Bi2Ti2O7薄膜的自组装法制备及表征

以Bi(NO₃)₃·5H₂O和Ti(OC₄H₉)₄为原料,采用自组装单层膜技术,在负载有功能化三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane,OTS)的FTO基板上制备了Bi₂Ti₂O₇ 薄膜。基板表面的亲水性测试表明,紫外照射使OTS自组装单层膜表面由疏水转变为亲水,实现功能化。借助X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析分别对Bi₂Ti₂O₇薄膜的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,沉积溶液浓度为0.02 mol·L^-1时,所得Bi₂Ti₂O₇薄膜均匀致密。560 ℃热处理1 h、厚度为0.4 μm的Bi₂Ti₂O₇薄膜在100 kHz的介电常数为153,介电损耗为0.089。     

氮掺杂二氧化钛粉体(TiO2-xNx)的制备与性能表征

采用硫酸法生产钛白粉的中间产物偏钛酸为原料, 利用盐酸溶解-氨水中和沉淀法制得前驱体水合二氧化钛, 再在氨氩气氛的管式炉中进行掺氮反应, 制备出了具有可见光活性的纳米TiO_2-xN_xx粉体. 重点讨论了反应温度与反应时间对纳米TiO_2-xN_xx粉体的粒径、晶型及掺氮量的影响, 并研究了TiO_2-xN_x粉体的吸光性能和光催化性能.     

阳极氧化制备TiO2纳米管及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti表面制备出结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 研究了不同溶液体系对TiO₂纳米管尺寸和形貌的影响. 利用X射线衍射仪和场发射扫描电镜表征所制备的TiO₂纳米管. 20 V反应15 h, 0.5 wt% HF＋1 mol/L (NH₄)H₂PO₄溶液中TiO₂纳米管直径为70～90 nm, 长度约2.2 μm, 在500 ℃的空气气氛下退火1 h, 纳米管薄膜以锐钛矿结构为主, 在该条件下所制备TiO₂纳米管的光电流密度达到3.2 mA/cm². 以该纳米管薄膜为光阳极, 施加0.45 V (vs. SCE)的外加偏压, 在125 W紫外光照射5 h后, 初始摩尔浓度为20×10^－6 mol/L的酸性红G (C₁₈H₁₃N₃Na₂₀₈S₂)在pH＝3时, 降解率达到92.4%.     

纯相Li2MnO3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.     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备与掺杂

近年来,TiO₂纳米管阵列的制备与应用得到了广泛的研究。阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有工艺简单、成本低廉、易于放大等优点,引起了极大关注。本文综述了阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列的研究现状,基于TiO₂纳米管阵列在阳极氧化过程中的生长机理,讨论了决定阳极氧化TiO₂纳米管阵列形成的主要因素。结合本组的研究工作,总结了如何通过改变电压、升压速率、电解液、温度和氧化时间,实现纳米管管径、管壁厚度、管长的有效控制,提高TiO₂纳米管阵列的表面形貌质量。最后介绍了TiO₂纳米管阵列掺杂改性方面的研究进展。     

FTIR-ATR原位观测Mg(NO3)2气溶胶

利用FTIR-ATR(傅里叶变换红外-衰减全反射)原位光谱技术在分子水平上研究了ZnSe基底上Mg(NO₃)₂气溶胶颗粒的潮解和风化过程. 根据FTIR-ATR光谱的演变可知, Mg(NO₃)₂气溶胶在潮解过程中经历了复杂的相变: 相对湿度(relative humidity, RH)接近3%时, Mg(NO₃)₂气溶胶颗粒为无定型水合物; 稍微升高相对湿度, 无定型颗粒转化为Mg(NO₃)₂·nH₂O(n≤5)晶体, 并且在其表面逐渐形成热力学稳定的Mg(NO₃)₂·6H₂O晶体; 相对湿度达到Mg(NO₃)₂·6H₂O的饱和点(53% RH)时, Mg(NO₃)₂·6H₂O开始溶解, 同时, 内核Mg(NO₃)₂·nH₂O(n≤5)晶体在其表面持续转化为Mg(NO₃)₂·6H₂O晶体, 导致固态气溶胶颗粒全部潮解时的相对湿度延迟到76%. 风化过程中, Mg(NO₃)₂液滴随相对湿度的降低逐渐失水进入过饱和区域; 相对湿度降至5%以下时, 形成无定形颗粒. 在过饱和Mg(NO₃)₂液滴的FTIR-ATR光谱中, NO₃^-对称伸缩振动(v₁- NO₃^-)的吸收强度明显增加, 是溶剂共享离子对, 甚至接触离子对持续形成的结果.     

一步水热法制备TiO2复合结构及光伏性能研究

采用一步水热法制备TiO₂纳米棒阵列,研究了无水乙醇作为前驱物替换去离子水对纳米棒阵列的形貌的影响。实验发现,当无水乙醇的含量达到100%的时候,在生长的TiO₂纳米棒阵列的上面获得一层以TiO₂纳米棒为基本单元的微米球, 从而制备出TiO₂复合纳米阵列薄膜。通过XRD和TEM发现,样品为单晶四方金红石结构TiO₂构成的阵列薄膜,将样品组装成染料敏化太阳能电池后,电池的开路电压和短路电流分别为V_oc=0.63 V,J_sc=10.9 mA·cm^-2,填充因子FF=56.3%,转换效率达到η=4.1%。     

La-Ce对PbTiO3陶瓷气相扩渗生成La2Ti6O15CeTi21O38的陶瓷材料及其电性能

报道了采用气相法对PbTiO₃陶瓷扩渗La-Ce混合稀土元素的研究. 在气相扩渗过程中, La, Ce与PbTiO₃陶瓷组元发生了复杂反应,生成了稀土化合物La₂Ti₆O₁₅和CeTi₂₁O₃₈, 制备出未见报道的La₂Ti₆O₁₅-CeTi₂₁O₃₈-PbTiO₃陶瓷材料, 经测试其导电性能发生了十分显著的变化. La₂Ti₆O₁₅-CeTi₂₁O₃₈-PbTiO₃陶瓷材料的室温电阻率从2.0 ×10¹⁰ W·m下降为0.248 W·m,而且随着温度的变化, 晶粒电阻呈现明显的PTCR效应,而晶界电阻随着温度的升高,呈急剧连续降低状态,总电阻的变化规律与晶界电阻的变化相一致, 试样总电阻的PTCR效应已不存在, 近趋导体. 经XPS测试分析, 进一步证实了La₂Ti₆O₁₅-CeTi₂₁O₃₈-PbTiO₃陶瓷材料中铅、钛等元素均有变价, 因而导致了La₂Ti₆O₁₅-CeTi₂₁O₃₈-PbTiO₃陶瓷材料电阻率的降低, 测试结果还首次给出了La₂Ti₆O₁₅-CeTi₂₁O₃₈-PbTiO₃陶瓷材料中各元素结合能位置的峰值. TG-DTA热分析表明La₂Ti₆O₁₅-CeTi₂₁O₃₈-PbTiO₃陶瓷材料具有较好的高温热稳定性.     

一种制备SiO2纳米线的新方法

在Ar+O₂气氛中,用Ti片作加热器,加热TiSi粉末.通过化学反应和气-液-固增长过程,在TiSi薄膜上得到一层均匀的白色毛绒状生长物.用ED,EDX,SEM和HRTEM研究表明白色毛绒状生长物由大量表面光滑、直径均匀的SiO₂纳米线组成,SiO₂纳米线的直径在40～90 nm之间,为无定形结构.并测定了SiO₂纳米线的X射线诱导荧光发射,荧光发射出现在430和570 nm处.     

不同CO2分压条件下的白云岩溶解动力学机理

流动CO₂-H₂O系统中白云岩的溶解研究使用了旋转盘和催化剂技术.实验在与CO₂分压分别为30~10⁵Pa达到平衡的H₂O-CO₂溶液中进行,结果表明远离平衡时的白云岩溶解速率R与旋速w有关.实验结果可用经过改进的扩散边界层(DBL)理论模型获得解释.此外,在溶液中加入能加速CO₂转换反应的碳酸酐酶催化剂,促进了白云岩的溶解.发现不同CO₂分压条件下存在着较大的差异.从这些实验观测可以得出结论：改进的DBL理论模型能以满意的精度预测远离平衡时不同CO₂分压条件下的白云岩溶解速率及其变化机理.     

用脉冲D2反应研究CeO2在Co-CeO2/SiO2费托合成催化剂中的促进作用机理

 采用脉冲D2反应研究了CeO2在Co-CeO2/SiO2费托合成催化剂中的作用机理. 通过比较在Co-CeO2/SiO2和Co/SiO2催化剂上的脉冲D2反应实验结果发现, CeO2可以提高载体表面 Si-OH 的H-D同位素交换活性和 Si-OH 中H参与CO加氢反应的活性; CeO2不仅增加了催化剂表面活性碳物种的总量,而且活性碳物种以链增长单体-CH2-为主,因而有利于增加费托合成反应速率和链增长几率; CeO2的加入明显提高了催化剂表面碳原子的加氢反应速率,从而减少了碳沉积.     

纳米TiO2薄膜的制备方法

本文对纳米TiO₂薄膜的各种制备方法，包括基于溶胶－凝胶的涂层方法、电沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、自组装制膜，以及喷雾热分解等方法的研究进展进行了综述，对不同方法的优缺点进行了比较和评述，对今后TiO₂薄膜制备的研究方法提出了一些建议。     

具可见光活性的氮掺杂二氧化钛光催化剂

以氮掺杂为代表的非金属掺杂型TiO₂光催化剂被誉为“第二代光催化材料”。本文首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法,然后详细阐述了在N掺杂TiO₂研究中关于其可见光活性机制以及掺杂N在TiO₂晶格中的存在状态等方面的争议。N掺杂TiO₂粉末的制备方法主要有氨气气氛下的热处理工艺、水解沉淀法、溶胶－凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO₂薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。已提出的关于N掺杂TiO₂可见光活性机制的观点有N2P与O2P能级相杂化、形成N 2p孤立能态、氧空位的作用以及具顺磁性特征的杂质敏化。关于掺杂N在TiO₂晶格中存在状态的分歧在于XPS N 1s谱中特征峰的位置及其归属的解析。文章最后指出了氮掺杂二氧化钛催化剂研究中有待解决的问题及今后的发展方向。     

The influence of dielectric layer on the thermal boundary resistance of GaN-on-diamond substrate

The cooling behavior of GaN-on-diamond substrate can be enhanced by reducing the thermal boundary resistance (TBR), which is mainly determined by the nature of interlayer. Although SiN film is considered as the primary candidate of dielectric layer, it is still needed to be optimized. In order to facilitate the understanding of the influence of dielectric layer on the TBR of GaN-on-Diamond substrate, aluminum nitride (AlN), and silicon nitride (SiN) film were compared systematically, both of which are 100 nm. The time-domain thermoreflectance (TDTR) measurements, adhesion evaluation, and microstructural analysis methods were adopted to analyse these two interlayers. The results show the TBR of SiN interlayer is as low as 38.5 ± 2.4 m²K GW⁻¹, comparing with the value of 56.4 ± 5.5 m²K GW⁻¹ for AlN interlayer. The difference of TBR between these two interlayers is elucidated by the diamond nucleation density, and the adhesion between the diamond film and GaN substrate, both of which are affected by the surface charge and chemical groups of the dielectric layer.     

Polyaniline film deposition from the oxidative polymerization of aniline using K2Cr2O7

The deposition of the polyaniline (PANI) films was monitored using the quartz crystal microbalance (QCM) technique. The films were grown from an aqueous dilute hydrochloric acid solution by the chemical oxidation of aniline using potassium dichromate (KDC). The effect of the initial molar ratio of the KDC/aniline on the yield and the growth rate of the PANI films were studied. There is no optimum initial molar ratio of KDC/aniline of PANI film deposition. Also there was a small depletion period and no degradation to the deposited PANI films. The order of the polymerization kinetics was studied with respect to KDC. The UV-visible spectra of the PANI films grown onto a glass support immersed into the bulk solution were measured. The absorption of the PANI film with the time of polymerization was compared to the growth of the PANI film thickness with time determined from the QCM technique. The characteristics of the PANI film deposition were compared to the corresponding ones that were observed during the oxidative polymerization of aniline with ammonium persulphate (APS).     

Covalent Assembly of MoS2 Nanosheets with SnS Nanodots as Linkages for Lithium/Sodium‐Ion Batteries

Weak van der Waals interactions between interlayers of two‐dimensional layered materials result in disabled across‐interlayer electron transfer and poor layered structural stability, seriously deteriorating their performance in energy applications. Herein, we propose a novel covalent assembly strategy for MoS₂ nanosheets to realize unique MoS₂/SnS hollow superassemblies (HSs) by using SnS nanodots as covalent linkages. The covalent assembly based on all‐inorganic and carbon‐free concept enables effective across‐interlayer electron transfer, facilitated ion diffusion kinetics, and outstanding mechanical stability, which are evidenced by experimental characterization, DFT calculations, and mechanical simulations. Consequently, the MoS₂/SnS HSs exhibit superb rate performance and long cycling stability in lithium‐ion batteries, representing the best comprehensive performance in carbon‐free MoS₂‐based anodes to date. Moreover, the MoS₂/SnS HSs also show excellent sodium storage performance in sodium‐ion batteries.     

CeO2及Pt/CeO2催化剂上H2、O2的作用特性

采用TPD、TPR、FT-IR和TPEC等方法研究了CeO_2及Pt/CeO_2上H_2、O_2作用特性。结果表明, Pt促进CeO_2还原, 并形成高活动性氢物种。Pt的存在使吸H_2和放氢温度下阵达300 ℃。部分还原的CeO_2常温下吸附氧形成分子离子氧物种(O_2~-, O_2~(2-)), Pt的存在改变氧化铈催化剂在常温下氧吸附物种的形态, 以解离态存在。氧化铈上吸附的氧物种在升温时可部分脱附, 高于170 ℃时则转化为晶格氧。     

一维带状SnO2的电子传输性能

采用水辅助化学气相沉积法制备了结晶性好的一维带状SnO₂. 分别以小粒径锡粉和金修饰的小粒径锡粉作为反应原料制得带宽度不同的带状SnO₂, 小粒径锡粉作为反应原料能提高带状SnO₂的产率. 将所得SnO₂带和SnO₂纳米颗粒按不同比例混合配制成胶体, 采用刮涂法制备含不同比例纳米颗粒和纳米带的复合SnO₂薄膜并组装染料敏化太阳能电池(DSSCs)来评价带状SnO₂的电子输运性能. 组装的太阳能电池表现出与复合纳晶薄膜中一维SnO₂带的带宽度和所含比例密切相关的光电性能. 通过强度调制光电流谱的测量确定复合SnO₂薄膜的电子传输速率, 并进一步分析一维材料所具有的良好电子传输性能对光电流增加的贡献. 因为一维SnO₂带在复合纳晶薄膜中作为电子输运的快速通道可以加快电子的输运速度, 所以以适宜的比例添加具有合适宽度的一维SnO₂带可以明显提高太阳能电池的光电性能.     

负载型光催化材料CeO2-TiO2/SiO2的表面结构与光响应性能

采用表面改性法制备了负载型光催化材料CeO2-TiO2/SiO2,并用X射线衍射,比表面积测定,红外光谱,程序升温还原和紫外可见漫反射光谱技术对固体材料的结构和光响应性能进行了表征.结果表明,CeO2与TiO2在材料表面存在相互修饰作用,CeO2能拓展TiO2的光响应范围,使TiO2吸光区域由紫外拓宽至可见光区,从而提高材料的光能利用率;Ti4 可以进入CeO2晶格,形成Ce-O-Ti键合,使得Ti4 平均配位数增加,同时提高了CeO2体相晶格氧的活性;TiO2有助于提高CeO2在载体表面的分散程度,减小CeO2的微晶尺寸,提高固体材料的能隙值和氧化还原能力.     

TiO2纳米管阵列覆盖Si薄膜光催化还原CO2性能的研究

本工作采用CVD法在阳极氧化TiO2纳米管阵列膜表面沉积一层非晶Si膜,通过退火后得到晶化了的Si膜/TiO2纳米管阵列的复合结构,并初步就其光催化还原CO2制备碳氢化合物的活性进行研究。拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(TEM)等微结构表征结果表明所制备的TiO2纳米管阵列的厚度为270 nm左右,管直径约为70 nm,管壁厚度约为16 nm。覆盖的Si膜已晶化,其厚度约为300 nm。通过高效液相色谱(HPLC)及总有机碳(TOC)来检测光催化还原液相产物中的甲酸及总有机碳含量,发现负载Si膜后的TiO2纳米管阵列光催化性能有所提高,在装有400cut滤光片氙灯照射2 h下TOC含量从21.2 mg.L-1增长到29.5 mg.L-1,表明Si与TiO2的复合可有效的提高光催化还原CO2的活性,这可能与该异质结结构可增加对光的吸收并且可降低光生空穴-电子对复合有关。光催化循环实验表明所制得的催化剂在循环5次后仍可保持91.6%的催化活性。