α-Fe2O3纳米晶薄膜厚度对光电流的影响

研究了不同α-Fe2O3纳米晶薄膜厚度及不同光照方向时α-Fe2O3／ITO电极在KCl溶液中的光电化学行为,发现当膜的厚度增加时,光电流响应减弱。当膜的厚度较薄（50μm）时,正、反两面光照对光电流的响应几乎不会产生影响,而当膜较厚（100μm）时,反面光照的光电流响应更强。     

USP制备高光电活性Ti掺杂Fe2O3薄膜

本文报道了采用超声喷雾裂解法(USP)法制备α-Fe2O3以及不同厚度的Ti掺杂α-Fe2O3薄膜,并通过XRD、XPS、SEM、IPCE表征了合成的薄膜。XRD测试结果表明,Ti掺杂和纯相Fe2O3均为α相并在(110)晶面优先生长;从AFM图中看出Fe2O3晶粒呈尖峰状垂直于平面排列;由XPS分析得知Ti离子在Fe2O3薄膜中以Ti4+和Ti3+两个价态存在;由光电效率表征可知,吸收光电转换效率(APCE)值是随着样品薄膜厚度增加而减小,在厚度为20nm时APCE为58%,对于粉末Fe2O3光催化材料是粒径尺寸越小光利用率越高;然而Fe2O3薄膜的IPCE值在厚度为60nm时最高达到23.5%,此时光利用效率最大。     

聚天冬氨酸与钨酸钠复配对白铜B10的缓蚀作用

应用光电化学的方法研究了两种环境友好型缓蚀剂聚冬天氨酸(PASP)和钨酸钠(Na2WO4)的单一配方及其复配对白铜B10在硼砂-硼酸缓冲溶液中的缓蚀作用援研究表明, 在光电流循环伏安测试中, 单一的PASP与Na2WO4均能够使B10表面Cu2O膜引起的p型光电流响应增大, 这说明缓蚀剂增大了Cu2O膜的厚度, 使B10的腐蚀速率减小. 单一的PASP与Na2WO4的最佳添加浓度分别为3和5 mg·L-1, 单一的Na2WO4比单一的PASP使p型光电流响应增大趋势更大. 若以总浓度为5 mg·L-1时对两者进行复配, 当PASP与Na2WO4的质量浓度比为1:1和1:3时, 两者复配比单一使用时的p型电流光响应都更大, B10的腐蚀更小, 即缓蚀剂的效果更好. 交流阻抗测试结果与光电化学测试相一致.     

硝酸盐对羰基硫与气溶胶表面非均相反应的影响

利用原位漫反射傅里叶红外光谱(DRIFTS)对硝酸盐与α-Fe2O3形成的混合气溶胶与羰基硫(COS)的非均相反应进行研究,并比较了不同硝酸盐(NaNO3、KNO3和NH4NO3)和α-Fe2O3的混合物与COS反应的情况.结果表明:NaNO3质量分数为4％的混合颗粒物与COS反应具有最高的反应活性,相比纯α-Fe2O3的反应速率提高了约5倍;含等质量分数(24％)硝酸盐的混合物和纯α-Fe2O3对COS的转化能力依次为:α-Fe2O3/KNO3＞α-Fe2O3/NaNO3＞α-Fe2O3/NH4NO3＞α-Fe2O3,而纯NaNO3、KNO3和NH4NO3颗粒与COS不发生反应.说明硝酸盐的存在很大程度上提高了COS在α-Fe2O3颗粒物表面的转化能力.     

Ni(OH)2量子点助催化剂修饰α-Fe2O3光阳极增强光电分解水性能

氢气具有无毒、能量密度高以及燃烧过程零污染等优点,被誉为是未来代替化石能源的优质新型能源载体.探索高效的、可持续的制氢技术对氢气能源发展至关重要.其中,光电化学水分解电池以太阳能作为驱动力将水分解成氢气和氧气,是解决能源和环境危机的理想途径之一.α-Fe2O3是一种窄带隙(～2.1 eV)半导体,可以吸收约40％的太阳光,同时具有天然丰度高、成本低等优点,是目前备受关注的光阳极材料.然而,由于α-Fe2O3空穴扩散距离短和表面产氧动力学慢等缺点,导致α-Fe2O3的光电分解水效率仍然较低.针对上述问题,目前主要通过掺杂、构建异质结和负载助催化剂等手段来改善其性能.其中,负载助催化剂可以有效降低水氧化活化能和促进表面电荷分离,是改善光阳极性能的有效手段.本文采用离子吸附和螯合剂调控水解两步法,将Ni(OH)2量子点(Ni(OH)2 QDs)原位生长于α-Fe2O3表面,成功构建了Ni(OH)2 QDs/α-Fe2O3复合光阳极.透射电子显微镜结果表明,Ni(OH)2以直径为3–5 nm的量子点附着于α-Fe2O3纳米棒表面,并形成独特且牢固的异质结结构.光电水氧化性能表明,所制备的Ni(OH)2 QDs/α-Fe2O3光电阳极表现出良好的光电性能,其光电流达到了1.93 mA·cm?2(1.23 V vs.RHE),是单纯α-Fe2O3的3.5倍,且Ni(OH)2 QDs助催化剂使α-Fe2O3的起始电位降低了～100 mV.2 h稳定性测试结果表明,Ni(OH)2 QDs助催化剂在提升α-Fe2O3光电水氧化性能的同时,自身能够保持良好的稳定性,这在Ni(OH)2作为光电水氧化助催化剂的研究中较为少见.通过电化学活性面积、开路电压、电化学阻抗谱、注入效率和强度调制光电流谱等表征了Ni(OH)2 QDs对α-Fe2O3光阳极和电解液界面电荷传输的影响.结果表明,Ni(OH)2 QDs不仅能充分暴露水氧化活性位点,促进载流子在界面快速迁移,而且能有效钝化α-Fe2O3表面态,从而降低光生电子-空穴表面复合几率.本文可为多功能和高效量子点助催化剂/半导体光阳极的构建及在光电分解水制氢方面的应用提供一定借鉴.     

纳米α-Fe_2O_3-TiO_2改性海藻酸钠/壳聚糖双极膜制备与表征

在壳聚糖(CS)阴离子交换膜中添加纳米复合半导体材料α-Fe2O3-TiO2,制备了PVA-SA/α-Fe2O3-TiO2-CS双极膜(PVA:聚乙烯醇;SA:海藻酸钠),并用扫描电镜、热重分析、电子万能试验机和接触角测定仪等对其进行了表征。研究结果表明,添加纳米α-Fe2O3-TiO2可提高双极膜的亲水性、热稳定性和机械性能。纳米α-Fe2O3-TiO2复合半导体材料较纳米α-Fe2O3或纳米TiO2单一半导体材料具有更强的光催化双极膜中间界面层水解离能力,在高压汞灯照射下能大大降低双极膜的膜阻抗和膜电阻压降(IR降)。     

α-Fe2O3/C复合材料的制备及性能研究

采用高温固相反应法制备α-Fe2O3/C复合材料,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、电化学阻抗谱对其结构和电化学性能进行了表征.充放电测试结果显示,α-Fe2O3/C复合材料循环50周时可逆充电容量为935.3 mAh?g-1,循环性能较商品化α-Fe2O3有显著改善.电化学阻抗谱测试结果显示,α-Fe2O3/C复合材料电极在首次嵌锂过程中分别出现了锂离子通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的迁移、材料的电子电导率、电荷传递过程相关的半圆,并详细分析了它们的变化规律.     

α-Fe_2O_3纳米立方体和纳米棒组装空心微球的可控合成及其磁学性能

在0.15mol/LCl-和0.05mol/LSO42-的存在下,通过Fe3 溶液140℃水热反应12h分别得到α-Fe2O3纳米立方体和α-FeOOH纳米棒自组装的微球,将得到的α-FeOOH纳米棒自组装微球经600℃热处理2h后转化为α-Fe2O3纳米棒组装空心微球.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱对所得产物进行表征和分析.结果表明,所制备的单分散的α-Fe2O3纳米立方体为六方单晶结构,其边长为500nm.直径为2~4.5μm的空心微球是由直径约150nm的α-Fe2O3纳米棒组装而成.研究了Cl-和SO42-在纳米立方体和空心微球形成过程中的作用,提出了可能的生长机理.在室温下测试了α-Fe2O3纳米立方体和α-Fe2O3纳米棒自组装微球的磁学特性,其矫顽力和剩余磁化强度分别为2858.3Oe(1Oe=79.58A/m)和0.195emu·g-1(1emu·g-1=15.7914×10-9A·m2·kg-1),218.87Oe和0.071emu·g-1.     

超声喷雾法制备掺Zn和未掺Zn α-Fe_2O_3薄膜的研究

使用自制的超声雾化热裂解设备(UPS)成功地制备了掺Zn和未掺Zn的α-Fe2O3薄膜,并对其光电特性进行了较为系统的研究.XRD结果证实了所获得的薄膜为α- Fe2O3,AFM测试结果表明:薄膜致密,晶粒成沟壑状地生长,粒径在0.1 μm到0.2 μm之间.紫外-可见光谱实验发现Zn掺杂的α-Fe2O3薄膜吸收发生了"红移",带隙发生变化.XRD分析也证实Zn掺杂对Fe2O3的晶体结构有影响.Mott-Schottky测试的结果获得了UPS制备的n型α-Fe2O3薄膜的导带、价带电位,而Zn掺杂α-Fe2O3薄膜的导电类型由n-型转变为p-型,且它的价带、价带电位能够更适合氢和氧的析出.这说明了自制的UPS设备可以用于太阳光水解制氢半导体薄膜材料的制备.     

Cu掺杂α-Fe2O3纳米粉体的掺杂量分析与X射线衍射研究

采用分析纯FeCl3·6H2O和NH3·H2O为主要原料,控制不同n(Cu2+)/n(Fe3+),利用均匀共沉淀法制备了Cu掺杂的α-Fe2O3纳米粉体.通过原子吸收光谱(AAS)和X射线衍射(XRD)分析了样品中Cu2+的掺杂量,并研究了掺杂对α-Fe2O3晶胞参数、晶粒度等的影响.结果表明,Cu掺杂α-Fe2O3仍为刚玉型结构,但晶胞参数a、b、c表现出增大趋势;Cu掺杂使α-Fe2O3晶体结构产生替位杂质缺陷,增大了α-Fe2O3的晶核生长活化能,使其晶粒度减小;随着Cu掺杂量的增大,α-Fe2O3的晶核生长活化能逐渐增大,晶粒度逐渐减小.该研究为α-Fe2O3半导体材料的性能及应用研究提供了指导.     

聚天冬氨酸与钨酸钠复配对黄铜缓蚀作用的光电化学研究

应用光电化学的方法研究了两种环境友好型缓蚀剂聚天冬氨酸(PASP)和钨酸钠(Na2WO4)的单一配方及其复配对黄铜在含硼砂硼酸缓冲溶液的模拟水中的缓蚀作用. 结果表明, 在光电流循环伏安测试中, 单一的PASP与Na2WO4均能够使黄铜表面Cu2O膜引起的p-型光电流响应增大, 这说明缓蚀剂增大了Cu2O膜的厚度, 使黄铜的腐蚀速率减小. 单一的PASP与Na2WO4的最佳添加浓度分别为20与25 mg•L－1. 若以总浓度为20 mg•L－1时对两者进行复配, 当PASP与Na2WO4的质量比为1∶1时, 两者复配比单一使用时的p-型电流光响应都更大, 黄铜的腐蚀更小, 即缓蚀剂的效果更好.     

醋酸钾溶液体系中α-Fe_2O_3纳米微球的离子液体辅助合成及气敏性能研究

以Fe Cl3·6H2O和CH3COOK为反应物,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([Bmim]Cl)为结构导向剂和表面活性剂,采用水热合成法在150℃反应8 h制备出结晶度好、形貌规整,直径为10~30 nm的α-Fe2O3纳米微球.考察了[Bmim]Cl的添加量对氧化铁形貌和气敏性能的影响.气敏性能测试结果表明:当离子液体添加量为12 mmol时,α-Fe2O3纳米微球对乙醇的气敏性能最佳.在工作温度为300℃时,对50μL/L乙醇的灵敏度达到7.56,是不添加离子液体时制备的α-Fe2O3的5.6倍,在10~200μL/L的检测范围内灵敏度与浓度具有良好的线性关系(R=98.8%),并且具有良好的选择性和稳定性.本文还详细探讨了α-Fe2O3纳米微球对乙醇的敏感机理,以及工作温度对其气敏性能的影响.     

α-Fe2O3在LiOF水溶液中的锂化行为

用循环伏安和红外光谱法对α-Fe2O3在室温LiOH溶液中的锂化行为进行研究.采用X射线衍射(XRD)、电感偶合等离子体光源的原子发射光谱(ICP)对α-Fe2O3电极在第一、二次循环中不同时段进行了跟踪分析测量.实验结果揭示:α-Fe2O3能进行少量锂化;大量的α-Fe2O3在第一次放电和充电后反应生成Fe3O4;之后,Fe3O4的锂化行为不可避免地为Fe的析出、氧化反应所限制,但在用KOH作电解质溶液的对比实验时发现:α-Fe2O3在LiOH溶液中的充放电行为与它在KOH溶液中是不同的,主要表现为,1)在LiOH溶液中,锂化和Fe析出、氧化反应协调的结果是其充放电曲线平台高度比在同碱度KOH溶液中降低了100mV左右,2)与K+对比,Li+的插入反应促进了α-Fe2O3到Fe3O4的转化.     

单分散α-Fe_2O_3纳米结构空心亚微球的制备及表征

采用一种新的溶液生长法结合多步包覆法在自制的不同粒径SiO2单分散亚微球表面包覆不同厚度的β-FeOOH涂层,得到单分散β-FeOOH/SiO2核壳结构亚微球.实验结果表明,SiO2核心颗粒尺寸对表面涂层的形态和包覆均匀性有很大影响.当SiO2核心颗粒的平均粒径为250 nm左右时,β-FeOOH表面涂层均匀,颗粒间团聚较少,一次包覆后涂层厚度约为35 nm.涂层中β-FeOOH纳米棒的尺寸随着所选SiO2核心颗粒粒径的增大而相应增大.经多次包覆能够显著提高涂层的厚度,3次包覆后β-FeOOH表面涂层厚约100 nm.β-FeOOH/SiO2核壳结构亚微球与质量分数5%的NaOH溶液反应后,于600℃焙烧2 h得到了单分散α-Fe2O3空心微球.单分散α-Fe2O3空心亚微球表层是由α-Fe2O3纳米棒搭建而成的三维网络结构,α-Fe2O3纳米棒的尺寸与核壳结构中β-FeOOH纳米棒的尺寸基本一致.     

氢氟酸腐蚀对α-Fe_2O_3薄膜光解水电极光电化学性质的影响（英文）

使用溶胶-凝胶法制备了α-Fe2O3薄膜,研究了氢氟酸腐蚀薄膜表面对其光电化学性质的影响.实验发现,薄膜表面的孔洞和间隙随着氢氟酸浸蚀时间的增长而发生变化.氢氟酸浸蚀5 min,α-Fe2O3电极的光电流降低;随后随浸蚀时间增加而迅速增加;当浸蚀时间大于15 min时,其光电流再次下降,但对浸蚀过的样品再次退火可以使光电流大幅增加.通过电化学交流阻抗谱、拉曼和X射线光电子能谱分析,提出了两个影响光电流的因素:氢氟酸表面浸蚀造成薄膜表面的多孔性和结晶度降低.为此,通过示意图解释了结合浸蚀和退火后处理两个步骤来增强α-Fe2O3薄膜光解水电极光电活性的原理.相对于初始的α-Fe2O3电极,浸蚀并且再退火处理后,其光电性质更加稳定.     

光电催化分解水稳定性达100h的亚稳相β-Fe2O3光阳极

利用半导体光电催化分解水制氢是将太阳能转化为化学能的有效途径之一,具有重要的科学意义和巨大的应用前景.铁基半导体具有光谱响应范围广、绿色环保和价格低廉等优点,是具应用前景的光阳极材料之一.在铁基半导体中,α-Fe2O3光阳极的光电催化性能已经被广泛报道,亚稳相氧化铁的光电催化性能尚未有深入研究.本课题组曾经报道用于光电催化分解水的亚稳相β-Fe2O3颗粒组装膜光阳极[Natl.Sci.Rev.,2020,7,1059–1067].β-Fe2O3光阳极的太阳能-氢能理论转化效率为20.9％,优于α-Fe2O3光阳极.β-Fe2O3的热稳定性和在长时间光电催化反应过程中的光化学稳定性是决定其应用前景的核心问题.本文报道了一种喷雾热裂解制备β-Fe2O3薄膜的方法.该方法提高了β-Fe2O3的热稳定性,从而提高了β-Fe2O3在长时间光电化学反应中的光电化学稳定性.与电泳沉积方法制备的β-Fe2O3颗粒组装膜相比,利用喷雾热裂解法制备的亚稳相β-Fe2O3薄膜的热稳定性得到显著增加.物相表征结果表明,经过相同的煅烧处理或者激光辐照后,电泳沉积方法制备的β-Fe2O3颗粒组装膜发生了明显相变;而由喷雾热裂解制备的β-Fe2O3平板膜依旧保持稳定,没有发生相变.β-Fe2O3薄膜与衬底之间存在较高的应力,与颗粒组装膜相比,平板膜在退火热处理与激光辐照下都表现出更好的稳定性.β-Fe2O3薄膜与衬底之间的应力增加了亚稳相β-Fe2O3的相变势垒,提高了β-Fe2O3的相变温度.通过引入Ti4+掺杂提高载流子浓度,改善载流子传输,使得β-Fe2O3光阳极的光电催化性能提升了3倍.结果表明,β-Fe2O3光阳极薄膜具有良好的光化学稳定性,其光电催化分解水性能在模拟太阳光条件下工作110 h后未出现明显的衰减.本文提出了一种增加亚稳相β-Fe2O3热稳定性的方法,β-Fe2O3光阳极具有较好的光化学稳定性,在光电催化方面具有较好的应用前景.     

三维有序大孔α-Fe2O3的制备及电化学性能研究

通过聚苯乙烯(PS)胶晶模板法合成了三维有序大孔(3DOM) α-Fe2O3, 运用扫描电镜、热重分析、X射线衍射、电化学充放电等多种方法对其结构和性能进行了表征和研究. SEM表明PS 胶晶模板和3DOM α-Fe2O3呈周期性排列. 合成的3DOM α-Fe2O3为三维有序多孔网状结构, 具有球型和六边形的孔隙形貌, 其孔径大小约为(115±10) nm; 孔壁由α-Fe2O3纳米晶粒组成, 壁厚为20～30 nm. XRD图谱表明经过煅烧除去模板后, 形成了纯α-Fe2O3相. 当3DOM α-Fe2O3作为锂离子电池负极材料时, 首次放电充电容量分别高达1880和1130 mAh•g－1, 20次循环后可逆容量依然高达631 mAh•g－1, 库仑效率大于90%.     

纳米半导体材料SO~_4(2-)/La-α-Fe_2O_3的表面结构与酒敏特性

对纳米半导体材料 SO2 -4/La-α-Fe2 O3 进行了 IR、XPS分析和比表面积测定实验 ,并制成厚膜型酒敏元件 ,探索了焙烧温度与灵敏度的关系以及气敏元件的稳定性。结果表明 ,样品中 SO2 -4与 La-α-Fe2 O3 表面的金属离子 (Fe3 + 或 La3 + )结合构型是无机桥式配位型 ,SO2 -4的加入使 Fe2 p3 /2 电子结合能从 71 0 .85 e V提高到 71 2 .1 0 e V,表面 Fe3 + 在 SO2 -4的作用下显示出更正的电位 ,从而改变了半导体性质 ,由 p型转变成为 n型 ;在焙烧温度为 45 0℃烧结的 SO2 -4/La-α-Fe2 O3 元件 ,对酒精的灵敏度最高 (S=3 5 .7)、稳定性好。     

不同方法掺杂Au对纳米α-Fe2O3气敏性能的影响

分别采用共沉淀法、浸渍法、紫外辐照法制备了掺杂不同Au含量的α-Fe2O3纳米粉体,并制作了旁热式厚膜型气敏元件.用XRD、TG-DTA和TEM技术对纳米晶的晶型、晶粒大小及形貌进行了表征.考察了掺杂方法、Au含量及焙烧温度对α-Fe2O3气敏性能的影响.结果表明,采用三种方法掺杂适量Au后,都使α-Fe2O3的气敏性有了显著提高,其中采用共沉淀法,在400℃焙烧的Au质量分数为1.5%的α-Fe2O3的气敏性最佳.     

溶液共混法制备PMMA-Fe2O3杂化膜的研究

以甲基丙烯酸甲酯(MMA),α-Fe2O3纳米材料为原料,丙烯酸(AA)为交联剂,采用溶液共混法制备了PMMA-Fe2O3杂化膜。用IR,TG-DTA和SEM对杂化膜进行了测试,结果表明:PMMA通过-COO-Fe键与Fe2O3发生杂化,α-Fe2O3以10 nm~60 nm的形式分散在膜中。杂化膜的附着力、硬度、冲击强度、热稳定性明显优于纯PMMA。杂化膜具有良好的柔韧性和耐溶剂性能,其光泽度随搅拌时间的延长而增加。