NbS2-xSex的制备、表征及其摩擦学性能

本文采用固相反应合成了NbS_2-xSe_x纳米材料。并分别采用XRD、SEM、TEM、HRTEM进行了结构、形貌和成分的分析表征。系统研究了合成温度、保温时间及不同掺杂量对产物晶型和形貌演化的影响及规律性。结果表明Se的掺杂使NbS_2-xSe_x的形貌由纳米带(板)转变为纳米片,衍射峰明显宽化,峰强变弱,晶粒细化。且掺杂量、保温温度及时间对产物的形貌影响较大;在750℃下保温2h得到的掺杂5at%Se的NbS_1.9Se_0.1形貌良好。将NbS_2-xSe_x作为液体石蜡油的添加剂的UMT-2摩擦学实验结果表明掺杂后的NbS_2-xSe_x具有优异的摩擦性能,其中掺杂5at%的Se在750℃下保温2h的NbS_1.9Se_0.1摩擦性能最佳,同时对其摩擦机理进行了解释。     

W掺杂NbSe2及其Cu基复合材料摩擦学性能研究

本文利用固相合成法制备W掺杂的NbSe2,且以Nb1-xWxSe2为固体润滑相,Cu为基体相,通过粉末冶金的方法制备出不同质量百分比含量的Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料。利用XRD、SEM、TEM测试手段分析了样品中的相成分、微观形貌,采用电阻率检测仪、材料试验机和排水法测试块体样品的电阻率、硬度和密度,并用摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行评价。结果表明随着W掺杂量的增加,Nb1-xWxSe2的形貌由规则的微米六方片转变为纳米片和纳米带的混合,掺杂对电阻率影响不大。随着Nb1-xWxSe2添加量的增加,Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料的电阻率缓慢升高,摩擦系数呈现不同规律变化。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=0且其添加质量为10%时,NbSe2/Cu基复合材料体系拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.15,磨痕平滑且宽度较窄。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=3%且Nb0.97W0.03Se2的添加质量为5%时,Nb0.97W0.03Se2/Cu基复合材料拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.17,磨痕更加平滑且磨痕浅。这是由于Nb0.97W0.03Se2中同时均匀存在纳米带和纳米片,它们互相缠绕在一起,在复合材料中纳米片起到润滑成膜的作用,纳米带类似于鸟巢中的草屑和树枝,起到了增强增韧的作用,促使材料的力学和摩擦学性能同时提高。     

一步法水热合成 TiO2纳米线及其光催化性能

以钛酸丁酯和异丙醇为原料, 采用一步法在NaOH溶液中水解后直接进行水热反应, 经焙烧处理, 得到TiO2纳米线. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱分析(EDX)对产物进行了形貌、结构及成分的表征. 考察了不同水热温度、碱液浓度、水热反应时间及焙烧温度等因素对产物的影响. 结果表明, 获得较好形貌TiO2纳米线的最佳水热温度、碱液浓度和水热反应时间分别是180 ℃, 10 mol/L和24 h. 所得TiO2纳米线焙烧至950 ℃时仍为锐钛矿相, 说明本文制备方法迟滞了TiO2纳米线由锐钛矿相向金红石相的转变. 以甲基橙为目标降解物, 采用紫外-可见分光光度计研究了未掺杂和铕掺杂TiO2纳米线(Eu-TiO2)的光催化性能. 结果显示, 最佳掺铕量(摩尔分数)为1.6%. 在300 W紫外灯照射60 min时, 此掺铕量的TiO2纳米线对甲基橙溶液的降解率是未掺杂样品的1.5倍.     

Cu掺杂TiO_2薄膜的摩擦学性能

采用溶胶-凝胶法在普通玻璃基底上制备了纯TiO2和Cu掺杂的TiO2(Cu-TiO2)纳米结构薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、粉末X射线衍射(XRD)及UMT-3摩擦磨损试验机考察了Cu掺杂量对薄膜组成、结构、表面形貌及摩擦学性能的影响.结果表明,相比于纯TiO2薄膜,Cu掺杂TiO2纳米薄膜平整、均匀,具有较好的耐磨减摩性能.Cu掺杂量的多少直接影响Cu-TiO2薄膜的减摩抗磨性能,当Cu掺杂量为5%(摩尔分数)时,Cu-TiO2膜具有最佳的耐磨寿命和最低的摩擦系数.     

水合氧化铝的热处理及纳米氧化铝的颗粒特性

利用IR、XRD、TG-DTA和TEM等测试技术研究了醇铝的水解产物——水合氧化铝的特性及水合氧化铝的热处理过程，探讨了热处理工艺对纳米氧化铝颗粒特性的影响规律。结果表明，醇铝的水解产物水合氧化铝为富含吸附水和结构水的非晶态一水铝石，300 ℃煅烧后出现部分非晶态γ-Al₂O₃；煅烧温度、保温时间和冷却方式均能影响纳米氧化铝粒子的晶型、大小和形貌，其中煅烧温度影响最大，冷却方式影响次之，保温时间影响最弱；在750 ℃ / 3 h、800 ℃ / 4 h、900 ℃ / 4 h、950 ℃ / 4 h和1 000 ℃ / 4 h随炉冷却工艺条件下，分别得到粒径为3~5 nm、3~5 nm、5~10 nm、10~15 nm和50~100 nm的纤维状或球状、α相或γ相的纳米氧化铝粒子。     

低量Tm掺杂TiO_2纳米粉体的光致发光特性及光活性

利用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量及不同温度焙烧的Tm掺杂TiO2纳米粉体。采用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射谱(DRS)和光致发光光谱(PL)技术研究了Tm掺杂量和焙烧温度对其相结构、晶粒尺寸、光吸收及光致发光性能的影响;并以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解评价其光活性。结果表明:低量Tm掺杂强烈抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相转变,减小晶粒尺寸;然而,Tm掺杂量增加,抑制相变作用减弱。Tm掺杂导致样品的紫外吸收能力略有降低,光吸收带边蓝移。Tm掺杂导致样品的PL谱强度降低(0.05%0.075%0.025%≈0.1%0%),光活性升高(0.075%0.05%0.1%0.025%0%),但二者顺序并不完全一致。低量Tm掺杂能有效提高纳米TiO2的光活性;当Tm掺杂量为0.075%(质量分数)、焙烧温度为550℃时,制得样品呈双相结构,锐钛矿相占91%,晶粒尺寸为24.48 nm,其光活性最佳。光活性提高的主要根源是Tm掺杂能有效促进纳米TiO2表面光生e-/h+分离,提高量子化效率。     

掺硼纳米TiO2对农药毒死蜱的光催化降解作用

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂硼的纳米TiO2,并用X射线衍射、红外光谱表征了产物的组成和结构.用制备好的掺硼纳米TiO2作为光催化剂对农药毒死蜱进行了光催化降解研究.结果表明:通过掺硼可以显著提高TiO2对毒死蜱的光催化效率.在硼掺杂量为3%,催化剂煅烧温度为500℃,煅烧时间为1 h,催化剂用量为15%时,毒死蜱的降解率最高.     

反应温度对Ta掺杂球形氧化钨光吸收性能的影响

以TaCl5、Na2WO4·2H2O及C6H6O12为原料,采用水热法在140℃~200℃保温48h合成钽掺杂球形氧化钨。利用XRD、SEM等手段对产物进行物相、形貌进行表征。研究表明:水热反应温度140℃~200℃为均能获得三斜晶型的氧化钨球,球体尺寸在2~3μm之间。对不同反应温度条件下合成的氧化钨球进行紫外-可见光的吸收光谱分析可知,平均禁带宽度为3.73e V,在170℃水热条件下获得样品对光的吸收性能最好。该样品在高温煅烧后,形貌发生较大的变化。     

锌掺杂TiO_2的制备及其可见光催化性能

以钛酸纳米管[H2Ti2O2(OH)2,NTA]作为钛的前驱体、ZnCl2为锌源,采用水热法制备了锌掺杂的TiO2光催化剂;采用X射线衍射仪和透射电镜分析了催化剂产物的晶体结构和微观形貌;同时以亚甲基蓝为模型反应物,研究了锌掺杂量和水热温度对催化剂可见光光催化性能的影响.结果表明,水热温度为130℃,锌掺杂量为0.5%时,所得样品的光催化性能最佳.     

K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的形貌可控合成及光催化性能

钽酸盐光催化材料往往具有较高的光催化活性.近年报道的钽酸盐光催化剂主要采用传统高温固相法制备,该方法不可避免地导致高温烧结,使合成的钽酸盐颗粒较大,比表面积较小,而且该方法具有不可克服的晶体转变、结晶度差、分解、挥发和纯度低等缺点,使制备的光催化剂活性较低.而纳米材料由于粒径小,提高了电子和空穴的扩散速度,大大降低了电子和空穴在材料内的复合几率,从而使光催化材料活性大幅提高.此外,粒径减小也使表面原子迅速增多,减小了光的漫反射,同时也使光吸收不易达到饱和,有利于提高光吸收效率.因此,制备纳米材料是提高半导体光催化剂活性的有效手段.目前,采用湿化学的溶液合成方法能在较低温度下获得粒度小且均匀、计量比准确的光催化剂粉末,但是合成钽酸盐光催化剂的水溶性钽前体即乙醇钽(或氯化钽)价格昂贵,而且对潮湿极端敏感易水解,使产物纯度降低,不适合工业化生产.近年来,尽管有文献报道以Ta2O5为原料利用水热、溶胶-凝胶和共沉淀等方法制备钽酸盐,但其合成条件苛刻,合成步骤复杂,合成周期较长,耗能大,产物产量较低且不均匀,很难实现产物的形貌控制来筛选出适合光催化反应的材料.目前关于纳米钽酸盐光催化材料形貌控制方面的研究鲜有报道,主要是由于Ta2O5极难溶解,很难实现液相合成.因此,纳米钽酸盐光催化材料的可控制备是研究的难点.我们发展了熔盐-水热制备钽酸盐新方法,实现了K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的可控制备.利用熔盐法制备一种可溶性钽酸盐前驱体,再通过水热法在液相进一步反应制得纳米钽酸盐光催化材料K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O,通过控制反应条件实现了纳米钽酸盐K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的形貌调控,得到了纳米球、微球、去顶八面体形貌和类似榴莲形貌等不同形貌,而利用其它制备方法很难控制钽酸盐的形貌.另外,研究了制备材料吸附和光催化降解罗丹明B的性能,发现该材料光催化活性与形貌直接相关.表征结果表明,制备样品的X射线衍射(XRD)谱图尖锐,结晶较好,其各衍射峰位置均与K2Ta2O6一致,为纯相烧绿石结构,属于立方晶系,空间群为Fd3m.通过分析合成材料的元素组成及含量,确定K：Na：Ta比例近似为1.9：0.1：2.为了进一步研究属于烧绿石型化合物K1.9Na0.1Ta2O6·2H2O的结构,对不同形貌材料进行了红外光谱测试,所有样品在450–1000 cm–1的谱峰可归属于(K, Na)–O和Ta–O键的振动,3300 cm–1左右为晶体结构中水的羟基伸缩振动峰,1720 cm–1左右是晶体结构中水的弯曲振动峰.可以看出,不同形貌材料的红外谱图吸收带宽度和位置十分相似,只存在小的偏移和变化,进一步表明不同形貌的材料具有相似的晶体结构,与XRD结果一致.差热-热重分析确定了结构中所含结晶水数量近似为2.光催化性能测试结果表明,具有纳米球形貌的材料比表面积较大,因而光催化活性最高.     

用于NO_x低温下吸附还原的CoO_x/CeO_2二元氧化物的制备

研究了以多孔二氧化硅微球和活性炭为载体制备NOx吸附/还原催化剂的方法,摸索了最佳Ce/Co物质的量的比例。采用低温氮吸附方法测定了样品的BET比表面和孔容,利用XRD方法表征了样品中所掺杂的金属元素的晶型。研究发现:当nCe/nCo=75/25时,材料获得最佳NOx吸附能力,当以多孔二氧化硅微球作载体时,材料对于NOx的吸附主要来自CoOx和CeO2的二元氧化物;当以活性炭作为载体时,活性炭参与了NOx的吸附,因此其吸附容量大大提高。对NOx的吸附机理进行了探讨,并研究了样品的NH3还原性质。     

CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石整体式催化剂及其CO催化氧化性能

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,CuxCe1-xO2-x/SBA-15为催化活性组分,制备了一系列10%~60%Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石和50%CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石(x=0~1)整体式催化剂,采用低温氮吸附-脱附、XRD、XPS和H2-TPR对催化剂进行了表征,在微型固定床反应器中评价了催化剂的CO催化氧化活性。结果表明:整体式催化剂仍然保持SBA-15的介孔结构,催化剂中除了堇青石的物相外,还有CuO和CeO2物相,催化剂表面的Cu以Cu2+和Cu+两种状态存在,Ce以Ce4+状态存在,催化剂表面的氧化还原性能与Cu0.5Ce0.5O1.5的含量和Cu、Ce的比例有一定的关系,50%Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石催化剂具有最好催化活性,CO可以在140℃完全转化。     

SiO2/TiO2-xCx/C的制备、表征及其吸附和可见光催化性能

以SiO2为成核中心,钛酸四丁酯为钛源,分别以多羟基化合物乙二醇、丙三醇、葡萄糖和聚乙烯醇为联接剂,采用水解沉淀法制备了碳掺杂和包覆的多孔SiO2/TiO2-xCx/C可见光响应型光催化剂。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换-红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱对样品进行表征。对不同结构样品的形成机理进行了分析。以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水,对样品的吸附性能和可见光催化性能进行了评价。结果表明,多羟基化合物对材料的结构和性能有重要影响。碳的掺杂和包覆使材料的吸收光谱包含了整个可见光区,而多孔结构使材料的吸附性能得到提高。以聚乙烯醇为原料所得样品吸附性能最好,30 min内吸附率达到70%;而以丙三醇为原料所得样品具有最好的可见光催化性能,40 min内次甲基蓝的降解率达到95%。     

直接Z型Zn2SnO4-xNx/ZnO1-yNy异质结光催化剂的制备及机理

采用微波溶剂热法成功制备直接Z型Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y核壳结构异质结光催化剂。2种物质不同的功函数改变了其表面电荷密度,并在界面处形成内建电场,导致其从传统的Ⅰ型镶嵌异质结转变为Ⅱ型异质结,再转变为Z型异质结构。N杂质原子替代O原子进入Zn_2SnO_4和ZnO的晶格,在两者的价带(VB)顶部形成双杂质能级。核壳结构的Z型异质结光催化剂对罗丹明B的降解速率为纯相Zn_2SnO_(4-x)N_x的1.40～1.43倍,同时具有良好的循环稳定性,且可以降解亚甲基蓝、甲基橙、水杨酸等污染物。Z型异质结的形成使其光生电子-空穴对具有较强的氧化还原能力,而双杂质能级的存在可以拓宽其光响应范围并提高载流子的分离效率。因此,Zn_2SnO_(4-x)N_x/ZnO_(1-y)N_y异质结光催化剂高的光催化活性归因于Z型异质结和双杂质能级的协同作用。     

喷雾干燥法制备Li_(1.2)Mn_(0.4+x)Ni_xCr_(0.4-2x)O_2及其结构与电化学特征

利用喷雾干燥法合成了富锂三元正极材料Li1.2Mn0.4+xNixCr0.4-2xO2(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,以下简称为SD1~SD5),并利用XRD,XPS,ICP,TEM,SEM等手段对材料进行结构,元素价态,形貌及电化学性能等方面的表征。SD1~SD5系列样品都具有层状结构,其所含的Cr元素为Cr6+和Cr3+共存,而Ni元素价态为+2.5价,Mn元素为+4价。SD1~SD4样品中由于存在非晶态的Li2CrO4,导致样品表现出强烈的吸湿性。这个问题可通过水洗处理来解决,且水洗处理对于改善该系列材料的电化学性能有明显的效果。SD1~SD5系列样品中,SD1与SD4样品电化学性能较好,以20 mA.g-1的放电电流密度,在4.8~2.0 V电压区间内,首次放电比容量分别为247和220 mA.h.g-1,经过20次充放电循环后,容量保持率分别为73%和78%。高温条件下SD1和SD4样品的首次放电比容量分别增大为256和237 mA.h.g-1,经过20次充放电循环后容量保持率分别为83%和99%。将充放电电压扩展为5.0~2.0 V时,SD4样品首次放电比容量可以达到307 mA.h.g-1。     

纳米钙钛矿LaxSr1-xFe1-yCoyO3复合氧化物的制备和表征

用甘氨酸-硝酸盐燃烧合成法，制备La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃复合氧化物的陶瓷粉末，对该钙钛矿型氧化物进行了XRD、IR、紫外漫反射光谱及循环伏安曲线分析。结果表明：该复合氧化物粉体平均晶粒为15.3～29.8 nm,为立方和正交晶系。该氧电极具有双功能催化特性，但不完全可逆。对水溶液染料进行光解实验，利用紫外-可见、人工神经网络光度法研究La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃的催化性能。结果表明：CO²⁺的加入可使La_xSr_1-xFeO₃的光催化活性有所提高，B位离子(Fe³⁺，CO²⁺)改变与加入，使La_xSr_1-xFe_1-yCo_yO₃(x=0.7，0.3；y=0.3，0.9，1)光催化活性高于La_xSr_1-xFeO₃。同时，对5种染料进行紫外光解，在0.75 h，脱色率大于91%，并为动力学一级反应。     

固溶体Bi_2Mo_(1-x)W_xO_6的水热合成及光催化性能

采用水热法,在较低温度下合成了系列Bi2Mo1-xWxO6固溶体。结果表明,W的替代抑制了固溶体的晶粒生长,导致了较小的晶粒尺寸。随着x的增加,红外光谱中840cm-1处M-O键的振动频率νM-O有规律地向低频率方向移动,表明Mo6+离子逐步被W6+替代,生成了无限互溶的固溶体。光吸收性能研究表明,随着W6+逐步替代Mo6+,带隙出现了先降后升的趋势,x=0.4时带隙最小。而固溶体的光催化性能随着x的增加,出现了先增后减的趋势,x=0.4时光催化活性最高。此外,含W样品的光催化活性高于Bi2MoO6。这与固溶体的带隙、带结构和晶粒尺寸变化有关。     

共沉淀法制备LiMn_xCo_yO_2的显微结构及其电化学性能

通过共沉淀法制备前驱体,随后在900℃下经不同时长烧结得到了层状LiMn_xCo_yO_2。X射线衍射、扫描电镜和透射电镜的研究结果表明,层状LiMn_xCo_yO_2的晶体结构是菱面体点阵,空间群是R3m,点阵常数与LiCoO_2非常接近。不同烧结时长下得到的样品在扫描电镜下均呈球状,随着烧结时间延长,球形规整度变得更好。对不同样品的电化学性能测试表明,烧结时间越长,样品中Mn的相对含量越高,其首次充放电比容量和循环性能越好。     

共沉淀法制备LiMnxCoyO2的显微结构及其电化学性能

通过共沉淀法制备前驱体,随后在900 ℃下经不同时长烧结得到了层状LiMn_xCo_yO₂。X射线衍射、扫描电镜和透射电镜的研究结果表明,层状LiMn_xCo_yO₂的晶体结构是菱面体点阵,空间群是R3m,点阵常数与LiCoO₂非常接近。不同烧结时长下得到的样品在扫描电镜下均呈球状,随着烧结时间延长,球形规整度变得更好。对不同样品的电化学性能测试表明,烧结时间越长,样品中Mn的相对含量越高,其首次充放电比容量和循环性能越好。