钙钛矿氧化物的结构调控及电磁特性研究进展

钙钛矿氧化物因具有独特的结构以及较高的热稳定性在微波吸收领域受到广泛关注,较为常见的电磁调控手段为在钙钛矿结构中掺入不同的离子,但掺杂前后的结构变化及其与电磁吸波特性之间的关联仍待进一步探究。基于此,本论文详细论述了钙钛矿Mn氧化物、Co氧化物、Fe氧化物等的研究进展,阐明了掺杂产生的畸变效应和离子价态变化引起的双交换作用影响磁性、电导率及电磁特性的机制,明晰了钙钛矿氧化物的结构和吸波机理,并指出了存在的问题及以后的发展方向。     

Sol-Gel法制备钙钛矿型复合氧化物YFeO~3气敏材料

用溶胶-凝胶法制备了YFeO~3气敏材料,并对其制备条件,导电行为和气敏效应作了系统研究,结果表明：铁钇物质的量之比n(Fe^3^+):n(Y^3^+)=1:1,800℃下热处理2h可得纯相钙钛矿型复合氧化物YFeO~3;电导测量显示,该材料呈p型半导体导电行为。2h预烧凝胶粉在800℃下热处理3h所得微粉制作的元件的电导突变温度为400℃,对乙醇有较高的灵敏度和良好的选择性,有望开发为一类新型酒敏传感器。     

有机及有机无机杂化太阳电池中的界面研究

第3代可溶液加工的太阳电池(包括有机太阳电池、钙钛矿太阳电池等),因为制备成本低、可制备柔性器件等特点备受关注.它们的迅速发展与活性层材料、界面材料与修饰以及器件工程等方面的快速发展息息相关,其中器件中的各个界面对激子的分离、载流子传递和收集有着巨大的影响,影响着器件的性能.本文重点介绍了近年来我们课题组在有机太阳电池、聚合物/量子点杂化太阳电池以及钙钛矿太阳电池研究中,如何设计界面材料以及通过自组装层对电极进行界面修饰,实现活性层和电极之间的欧姆接触和载流子的有效收集;如何在界面层中引入具有等离激元效应的纳米粒子实现光场的有效利用和性能的提升;以及如何对聚合物和纳米粒子间的界面修饰实现载流子的高效分离,制备高性能的杂化太阳电池器件.     

钙钛矿型氧化物A(Mg、Ca、Sr)TiO_3的结构及其光催化性能研究

钙钛矿型ABO_3复合氧化物具有良好的热稳定性、催化性能、磁性、导电性以及传感等性质~([1-5]).目前钙钛矿结构复合氧化物以其优异的性能已成为光催化领域的研究热点之一~([6-9]).在钙钛矿型ABO_3复合氧化物中,A位金属可以起到稳定结构的作用,而B位金属为活性位.但是,当B位金属相同A位金属不同的一类钙钛矿型氧化物作为催化剂时,影响其光催化活性的主要因素很少见文献报道.     

高温固体氧化物电解池钙钛矿型氧电极材料Ba_xSr_(1-x)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)结构计算与性能研究

研究和开发高性能的钙钛矿型混合电导氧化物是目前高温固体氧化物电解池(SOEC)氧电极材料研究的热点.选择BaxSr1-xCo0.8Fe0.2O3-δ系列材料,通过对材料的容差因子、关口半径、晶格自由体积等计算,以及对平均键能、B位离子的变价能力、催化活性等方面的分析,确定了A位最佳配比.对优化出的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ材料的电化学性能进行了研究,并与自制的La0.2Sr0.8MnO3(LSM)氧电极材料进行了比较.结果表明:850℃下阳极极化阻抗(ASR)仅为0.07Ωcm2,远低于LSM;将其应用于SOEC氧电极进行高温电解制氢试验,产氢速率为相同条件下LSM的2.3倍,说明将Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ用作SOEC阳极材料具有很好的应用前景.     

双钙钛矿型电极材料在中低温固体氧化物燃料电池中的应用

近年来固体氧化物燃料电池(SOFCs)由于高效率(高达80%)、环境友好和燃料适用广泛等优点得到了人们的广泛关注。但是,由于其通常需要1000 ℃以上的工作温度才能达到所需的性能,其商业化及产业化应用受到了严重制约。中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)的研发是固体氧化物燃料电池进一步商业化的必然趋势。降低工作温度(从高温1000 ℃以上降低至中低温500~800 ℃)可提高燃料电池的稳定性、降低电池运行成本、增加系统材料可选性,而研发出中低温下性能优异的燃料电池电极材料是实现固体氧化物燃料电池中低温化的关键。作为混合离子-电子导体材料之一,双钙钛矿型氧化物材料可以成功地将燃料反应活性区域从传统的电极-电解质-反应气体三相界面扩展到整个电极的表面, 进而降低材料的极化电阻并大大提高电极在中低温条件下对氧的催化活性。由于双钙钛矿结构材料良好的氧离子传输能力、较低的热膨胀系数、优异的催化活性、较强的抗硫中毒和抗碳沉积能力,近年来成为非常有发展潜力的SOFCs电极材料。本文综述双钙钛矿型氧化物材料作为SOFCs电极材料的最新研究进展,指出目前双钙钛矿电极材料存在的主要问题,并提出SOFCs未来的主要研究发展方向。     

两步热化学分解水制氢用氧交换材料

氧交换材料是一种能够在惰性或还原气氛中快速释氧,而在弱氧化气氛下(如水蒸气)恢复氧的储氧材料。基于氧交换材料的太阳能热化学分解水制氢技术可实现太阳能向氢能的高效转化。该技术利用太阳能提供热量使氧交换材料高温释氧或被还原性气体还原,而后与水发生氧化反应生成纯氢。将氧交换材料制成透氧膜,在膜的两侧发生材料的释氧和氧恢复,同时实现纯氢的连续制备。本文详细论述了铁基氧化物、钙钛矿氧化物、镍基氧化物、铈基氧化物、无机透氧膜等氧交换材料的研究成果,重点介绍了基于不同反应体系氧交换材料的应用情况,并就提高铁基氧化物、钙钛矿氧化物等典型氧交换材料反应活性与循环稳定性的可能路径,构建高效透氧膜反应器的难点与发展方向等主要问题进行了探讨与展望。     

稀土钙钛矿型氧化物催化剂的研究进展

综述了近年来国内外稀土钙钛矿型氧化物催化剂在一氧化碳氧化、甲烷氧化、乙烷氧化、氮氧化物消除和汽车尾气净化等方面的研究进展, 讨论了该类催化材料的结构缺陷与性能之间的构效关系, 简要地分析了今后我国开展稀土钙钛矿型氧化物催化剂研究的重要性及其应用前景.     

《固体氧化物燃料电池新型材料》

本书主要结合国内外固体氧化物燃料电池材料的研究进展,探讨钙钛矿型复合氧化物电解质材料、阴极材料和阳极材料及其组成单电池的制备工艺和性能,以期对固体氧化物燃料电池技术的研究有所推动。可供从事固体氧化物燃料电池和新材料研究与开发的科研人员、企事业单位的技术人员和管理人员阅读,也可供能源、化学、材料等相关专业教师     

氧化物钙钛矿的光催化研究进展:CO_2还原、水裂解、固氮（英文）

在寻求可再生能源供应及解决环境问题的迫切需求下,光电、光催化、电催化等领域中多种技术被开发以解决这一迫切问题。其中,光催化技术因其可将清洁太阳能转化为化学燃料的优越能力而备受关注。在层出不穷的光催化材料中,具有阳离子可替代性的钙钛矿氧化物(ABO_3)在电子信息、太阳能电池和光催化等领域具有极大的潜力。由于这类材料具有活性高、成本低、稳定性好、结构易调控等独特性能,钙钛矿氧化物光催化剂在水分解、二氧化碳还原转化、固氮等方面取得了广泛的应用。本文综述了光催化的结构与合成方法,重点介绍了光催化的应用,最后展望了光催化的未来发展前景。     

双钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种能量转化装置,具有转换效率高、环境友好、燃料适应性强等优点,其中,阳极作为燃料气的电化学反应场所,对SOFC性能起关键作用。相比于传统Ni-YSZ阳极,钙钛矿阳极材料结构稳定性好,具有较强的抗碳沉积、硫中毒能力。双钙钛矿结构由于具有晶格位置的多样化,因而材料结构和性能具有更强的可调控性,受到人们的广泛关注,成为新型阳极材料的重要研究方向。但相较于传统Ni-YSZ阳极材料,双钙钛矿阳极仍存在催化活性差,电导率低等问题。本文综述了近十几年双钙钛矿阳极材料的研究进展,首先对A位和B位双钙钛矿结构特征和形成原因进行了简单介绍,然后对两种双钙钛矿结构的典型阳极材料性能特点、改性方法和改性机理进行了分类总结,包括Sr₂MgMoO₆、Sr₂CoMoO₆、Sr₂NiMoO₆、Sr₂FeMoO₆、PrBaMn₂O_5+δ等材料。最后对双钙钛矿阳极材料未来的研究方向提出了建议。     

一种非线性结构空穴传输材料的合成及其光伏性能研究

以三苯胺为电子给体单元,4-叔丁基-甲氧基苯环为母核,设计合成了1种非线性“Y型”结构的空穴传输材料（2TPA-ph-tbyl）。光电化学测试结果表明该材料与钙钛矿材料能级匹配。单晶X射线衍射结果表明,该分子通过端位基团三苯胺形成分子间C-H/π相互作用。这种较强的侧链堆积作用使2TPA-ph-tbyl获得了3.13× 10-5 cm2 V-1 s-1的空穴迁移率,是商用空穴传输材料PEDOT：PSS的1.5倍。将其制备成倒置结构钙钛矿太阳能电池,开路电压达到1000 mV、短路电流密度为21.53 mA?cm-2,填充因子为0.71,其光电转换效率达到15.2%,高于PEDOT：PSS（13.7%）。稳态光致发光和阻抗测试表明,2TPA-ph-tbyl可以促进钙钛矿-空穴传输材料界面电荷传输,降低界面电荷复合,从而提高电池的开路电压和短路电流。上述结果表明,具有非线性结构的空穴传输材料可以通过增强分子间的侧链堆积效应,提高材料的空穴迁移率,进而提高电池的光电转换效率。     

纳米铁酸铋及其改性物的环境催化性能

铁酸铋（BiFeO₃）是一种典型的钙钛矿型氧化物,具有一定的可见光催化和多相类芬顿催化性能。在可见光照射且存在过氧化氢的情况下,BiFeO₃可活化过氧化氢并产生强氧化性物种,这些物种会攻击污染物分子从而使其降解。但BiFeO₃量子效率不高,光生电子和空穴容易复合;其活化过氧化氢的能力也有待提高。本文综述了近二十年来铁酸铋及其改性物作为可见光催化剂及多相类芬顿催化剂的研究进展,重点介绍了在制备过程中对其形貌的调控、贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、或负载于其他材料表面等改善其环境催化性能方法与效果,改性后发现BiFeO₃的可见光催化和多相类芬顿催化性能均得到提升。最后,对铁酸铋复合催化剂未来的发展方向进行了展望。     

碳量子点纳米材料在铅卤钙钛矿太阳能电池中的应用研究进展

碳量子点（CQDs）是一类粒径较小,光学性能显著,且电荷传输性能优异的类半导体纳米材料,在钙钛矿太阳能电池的性能调控和改善中得到广泛的应用。从CQDs纳米材料的合成、性能及应用出发,综述了CQDs纳米材料在钙钛矿太阳能光电器件中电子传输层、钙钛矿光吸收层和空穴传输层等方面的应用进展,并展望了该类材料调控钙钛矿太阳能器件性能的发展趋势。     

大尺寸二维卤化物钙钛矿铁电晶体的生长及偏振光电探测性能研究※

低维半导体材料, 尤其是近些年快速发展的二维卤化物钙钛矿材料, 因其固有的结构各向异性、独特的量子限域效应和优异的半导体特性, 在偏振光电探测等领域展现出巨大的应用潜力. 其中, 铁电极化所产生的体光伏效应为实现高灵敏的偏振光电探测提供了一种简单有效的途径. 然而二维卤化物钙钛矿铁电体的大尺寸晶体生长仍然是其在光电器件应用中所面临的一个科学难题. 本工作中, 利用溶液降温法生长出了厘米级尺寸的高质量二维卤化物钙钛矿(iPA)₂EA₂Pb₃I₁₀ (iPA为异戊胺, EA为乙胺)铁电单晶, 其最大晶体尺寸达15 mm×15 mm×3 mm. 实验结果表明二维钙钛矿结构赋予(iPA)₂EA₂Pb₃I₁₀晶体强的光学各向异性、窄的光学带隙(1.80 eV)和极其优异的光电特性(光电响应开关比达到10³). 更重要的是, 基于(iPA)₂EA₂Pb₃I₁₀铁电单晶组装的光电探测器在弱偏振光的照射下表现出极其优异的光电特性, 包括大二色比(2.3)、高响应度(193 mA•W^–1)和探测率(7.0×10¹¹ Jones), 超过大多数基于材料本征光学各向异性的光电探测器件. 这项工作不仅为高度各向异性卤化物钙钛矿铁电体的晶体生长指明了方向, 而且推动了铁电材料在高性能偏振光电探测器等方面的应用.     

钙钛矿型氧化物的制备及其在固体氧化物燃料电池和金属-空气电池中的应用

本文对钙钛矿型氧化物的制备方法及其用于固体氧化物燃料电池(SOCFs)和金属-空气电池中的最新进展进行了较为全面的综述。制备钙钛矿型氧化物的方法有很多,包括盐分解法、固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、反微乳法和模板法等。不同的制备方法可以得到各种形貌的钙钛矿型氧化物,如纳米立方体、纳米管、纳米棒、纳米片、纳米纤维和介孔结构。本文总结了这些制备方法的优点、缺点以及其适用的范围。作为一种重要的功能材料,钙钛矿型氧化物广泛应用于电极材料中。在SOCF中,重点介绍了阴极、阳极和电解质的研究现状,从电极材料的设计出发,比较了它们用于不同电极材料时的稳定性、电导率以及电催化活性,指出不足之处;在空气电极中,主要讨论了影响钙钛矿型氧化物氧的析出/还原催化活性和稳定性的因素。最后对钙钛矿型氧化物今后研究的方向和应用前景进行了预测。     

新型锂离子电池CaSnO_3负极材料的湿化学制备与电化学性能

采用湿化学方法合成了具有钙钛矿结构的CaSnO3,将其作为锂离子电池的负极活性物质,研究了其电化学性能。结果表明,湿化学方法制备的锡酸钙,粒度分布集中、平均粒径在500nm左右,在0￣1.0V之间以0.1C倍率充放电时,其可逆容量达到469mAh·g-1,而且循环性能良好。经80次循环后的容量衰减率只有0.57%。从首次放电容量和可逆容量来看,锡酸钙的储锂机制与锡基氧化物材料相似,即:首先是结构的还原并形成金属锡;然后金属锡与锂发生可逆的合金化与去合金化过程。锡酸钙的可逆容量、循环性能都比文献报道的块状锡氧化物或者是无定型锡基复合氧化物好,这说明钙钛矿结构和钙离子的存在可能对改善锡基负极材料的性能是有益的。     

模板法制备钙钛矿型复合氧化物催化剂的研究进展

钙钛矿型复合氧化物由于其组成和结构的特殊性以及优秀的热稳定性、氧化还原性能、氧迁移率和电子离子导电性,近年来在催化剂领域引起人们的广泛关注.将纳米多孔设计策略应用于钙钛矿型氧化物,可以在各种应用中带来新的和优异的性能.制备多孔金属氧化物材料主要采用模板法,本文综述了钙钛矿型复合氧化物的结构特征以及使用硬模板法、软模板法...     

新型锂离子电池CaSnO3负极材料的湿化学制备与电化学性能

采用湿化学方法合成了具有钙钛矿结构的CaSnO₃，将其作为锂离子电池的负极活性物质，研究了其电化学性能。结果表明，湿化学方法制备的锡酸钙，粒度分布集中、平均粒径在500 nm左右，在0～1.0 V之间以0.1 C倍率充放电时，其可逆容量达到469 mAh·g^-1，而且循环性能良好。经80次循环后的容量衰减率只有0.57%。从首次放电容量和可逆容量来看，锡酸钙的储锂机制与锡基氧化物材料相似，即:首先是结构的还原并形成金属锡；然后金属锡与锂发生可逆的合金化与去合金化过程。锡酸钙的可逆容量、循环性能都比文献报道的块状锡氧化物或者是无定型锡基复合氧化物好，这说明钙钛矿结构和钙离子的存在可能对改善锡基负极材料的性能是有益的。     

Sr2MgMoO6阳极材料制备与催化性能

通过溶胶-凝胶过程制备了固体氧化物燃料电池双钙钛矿阳极材料Sr₂MgMoO₆（SMMO）,研究了样品制备过程对材料的相态结构组成、传输性能、H₂氧化催化活性等方面的影响。结果表明,SMMO对制备过程的要求高,难以通过简单一步退火反应获得相态纯净的双钙钛矿结构,高纯度的SMMO需要经过反复混合及充分退火反应制取,同时样品中少量的杂质相SrMoO₄也很难彻底消除;样品中的杂质对材料的电导率有明显影响,纯度越高,材料的导电传输性能越好;SMMO的纯度对阳极材料的电化学性能影响很大,纯度越高,阳极的界面阻力越小,阳极催化氧化H₂的性能越好,对应单电池的输出功率越大;在800℃下,SMMO阳极的界面电阻低至1.07 Ω·cm²,对应单电池的输出功率可达710 mW·cm^-2。