一种硒桥连的四核锰取代的类Dawson硒钨酸盐

在水溶液中合成了一种新型硒桥连的四核锰取代的类Dawson硒钨酸盐[H_2N(CH_3)_2]_4 KH_7[Mn_4(H_2O)_6(SeO)_2(Se_2W_(12)O_(46))_2]·45H_2O (1),并通过红外光谱,热重分析和X射线单晶衍射对其结构进行了表征.1中二聚的[Mn_4(H_2O)_6(SeO)_2(Se_2W_(12)O_(46))_2]~(12-)阴离子由两个六缺位类Dawson的[Se_2W_(12)O_(46)]~(12-)片段通过两个[Mn(H_2O)_2(SeO)]~(4+)和两个[Mn(H_2O)_2]~(2+)离子连接而成.值得注意的是两种不同配位方式的锰原子在连接两个[Se_2W_(12)O_(46)]~(12-)片段时发挥着重要的作用.一类Mn~(2+)离子和Se~(4+)离子结合作为桥占据[Se_2W_(12)O_(46)]~(12-)片段的"极位",另一类Mn~(2+)离子占据了"赤道位".此外,对其磁性进行了研究.     

CuMnCeLa-O/γ-Al2O3催化剂助燃脱硝性能研究

采用等体积浸渍法制备了Cu Mn-O/γ-Al_2O_3、Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3和Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂.用XRD、BET、SEM、XPS和H_2-TPR技术对其物相和表面性质进行了表征.在连续固定床微反装置上评价了催化剂的CO+O_2和CO+NO反应性能.结果表明,催化剂样品中观测不到Cu O、Mn O_x、Ce O_2和La_2O_3的XRD晶相峰,活性组分在γ-Al_2O_3载体表面呈高度分散状态.Ce、La的引入对催化剂的比表面积、孔容和孔径分布影响不大.SEM谱图中未观测到活性组分的形貌,金属氧化物在载体表面均匀分布.Ce~(3+)!Ce~(4+)之间的可变价转换,引起Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂表相Cu O中具有非完整结构的[Cu~(2+)_(1-x)Cu_x~+][O_(1-2)1_x□1_(2x)]增多,Cu~+/Cu~(2+)比例增大,表相氧空位增多,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移.Ce~(4+)、La~(3+)之间不平衡电荷以及共生过程中Cu-Mn-Ce-La-O之间的强相互作用,加大了Cu O和Mn O_x结构的不完整性,导致Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂样品表相产生更多的Cu~+、Mn~(2+)、Mn~(3+)和氧空位,相应的H_2-TPR还原峰温度进一步向低温区偏移.催化氧化CO和CO催化还原NO实验结果表明,在反应空速20 000 h~(-1),350℃反应温度下,Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂CO催化还原NO反应的CO转化率达到88.2%,NO转化率达到了96.1%,表现出了较好的氧化还原活性.     

AxMn1-xFe2O4铁氧体(A=Zn,Ni)中阳离子的占位有序化行为研究

基于尖晶石晶体结构信息,本文采用热力学三亚晶格模型,将材料热力学计算和第一性原理计算相结合,研究了Zn_xMn_(1-x) Fe_2O_4和Ni_xMn_(1-x)Fe_2O_4立方相中的Zn~(2+)、Ni~(2+)、Mn~(2+)以及Fe~(3+)在8a和16d亚晶格上的占位有序化行为。结果表明:在锰铁氧体中,室温下Mn~(2+)完全占据在8a亚晶格上,Fe~(3+)完全占据在16d亚晶格上,属于正尖晶石结构;随着热处理温度升高,在1 273 K达到热处理平衡时的占位构型为(Fe~(3+)0.09Mn~(2+)0.91)[Fe~(3+)1.91Mn~(2+)0.09]O_4,在热处理温度升至1 473 K时,达到热处理平衡时的占位构型为(Fe~(3+)0.11Mn~(2+)0.89)[Fe~(3+)1.89Mn~(2+)0.11]O_4,均与实验结果符合较好。在锌铁氧体中,室温下Zn~(2+)完全占据在8a亚晶格上,Fe~(3+)完全占据在16d亚晶格上,属于正尖晶石结构;在热处理温度较高时,Zn~(2+)和Fe~(3+)发生部分置换,符合实验结果。在镍铁氧体中,半数的Fe~(3+)在室温下占据在8a亚晶格上,Ni~(2+)与剩下另一半的Fe~(3+)共同占据在16d亚晶格上,仅在热处理温度较高的时候发生微弱变化,亦与已有的实验结果吻合。在此基础上,本文进一步通过热力学模型研究了立方相尖晶石结构的Zn_xMn_(1-x)Fe_2O_4、Ni_xMn_(1-x)Fe_2O_4复合体系中阳离子占位行为与热处理温度对占位的影响规律。     

球磨辅助高温固相法制备Li1.0Na0.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其性能

以乙酸盐(乙酸锂、乙酸钠、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锰等)为原材料,采用球磨辅助高温固相法制备Li_(1.0)Na_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料。借助XRD、SEM等表征材料的结构和形貌,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能。结果表明,钠的掺杂导致颗粒表面光滑度降低,形成Na_(0.77)Mn O_(2.05)新相。0.05C活化过程中,掺钠样品和未掺钠样品首次放电比容量分别为258.4 m Ah·g~(-1)和215.8 m Ah·g~(-1),库伦效率分别为75.2%和72.8%;2C放电比容量分别为116.3 m Ah·g~(-1)和106.2 m Ah·g~(-1)。研究发现,掺钠可减小首次充放电过程的不可逆容量,提高容量保持率;改善倍率性能与容量恢复特性;降低SEI膜阻抗和电荷转移阻抗;掺钠后样品首次循环就可以基本完成Li_2Mn O_3组分向稳定结构的转化,而未掺杂的样品需要两次循环才能逐步完成该过程;XPS结果表明,掺钠样品中Ni~(2+)、Co~(3+)、Mn~(4+)所占比例明显提高,改善了样品的稳定性和电化学性能;循环200次后的XRD结果表明掺钠与未掺钠材料在脱嵌锂反应中的相变化过程基本一致,良好有序的层状结构遭到破坏是循环过程中容量衰减的主要原因。     

掺锰五磷酸铈、铽晶体的生长及其光谱

用蒸发溶液法从磷酸溶液中首次生长出一系列Ce_xTb_(1-x)P_5O_(14):Mn晶体。它们属于单斜晶系,空间群P2_1/c。计算了晶格常数,用EPR结果确定在晶体中锰离子呈二价。测定了Ce_xTb_(1-x)P_5O_(14):Mn晶体的光谱,说明在晶体中存在着Ce~(3+)到Tb~(3+)和Mn~(2+)的能量转移。Mn~(2+)和Tb~(3+)的发射峰重叠,并使Tb~(3+)的发射峰增强。     

xLi2MnO3-(1-x) Li[Ni0.8Co0.15Al0.05]O2(0.5 ≤ x ≤ 0.8)的结构和电化学性能

采用喷雾干燥法结合后续的热处理,成功地制备了一系列新型的基于富锂层状固溶体Li_2MnO_3和Li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_2结合的xLi_2MnO_3-(1-x)Li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_2(0.5≤x≤0.8)材料,并对其晶体结构、表面形貌、元素价态以及电化学性能进行了一系列的研究。实验结果表明,随着x值的增大,材料的晶体结构逐渐从层状的Li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_2过渡到类Li_2MnO_3结构。对样品进行淬火处理对晶粒的微观晶体结构和元素价态产生复杂影响,这种变化使得淬火的样品表现出较好的电化学性能。其中x=0.6的样品淬火后表现出较好的电化学性能,100次循环后可逆容量可达209 mAh·g~(-1)。     

锰锆复合氧化物CO催化还原NO性能研究

采用柠檬酸络合法制备了锰锆复合氧化物催化剂,用XRD、H_2-TPR、XPS和SEM等技术进行了表征,研究了其CO催化还原NO性能。结果表明,MnO_x主要以Mn_3O_4物相存在,Zr占比的增加会促进Mn_3O_4物相的分散,引起Mn_3O_4平均晶粒粒径减小;Mn主要有Mn~(2+)、Mn~(3+)、Mn~(4+)离子价态形式,添加Cu和Ce后,(Mn~(3+)+Mn~(4+))含量和表面吸附氧(OA)含量增加,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移,有利于催化活性的提升。Mn-Zr-O复合氧化物的CO催化还原NO活性较低,加入Cu后的Mn-Cu-Zr-O复合氧化物其CO催化还原NO的活性得到改善,而添加Ce后所制备的Mn-Cu-Ce-Zr-O复合氧化物的催化活性进一步提高;在350℃下、反应空速为18000 h~(-1)时,Mn-Cu-Ce-Zr-O复合氧化物表现出较好的CO催化还原NO活性,CO转化率达到了89.17%,NO转化率达到了91.70%。     

杂多化合物的催化性能研究——第四周期过渡金属取代的三元钼磷杂多化合物在H_2O_2分解反应中的催化作用

在合成缺位取代的钼磷杂多化合物Na_5[PM(H_2O)Mo_(11)O_(39)]·5H_2O[M=Mn~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)的基础上,研究了它们在H_2O_2分解反应中的催化活性规律.并与相应的硫酸盐MSO_4在同一反应中的催化活性规律作了比较,发现虽在活性上缺位的杂多化合物较之硫酸盐高,但对过渡金属而言,其活性顺序是一致的.在此基础上,以含铜缺位取代的杂多化合物和CuSO_4为例,对它们在H_2O_2分解反应中的催化动力学性质作了深入的研究,对反应机理作了讨论.     

NO在Mn_2O_3(110)表面吸附的密度泛函理论研究

基于第一性原理密度泛函计算方法研究了NO在Mn_2O_3(110)面的吸附行为,计算了Mn_2O_3(110)面吸附NO和O_2的吸附构型的结构参数、吸附能和电子结构.结果表明,在Mn_2O_3(110)表面上,NO倾向于吸附在Mn top位,吸附前后的结构总能变化在-0.61~-1.29 eV之间,NO吸附后Mn吸附位周围的配位结构发生变化,使得Mn的电子向NO转移.进一步研究了吸附O_2后的Mn_2O_3表面再进一步吸附NO的行为,发现了ONOO*结构的形成.NO和O_2在表面共吸附形成ONOO*结构时的吸附能(-1.23和-1.39 eV)高于单纯吸附NO时的吸附能,此时Mn的电子向ONOO*结构转移,NO和O_2投影态密度的电子峰广泛交叠,说明成键原子之间有强共价键作用.     

Fe2O3-Cr2O3的SOOI效应及其对(Fe,Cr)3O4催化性能的影响

用 XRD,TPD MS,SEM,LRS,Mossbauer谱和流动法 TPD 等技术,研究了Fe_2O_3-Cr_2O_3间的SOOI效应,发现这一效应的存在会导致(Fe,Cr)_3O_4催化剂相和表面相结构的变化。当Cr_2O_3>17%时,有新相生成;(Fe,Cr)_3O_4表面结构随Gr_2O_3从4.6增至21.2%时,由氧化性转变为还原性;当(Fe,Cr)_30_4表面的Fe~(3+)与Fe~(2+)表面浓度相当时,水煤气变换反应的比活性最好。     

锂离子电池富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=1/5, 1/4, 1/3)的合成及电化学性能

通过共沉淀法制备了M(OH)2(M=Mn, Ni)前驱体, 并与LiOH混合, 合成了锂离子电池富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2, 采用XRD、SEM和充放电实验对其进行表征. 研究结果表明, Li, Ni, Mn原子在M层中呈有序分布, 形成超结构; 富锂正极材料由亚微米的一次粒子团聚组成1~3 μm颗粒; 在2.0~4.8 V电位范围内, 充放电电流密度为10 mA/g时, 富锂正极材料表现出很高的可逆比容量, 达到200~240 mA·h/g, 同时具有良好的循环可逆性能.     

Sc~(3+)掺杂LiMn_xSc_(1-x)O_2材料的合成及电化学性能研究

采用水热反应的方法,以LiOH·H_2O,MnOOH和Sc_2O_3为原料,合成了一系列Sc~(3+)掺杂的锂离子电池正极材料LiSc_xMn_(1-x)O_2(x=0.01,0.02,0.03,0.05).利用X射线衍射和X光电子能谱测试研究了材料的结构和元素的化学状态.掺杂后的LiSc_xMn_(1-x)O_2材料仍保持正交相结构.电化学测试结果表明,掺杂后材料表现出较好的电化学性能,Sc~(3+)的掺入使材料的循环稳定性能大幅度提高,掺杂量为2%时LiMn_(0.981)Sc_(0.019)O_2材料的初次放电容量为140.5 mAh·g~(-1),60次循环后放电容量高达169.6 mAJl·g-.,远高于未掺杂的LiMnO_2材料的放电容量107.7 mAh·g~(-1).这种提高源于Sc~(3+)的加入,很好地起到了稳定晶体结构、有效抑制Jahn-Teller效应的作用.电化学阻抗测试结果表明,Sc~(3+)的掺人能改善材料的导电性能.     

单斜层状结构锂离子电池正极材料LiY_xMn_(1-x)O_2的合成及其电化学性能

以Na2CO3、(CH3CO2)2Mn.4H2O、Y2O3和CH3COOLi.2H2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn1-xYxO2(x:0.01,0.02,0.03,0.05)化合物。通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试技术,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。结果表明,所得产物均具有单斜层状结构。合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用,钇离子的引入部分取代原有的三价锰离子,由于钇离子的离子半径较三价锰离子大,因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大,在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道,更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO2材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY0.021Mn0.979O2化合物,其首次放电比容量为125.7mA.h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1mA.h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138mA.h/g。交流阻抗测试结果表明,Y3+的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li+的扩散能力。     

掺杂Y^3+的锂锰尖晶石的合成及其电化学性能研究

采用流变相反应法合成了掺杂稀土钇离子的锂锰尖晶石LiYxMn2-xO4，并对其 结构和电化学性能进行了初步研究。结果表明，当掺入的Y^3+的含量较低（x≤0. 02)时，得到的产物能保持完整的尖晶石结构，并表现出极佳的电化学性能。Y^3+ 的掺入使材料的循环稳定性能大幅度提高，而这种提高是源于Y^3+对尖晶石结构的 稳定作用。电极材料LiY0.02Mn1.98O4显示了最优的电化学性能，在0.2℃放电速率 下，其初始放电容量为118mA·h·g^-1，100次循环后仍能保持初始容量的98％。     

锂电池正极材料Li1.06Mn0.8Cr0.14O2的水热合成及其光谱研究

采用水热方法合成了掺铬锂锰氧化合物, X射线衍射和Raman光谱分析结果表明, 所得材料为具有NaFeO2结构的晶体. 由等离子发射光谱(CIP)确定其组分为Li1.06Mn0.8Cr0.14O2. X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明, 与未掺杂的LiMnO2相比, 所得材料中Mn的平均价态增加, 这将抑制因Mn3+离子的存在而产生的Jahn-Teller畸变, 有利于提高材料的电化学循环性能.     

Stabilization and study of SrFe(1-x)Mn(x)O2 oxides with infinite-layer structure

A series of layered oxides of nominal composition SrFe(1-x)Mn(x)O(2) (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) have been prepared by the reduction of three-dimensional perovskites SrFe(1-x)Mn(x)O(3-δ) with CaH(2) under mild temperature conditions of 583 K for 2 days. The samples with x = 0, 0.1, and 0.2 exhibit an infinite-layer crystal structure where all of the apical O atoms have been selectively removed upon reduction. A selected sample (x = 0.2) has been studied by neutron powder diffraction (NPD) and X-ray absorption spectroscopy. Both techniques indicate that Fe and Mn adopt a divalent oxidation state, although Fe(2+) ions are under tensile stress whereas Mn(2+) ions undergo compressive stress in the structure. The unit-cell parameters progressively evolve from a = 3.9932(4) ? and c = 3.4790(4) ? for x = 0 to a = 4.00861(15) ? and c = 3.46769(16) ? for x = 0.2; the cell volume presents an expansion across the series from V = 55.47(1) to 55.722(4) ?(3) for x = 0 and 0.2, respectively, because of the larger effective ionic radius of Mn(2+) versus Fe(2+) in four-fold coordination. Attempts to prepare Mn-rich compositions beyond x = 0.2 were unsuccessful. For SrFe(0.8)Mn(0.2)O(2), the magnetic properties indicate a strong magnetic coupling between Fe(2+) and Mn(2+) magnetic moments, with an antiferromagnetic temperature T(N) above room temperature, between 453 and 523 K, according to temperature-dependent NPD data. The NPD data include Bragg reflections of magnetic origin, accounted for with a propagation vector k = ((1)/(2), (1)/(2), (1)/(2)). A G-type antiferromagnetic structure was modeled with magnetic moments at the Fe/Mn position. The refined ordered magnetic moment at this position is 1.71(3) μ(B)/f.u. at 295 K. This is an extraordinary example where Mn(2+) and Fe(2+) ions are stabilized in a square-planar oxygen coordination within an infinite-layer structure. The layered SrFe(1-x)Mn(x)O(2) oxides are kinetically stable at room temperature, but in air at ~170 °C, they reoxidize and form the perovskites SrFe(1-x)Mn(x)O(3-δ). A cubic phase is obtained upon reoxidation of the layered compound, whereas the starting precursor SrFeO(2.875) (Sr(8)Fe(8)O(23)) was a tetragonal superstructure of perovskite.     

Design of energy band alignment at the Zn(1-x)Mg(x)O/Cu(In,Ga)Se2 interface for Cd-free Cu(In,Ga)Se2 solar cells

The electronic band structure at the Zn(1-x)Mg(x)O/Cu(In(0.7)Ga(0.3))Se(2) interface was investigated for its potential application in Cd-free Cu(In,Ga)Se(2) thin film solar cells. Zn(1-x)Mg(x)O thin films with various Mg contents were grown by atomic layer deposition on Cu(In(0.7)Ga(0.3))Se(2) absorbers, which were deposited by the co-evaporation of Cu, In, Ga, and Se elemental sources. The electron emissions from the valence band and core levels were measured by a depth profile technique using X-ray and ultraviolet photoelectron spectroscopy. The valence band maximum positions are around 3.17 eV for both Zn(0.9)Mg(0.1)O and Zn(0.8)Mg(0.2)O films, while the valence band maximum value for CIGS is 0.48 eV. As a result, the valence band offset value between the bulk Zn(1-x)Mg(x)O (x = 0.1 and x = 0.2) region and the bulk CIGS region was 2.69 eV. The valence band offset value at the Zn(1-x)Mg(x)O/CIGS interface was found to be 2.55 eV after considering a small band bending in the interface region. The bandgap energy of Zn(1-x)Mg(x)O films increased from 3.25 to 3.76 eV as the Mg content increased from 0% to 25%. The combination of the valence band offset values and the bandgap energy of Zn(1-x)Mg(x)O films results in the flat (0 eV) and cliff (-0.23 eV) conduction band alignments at the Zn(0.8)Mg(0.2)O/Cu(In(0.7)Ga(0.3))Se(2) and Zn(0.9)Mg(0.1)O/Cu(In(0.7)Ga(0.3))Se(2) interfaces, respectively. The experimental results suggest that the bandgap energy of Zn(1-x)Mg(x)O films is the main factor that determines the conduction band offset at the Zn(1-x)Mg(x)O/Cu(In(0.7)Ga(0.3))Se(2) interface. Based on these results, we conclude that a Zn(1-x)Mg(x)O film with a relatively high bandgap energy is necessary to create a suitable conduction band offset at the Zn(1-x)Mg(x)O/CIGS interface to obtain a robust heterojunction. Also, ALD Zn(1-x)Mg(x)O films can be considered as a promising alternative buffer material to replace the toxic CdS for environmental safety.     

磁铅石型复合氧化物LaNi_xCo_(1-x)Al_(11)O_(19+δ)催化剂上CH_4和CO_2重整反应的研究

考察了磁铅石型复合氧化物LaNi_(0.5)M_(0.5)Al_(11)O_(19 + δ) (M = Co, Fe, Mn, Cu)和LaNi_xCo_(1-x)Al_(11)O_(19+δ)催化剂在CH_4与CO_2重整制合成 气反应中的催化活性，并应用XRD，TPR，UV-DRS技术着重表征LaNi_xCo_(1-x)Al_ (11)O_(19+δ)催化剂的结构和性能。研究结果表明该系列催化剂具有相同的晶体 结构和相似的还原稳定性。对不同过渡金属取代的催化剂来说，以LaNi_(0.5)Co_ (0.5)Al_(11)O_(19+δ)催化剂具有最好的反应活性。而对于LaNi_xCo_(1-x)Al_ (11)O_(19+δ)系列催化剂，当x ≤ 0.375时，随x值的增大，催化活性明显提高， 但在0.375 ≤ x ≤ 1.0范围内，催化活性几乎保持不变。由此得到结论，对于此 反应来说，控制Ni量在0.375 ≤ x ≤ 0.50范围内比较合适。     

钛掺杂对LiNi0.75Co0.25O2结构与性能的影响

应用溶胶-凝胶法合成LiNi(0.75-x)Co0.25TixO2(x=0,0.1,0.25)系列正极材料,其结构、形貌、粒度、电化学性能由TG、XRD、SEM和电池充放电测试表征研究表明,材料的电化学性能与钛掺杂量密切相关.在钴含量不变的情况下,随着Ti含量(x)的增加,材料由六方层状结构逐渐向立方结构转变,x=0.25时,出现了立方相与六方相共存.根据实验和理论计算结果简要讨论了钛掺杂对正极材料LiNi0.75Co0.25O2结构和电化学性能的影响.