墨烯位于晶体内部,并显著提高了材料的电子传导性。LTO@G的电导率为1.84×10^-3S·m^-1,远高于纯相LTO（1.1×10^-7S·m^-1）。1C和4C下,LTO@G首次充放电容量分别是170.1和97.5mAh·g^-1。可见,LTO@G具有高倍率性能和振实密度,可广泛应用于各种商品锂离子电池。     

298.15 K Li2B4O7-MgCl2-H2O体系热力学性质的电动势法测定及离子相互作用模型的研究

测定了298.15 K下, 无液接电池Li-ISE│Li₂B₄O₇ (m_A)(aq.), MgCl₂(m_B)(aq.)│AgCl/Ag的电动势, 利用测定结果计算了Li₂B₄O₇-MgCl₂-H₂O体系离子强度在0.05～3 mol•kg^－1范围内, 不同MgCl₂离子强度分数的溶液中LiCl的平均活度系数, 并给出了其随离子强度I, B₄O₇^2－和Mg^2＋浓度的变化规律. 结合以往关于该体系和Li₂B₄O₇-LiCl-H₂O, Li₂B₄O₇-H₂O体系的等压研究结果, 用迭代和多元线性回归方法对Li^＋-Mg^2＋-Cl^－-B₄O₇^2－-H₂O体系的离子相互作用模型进行了研究. 具体方法为考虑了该体系在不同的总硼浓度范围H₃BO₃, B(OH)₄^－, B₃O₃(OH)₄^－和B₄O₅(OH)₄^2－四种含硼化合物的存在以及各硼化合物间的化学平衡, 以修正了的Pitzer渗透系数方程和活度系数方程为基础, 对该体系的等压法和电动势法研究结果进行最小二乘拟合, 拟合的标准偏差为0.0167, 用该模型计算的该体系的渗透系数、活度系数与实验值基本一致.