PbMg1/3Nb2/3O3(PMN)和PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3(PMNT)中几咱种局域结构与晶格形变的从头算研究

建立了钙钛矿结构铌镁酸铅PbMg1/3Nb2/3O3(PMN)的2×2×3复晶胞模型;采用ab initio方法讨论了PMN晶体各种可能构型的稳定性:选取了PMN 三种高、中、低稳定性的代表构型,并对Ti替换B位离子后的结构进行了结构优化.计算结果表明复晶胞刚性模犁的最低和最高能量差约0.74 a.u.(1940 kJ);Pb2+离子结构框架的形变是PMN晶格发生形变的丰要因素;在不考虑被替换离子电荷差异的情况下,MgO6含量越少越有利于Ti离子替换Nb与晶胞的形变.PMNT材料中构型的分布和局域形变取决于生长PMNT材料的工艺过程.     

(1-x)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3陶瓷的制备

铌镍酸铅;钙钛矿相;驰豫铁电陶瓷;(1-x)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3陶瓷的制备     

CoAl2O4包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能

通过共沉淀法制得类球形锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂,并用非水相共沉法对其进行CoAl₂O₄包覆得到LNCMO(x). 采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微术（SEM）和透射电子显微术（TEM）测试材料的结构和观察材料形貌. 结果表明,CoAl₂O₄在材料表面形成8 nm均匀包覆层,未改变主体材料的结构. 电化学性能测试表明,1%（by mass）CoAl₂O₄包覆量的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料（LNCMO(1)）高充电电压（3.0 ~ 4.6 V,150 mA·g^-1）100周期循环放电容量保持率为93.7%（无包覆LNCMO(0)保持率为74.4%）;55 °C高温100周期循环容量保持率为77%（无包覆LNCMO(0)保持率17%）. XRD和电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）测试表明,CoAl₂O₄包覆的LNCMO(x)材料可有效地减缓材料中Mn离子在电解液的溶解,提高材料结构稳定性和热稳定性.     

TiO2包覆对LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料的表面改性

为了提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的循环性能, 采用浸渍-水解法对其进行TiO2包覆. 用X射线衍射(XRD)、电化学交流阻抗谱(EIS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和恒流充放电测试研究包覆材料的结构和电化学性能. TiO2仅在材料表面形成包覆层, 并未改变材料的结构. TiO2包覆能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的倍率性能和循环性能, TiO2包覆后的材料在5.0C(1.0C=160 mA·g-1)下的放电容量达到0.2C下的66.0%, 而包覆前的材料在5.0C下的放电容量仅为其0.2C下的31.5%. 包覆后的材料在2.0C下循环12周后的容量没有衰减, 而未包覆的材料容量保持率仅为94.4%. EIS测试表明包覆材料性能的提高是由于循环过程中材料的界面稳定性得到了提高. 循环后材料的XRD和ICP-OES测试表明, 包覆层能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的结构稳定性.     

TiO2包覆对LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料的表面改性（英文）

为了提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的循环性能,采用浸渍-水解法对其进行TiO2包覆.用X射线衍射（XRD）、电化学交流阻抗谱（EIS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和恒流充放电测试研究包覆材料的结构和电化学性能.TiO2仅在材料表面形成包覆层,并未改变材料的结构.TiO2包覆能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的倍率性能和循环性能,TiO2包覆后的材料在5.0C（1.0C=160mA·g^-1）下的放电容量达到0.2C下的66.0%,而包覆前的材料在5.0C下的放电容量仅为其0.2C下的31.5%.包覆后的材料在2.0C下循环12周后的容量没有衰减,而未包覆的材料容量保持率仅为94.4%.EIS测试表明包覆材料性能的提高是由于循环过程中材料的界面稳定性得到了提高.循环后材料的XRD和ICP-OES测试表明,包覆层能提高材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的结构稳定性.     

Y2O3包覆LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的电化学性能

通过在硝酸钇水溶液浸渍并焙烧的简单工艺, 在LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料表面包覆了一层Y2O3. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM), 循环伏安(CV)和恒流充放电对包覆和未包覆的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2进行了测试分析. 结果表明, Y2O3包覆并没有改变LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的晶体结构, 只存在于LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的表面; 与未包覆的材料相比, Y2O3包覆后的材料在高电位下具有更好的容量保持率和放电容量. CV测试表明, 包覆层的存在有效抑制了材料层状结构的转变及电极与电解液的负反应.     

锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2在LiNO_3溶液中的电化学性能研究

由溶胶凝胶法合成的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在水溶液体系中具有优异的高倍率充放电性能,放电时能够输出极高功率密度.XRD表征证明合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料具有层状α-NaFeO2结构,SEM形貌显示材料的粒径约为500nm,恒电流充放电测试表明LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在pH12的2mol·L-1LiNO3溶液中,以2C(0.36A/g)倍率充放时,比容量达到了147mAh/g.如以80C(14.4A/g)、150C(27A/g)和220C(39.6A/g)的倍率充放,材料的比容量仍可达到64mAh/g、33mAh/g和16mAh/g,而全电池的功率密度分别达到2574W/kg、3925W/kg、4967W/kg.其中80C倍率充放,经1000周循环后,容量保持率为90.9%.     

湿化学法合成LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2及其表征(英文)

利用琥珀酸为鳌合剂的湿化学法成功合成了一系列锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2,在合成过程中改变琥珀酸与金属离子摩尔比(R)并研究了这一参数对合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料物理及电化学性质的影响.采用热重、X射线衍射、Rietveld精修、扫描电镜以及超导量子干涉仪对反应机理、材料的结构、形貌以及磁学性质进行了详细表征.得到最佳合成条件为R=1,此时LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的阳离子混排度最低.此外,通过Rietveld精修得到该材料阳离子混排度的结果与通过磁学方法得到的结果定量相符,如对于在R=1条件下合成的样品,Rietveld精修结果显示其阳离子混排度为1.85%,而超导量子干涉仪的测试结果为1.80%.当充放电区间为3.0-4.3V,电流密度为0.2C(1C=160mA·g-1)时,该样品的首次放电容量为161mAh·g-1,库仑效率为93.1%,经过50次循环后,容量保持率可达91.3%.     

铌元素改性V2O5-WO3/TiO2催化剂降低脱硝过程SO2的氧化率

本文采用浸渍法制备了Nb改性的V₂O₅-WO₃/Ti O₂催化剂,研究了脱硝反应中Nb负载量对催化剂SO₂氧化活性的影响。结果表明,在350℃下,Nb2O5负载量为2%的Nb₂O₅-V₂O₅-WO₃/Ti O₂催化剂上的SO₂氧化率最低（0.6%）,而同时NOx的转化率仍能达到95%。采用TGA、氮吸附、XRD、H2-TPR、CO₂-TPD、XPS和in-situ DRIFTS等对催化剂进行了表征分析,结果显示,Nb改性后V2O5-WO₃/Ti O₂催化剂的晶体结构没有发生明显改变,但是其比表面积小幅度下降,有助于减少对SO₂的吸附;同时,改性后催化剂表面的吸附氧含量下降,氧化还原性能也稍微减弱,这有利于降低其对SO₂...     

Nb2O5/γ-Al2O3表面铌氧物种的分散状态与酸性特征

负载型Nb2O5是多种催化反应的有效催化剂. 以草酸铌为前驱物, γ-Al2O3为载体, 通过浸渍法制备不同负载量的Nb2O5/γ-Al2O3催化剂. 采用粉末X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)和吡啶吸附傅立叶变换红外(Py-IR)光谱方法对催化剂表面铌氧(NbOx)物种的分散特征、酸性特征进行表征, 通过异丁烯(IB)与异丁醛(IBA)缩合生成2,5-二甲基-2,4-己二烯(DMHD)反应评价催化剂表面酸催化活性. 结果表明, Nb在γ-Al2O3表面的单层分散容量(ΓNb)为7.6 μmol·m-2, 与“嵌入模型”理论分析Nb5+分散在γ-Al2O3优先暴露晶面(110)上八面体空位中的单层分散容量值7.5 μmol·m-2接近, 即分散的Nb5+离子键合在γ-Al2O3表面八面体空位中. 在低负载量下, 分散在γ-Al2O3表面的Nb2O5主要以孤立的NbOx物种形式通过Nb—O—Al键与载体表面键合, 与LRS结果一致. 处于孤立状态下的NbOx物种使表面Lewis 酸位量下降. 随负载量的增加, 孤立的NbOx物种通过Nb—O—Nb键连接而聚集, 并形成表面Bronsted酸位, 随着NbOx聚集度增加, 表面Bronsted 酸密度增加, 酸性增强, 对IBA与IB缩合反应催化活性增加. 当负载量超过单层分散容量时, NbOx物种呈现三维聚集状态, DMHD的转化频率(TOF)降低, 同时表面Bronsted 酸性增强, 导致目标产物DMHD 的选择性降低. Nb2O5/γ-Al2O3催化剂表面Bronsted 酸特征与NbOx物种聚集状态密切相关.     

基于纳米Nb_2O_5/石墨烯复合材料的增强效应电化学测定绿原酸

制备了Nb_2O_5/石墨烯修饰玻碳电极(Nb_2O_5/RGO/GCE),建立了一种简便、灵敏检测绿原酸的电化学方法。用氧化石墨烯(GO)和五氯化铌(Nb Cl5)一步溶剂热法制备Nb_2O_5/RGO复合材料,并用扫描电子显微镜(SEM)对其进行形貌表征。采用循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)研究了绿原酸在Nb_2O_5/RGO/GCE上的电化学行为。结果发现,Nb_2O_5/RGO复合材料能显著增强绿原酸的电化学活性。对实验条件(如pH值、扫描速率与富集时间等)进行了优化。在最佳条件下,绿原酸的氧化峰电流与浓度在5.0×10~(-7)~1.2×10~(-5)mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为2.0×10~(-7)mol/L。采用修饰电极测定各种药物中绿原酸的含量,得到加标回收率为96.6%~101.5%。该方法具有良好的灵敏度和稳定性,已成功应用于药物中绿原酸含量的测定。     

How synthesis parameters influence the quality of lead magnesioniobate PbMg1/3Nb2/3O3

Lead magnesioniobate PbMg_1/3Nb_2/3O₃ (PMN) has been prepared using lead oxide and magnesium niobate. Factors that influence the perovskite/pyrochlore ratio in the PMN structure have been studied. In order for the maximal amount of the perovskite phase to be obtained, synthesis should be carried out at 850?C900°C; an excess of MgO (1?C5 wt %) does not exert a positive effect. An excess of PbO (5?C7 wt %) allows one to obtain a phase that contains 85% PMN, with the perovskite structure. The perovskite lattice is found to be stabilized as a result of cationic substitutions (Yb, Lu) in the Mg-Nb sublattice due to the formation of solid solution Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_{1 ? x} Yb(Lu) _x O₃, where 0 ?? x ?? 0.9.     

Ag担载介孔Pb3Nb2O8光催化剂的制备及其增强的可见光催化活性表征

光催化技术在环境净化方面,尤其是降解有机污染物应用上表现出潜在价值.可见光响应型光催化剂具有优异的光吸收特性和高的光催化活性,因而备受人们关注并被大量研究.Pb3Nb2O8光催化剂由于其自身的稳定性以及对可见光响应的能力是一种潜在的高效光催化材料.但是,有报道表明Pb3Nb2O8光催化剂对可见光降解有机物活性较低,这主要归因于它较小的比表面积以及较高的电子-空穴复合率.为了解决这个问题,本文采用蒸发自组装技术制备了大比表面积的介孔Pb3Nb2O8,采用光沉积方式在介孔Pb3Nb2O8上负载了均匀分散的纳米Ag颗粒,并对不同焙烧温度、载Ag量以及进一步的热处理对光催化活性的影响作了深入研究.XRD结果表明,在400℃和500℃焙烧条件下获得的样品属于Pb3Nb2O8相,600℃焙烧使得介孔Pb3Nb2O8发生相变.氮气吸附-脱附表征表明,升高焙烧温度使样品比表面积从最大69 m2/g(400℃)减小到19 m2/g(600℃).透射电子显微镜分析结果表明,所获得样品具有蠕虫状介孔孔道结构,并且Ag纳米颗粒均匀分散在介孔Pb3Nb2O8表面.紫外-可见吸收光谱表明,介孔Pb3Nb2O8的吸收边拖尾到530-550 nm,担载Ag之后光吸收发生显著变化,光吸收拓展到700 nm.光催化活性测试采用可见光催化氧化脱氢异丙醇气体至丙酮反应.结果表明,在420 nm以上可见光照射下,1 h内的光催化反应过程中,采用高温固态反应制备的Pb3Nb2O8上丙酮生成速率为2.9 ppm/min,而介孔Pb3Nb2O8催化剂上最高可达55.5 ppm/min.介孔Pb3Nb2O8负载Ag之后,400℃焙烧的介孔Pb3Nb2O8光催化活性显著提高,降解速率达120.7 ppm/min.通过介孔Pb3Nb2O8和固相合成Pb3Nb2O8的光催化活性对比发现,大比表面积样品的光催化活性显著提高.这可归结为大的比表面积提供了大量的催化反应活性位点,从而提高了光催化反应活性,此外介孔材料的孔壁结构为纳米结构,有利于光生电子-空穴传输到表面参加反应.担载Ag后介孔Pb3Nb2O8的光催化活性进一步提高,主要是因为助催化剂Ag纳米颗粒促进了光生电子-空穴分离,延长了载流子寿命,从而提高了光催化活性.     

MoO3和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上短链烷烃燃烧反应的不同促进作用

贵金属Pt催化剂具有高活性和热稳定性,广泛应用于催化挥发性有机物的完全氧化反应(燃烧反应).短链烷烃(甲烷、乙烷、丙烷等)化学性质稳定,是最难氧化的一类有机物,常用作考察燃烧反应催化剂性能的模型反应物.然而,目前报道的研究工作通常仅限于针对某一种烷烃底物的催化燃烧,系统考察催化剂以及助剂对不同短链烷烃的催化燃烧活性鲜有报道.在短链烷烃中,甲烷只有C–H键;而其它烷烃除了C–H键;还有C–C键.因此,研究催化剂对甲烷、乙烷和丙烷燃烧反应催化性能的差异性,对于认识催化剂上C–H键和C–C键的活化具有非常重要的意义.本文制备了MoO3或Nb2O5修饰的Pt/ZrO2催化剂并用于短链烷烃的燃烧反应.研究发现,MoO3助剂对甲烷燃烧有明显的抑制作用,但对乙烷,丙烷和正己烷燃烧反应具有促进作用,促进作用随着烷烃碳链的增长逐渐增加;Nb2O5助剂对甲烷、乙烷、丙烷和正己烷燃烧反应均具有促进作用,然而促进作用随着碳链的增长而逐渐减弱.MoO3和Nb2O5助剂的不同促进作用与助剂影响催化剂表面酸性以及Pt物种的氧化或还原态有关.NH3-TPD结果表明,MoO3助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面强酸位点数量,而Nb2O5助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面中强酸位点数量.HTEM结果表明,两种助剂的添加都不会明显改变Pt物种的颗粒尺寸.在Pt-Mo/ZrO2催化剂上,MoO3覆盖部分Pt物种形成丰富的Pt-MoO3界面,促进了金属Pt物种和强表面酸性位点的生成,提高了丙烷燃烧反应活性;Pt-Nb/ZrO2催化剂上载体表面的部分Nb2O5被Pt物种包覆,使得生成的表面Pt-Nb2O5界面低于Pt-Mo/ZrO2催化剂,但由于催化剂表面酸性位的提升,也促进了丙烷燃烧反应活性的提高.XPS结果表明,在甲烷燃烧反应中,Pt-Nb/ZrO2催化剂上Ptn+物种能够更加稳定地存在,这可能是Nb2O5助剂提高Pt-Nb/ZrO2催化剂上甲烷燃烧活性的关键.而Pt-Mo/ZrO2催化剂上Ptn+物种在甲烷反应中可以更容易地被还原,并且由于MoO3的包裹导致暴露的Pt位点数量降低,使催化剂催化甲烷燃烧的活性受到抑制.可见,MoO3助剂更有利于C–C键活化,而Nb2O5助剂更有利于高键能的C–H键活化.综上,本文系统性地研究MoO3助剂和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上不同短链烷烃的燃烧反应的影响,证实了两种助剂的促进作用与碳链长度的关系是截然不同的.     

共沉淀法合成Pb3Nb2O8纳米粉

在PbO-Nb₂O₅-KOH-H₂O体系中,于90℃下得到纳米级Pb₃Nb₂O₈陶瓷粉.原料来源及配比、溶液碱度及合成温度对产物物相的形成有较大影响.在Pb₃Nb₂O₈的合成中,必须以可溶性铌酸盐和醋酸铅作为反应原料,同时以KOH调节体系中铌酸盐的聚集状态.当n(Pb)/n(Nb)接近1/1,KOH浓度在1～3mol/L时,得到Pb₃Nb₂O₈纯相,当KOH浓度大于3mol/L时容易生成反应活性较低的PbO,产生杂相.     

Oxygen Evolution in Overcharged LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Electrode and Its Thermal Analysis Kinetics

The oxygen evolution behavior in overcharged LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂‐based electrode was investigated by differential scanning calorimetry and thermal gravimetric (DSC/TG). Meantime, its thermal kinetic parameters were calculated by Kissinger's and Ozawa's method. As observed by DSC/TG, two exothermic peaks at 239 and 313°C in washed cathode (4.6 V), were attributed to two steps of oxygen evolution. More importantly, the temperature of its oxygen release processes decreased obviously compared with that charged to 2.8 V. Activation energy (E) for the first and second oxygen evolution, both of which were assumed closely to be the first order reaction, between 200 and 350°C in Li_0.204Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂‐based electrode were calculated as 113.63 and 158.13 kJ·mol⁻¹, respectively and the corresponding Arrhenius pre‐exponential factors (A) of 1.05×10¹¹ and 6.46×10¹³s⁻¹ were also obtained. The different energy barrier of such two steps of oxygen evolution should probably be ascribed to the different bond energy of M–O (M=Mn, Co, Ni).     

Ni-CH_3CH_2NH_2/H_(1.78)Sr_(0.78)Bi_(0.22)Nb_2O_7复合层状钙钛矿的合成及光催化分解水产氢性能(英文)

自从分解水产氢被首次报道以来,许多光催化剂被开发出来并用于光催化分解水产氢.然而,由于光生电子和空穴的复合率普遍较高,大部分的光催化剂分解水产氢效率都很低.因此,开发新型高效的光催化材料至关重要.具有(Bi_2O_2)~(2+)(A_(m-1)M_mO_(3m+1))~(2-)通式的Aurivillius相层状钙钛矿材料因具有独特的层状结构、元素可调性以及优异的电荷传输和分离能力而广泛应用于光催化分解水和去除有机污染物.此外,当该类层状钙钛矿被剥离成超薄纳米片时,其光催化性能进一步提高.为了进一步提高层状钙钛矿的载流子分离能力,将客体(如贵金属,半导体等)通过化学反应的途径插入到层状钙钛矿的层间区域,从而合成出复合层状钙钛矿被广泛发展和应用.然而,引入的客体主要是贵金属和半导体,这类客体的高成本和不均匀分布制约了其进一步的应用.由于廉价、无毒和稳定等优点,镍基材料如Ni,NiO,Ni_2O_3,NiS,NiS_2,Ni(OH)2和Ni(OH)x等被广泛用作增强电极材料的光电性能和催化剂的光催化分解水产氢性能的助催化剂.本文采用简单的原位化学反应法制备出镍基配合物Ni-CH_3CH_2NH_2(Ni-EA)插层的Ni-CH_3CH_2NH_2/H_(1.78)Sr_(0.78)Bi_(0.22)Nb_2O_7(Ni-EA/HSNNs)复合层状钙钛矿;然后采用X-射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱等手段对Ni-EA/HSNNs光催化剂进行了系统的研究.XRD结果表明,引入Ni~(2+)后,HSNNs层间距减小并且平行于钙钛矿层的晶面结晶度增强,证明HSNNs沿垂直于钙钛矿层的方向出现了层层组装.FTIR和XPS结果表明,引入的Ni~(2+)与HSNNs层间和表面的乙胺分子之间存在较强的相互作用,结合高分辨透射电镜图可知,Ni的存在形态可能为配合物Ni-EA.由此可见,当向HSNNs中引入Ni~(2+)时,Ni~(2+)和HSNNs层间和表面的乙胺分子反应生成带正电的配合物Ni-EA,由于Ni-EA与HSNNs的钙钛矿层带有异种电荷,两者之间存在较强的静电相互作用力,从而引起钙钛矿纳米片HSNNs的层层组装,最后形成Ni-EA/HSNNs复合层状钙钛矿.光催化分解水产氢性能测试结果表明,当引入0.5 wt%Ni时,复合层状钙钛矿表现出最优的光催化性能.与HSNNs(241.58μmol/h)相比,0.5%Ni-EA/HSNNs的光催化分解水产氢速率(372.67μmol/h)提高了0.54倍,表现出与0.5%Pt/HSNNs可比拟的光催化活性,可见,非贵金属Ni具有替代贵金属Pt的能力.进一步的研究表明,镍基配合物Ni-EA显著增强了催化剂的光生载流子的传输和分离能力,从而提高了其光催化分解水产氢性能.该文为光催化分解水产氢提供了一种简便的合成非贵金属配合物助催化剂的方法.     

回火处理对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响

以硝酸锂、四水合乙酸镍、四水合乙酸钴、四水合乙酸锰、氨水和草酸为原料,通过共沉淀-燃烧法合成了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,采用XRD、SEM和充放电试验对合成产物进行了表征,研究了回火处理对合成产物结构和电化学性能的影响.实验结果表明,嫩烧反应形成的LiNi1/3C1/3Mn31/3O2结...