噻吩环取代掺杂一维共轭碳基材料的电子输运

一维共轭碳基材料以苯环为基本单元,具有优越的导电性,分子光电器件的发展要求其在高导电性的前提下兼具富电子或少电子特征.本工作设计了噻吩环取代掺杂一维共轭碳基材料的寡聚苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩（BmT）和寡聚噻吩（TnP）分子模型,利用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法研究了掺杂位置和掺杂程度对其输运行为的影响.噻吩环在一维共轭碳基材料上的取代掺杂有效提升了材料的电子输运效率.BmT和TnP分子的导电特性随分子长度的变化表明分子的共轭程度决定了电子输运效率.反式BmT和TnP分子具有多条电子传输路径,而顺式BmT和TnP分子随着分子长度增加,经历了由单条电子传输路径至多条电子传输路径的转变.该研究结果为开发高性能碳基分子电子材料提供了重要参考.     

氧还原碳基非贵金属电催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换装置,具有环境友好、能量密度高、转化效率高等优点,能够应用于便携能源及燃料电池电动车领域.但燃料电池阴极氧还原需要大量的铂基催化剂,铂价格昂贵、储量有限、易中毒的缺点限制了它的实际应用.因此,开发低成本、高活性、高稳定性的阴极非贵金属催化剂将能够显著推动质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用.其中碳基非贵金属催化剂作为最有可能替代铂的氧还原催化剂,引起了广泛的研究.基于此,本文首先简单介绍了氧还原的机理;其次将碳基非贵金属催化剂分为过渡金属氮碳催化剂和非金属掺杂碳催化剂,对它们在材料制备和活性中心的研究进行了总结和讨论;最后,报道了碳基非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池单电池中的应用进展.     

用GGA+U法研究稀土掺杂对ZnO电子结构磁性和光学性质的影响

基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波模守恒赝势方法,确定了准确计算Zn_(16)O_(16)超晶胞各原子对应的U值;通过计算形成能和化学键的布局分析了掺杂结构的稳定性;通过原子电荷布局和自旋电子态密度的计算分析了掺杂结构的能带结构和磁性状态;讨论了各稀土原子掺杂对ZnO吸收光谱的影响.结果表明:稀土元素的引入使晶格膨胀,Zn-O键最长键增大而最小键减小,导致氧四面体畸变;Y/La/Ce掺杂的ZnO具有亚铁磁性,Th掺杂ZnO则呈弱铁磁性,Ac掺杂ZnO为顺磁体;稀土元素使ZnO的价带和导带下移,费米能级进入导带,增强了体系的电导率;Y/La/Ac掺杂对ZnO带隙宽度的影响较小,吸收光谱略微蓝移,而Ce/Th掺杂则有效提升了ZnO对可见光的吸收.     

掺磷TiO_2优化TiO_2/MBA/Ag三明治结构的SERS性能

本文以磷酸为磷源,通过溶胶水热法制备磷掺杂TiO_2,利用Lee和Meisel的方法制备银溶胶,以4-巯基苯甲酸(MBA)为探针分子,通过构建TiO_2/MBA/Ag三明治结构,研究磷掺杂二氧化钛对该基底表面增强拉曼(SERS)性能的提升。通过TEM、XRD、XPS、DRS和拉曼光谱图表征二氧化钛的形貌结构、化学组成、光学和拉曼性能,结果表明,制备出的磷掺杂二氧化钛为锐钛矿型纳米颗粒,粒径范围6~12nm,XPS显示磷以P~(5+)替代了Ti~(4+),形成O-P-O键掺入TiO_2的晶格中,当磷的掺杂量在1.77%时,TiO_2/MBA/Ag三明治体系具有最佳的SERS信号,这是因为适量的磷掺杂降低了TiO_2的能带间隙,丰富TiO_2的表面态,这能促进TiO_2向MBA分子的电荷转移。     

La或N掺杂SiC纳米线的制备、场发射性能及第一性原理计算

采用化学气相沉积法和气相掺杂法, 分别制备了La 或N掺杂的SiC 纳米线. 利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能量色散谱(EDS)分析和X射线衍射(XRD)等测试手段对两种产物的微观形貌、元素组成和物相结构进行了系统表征. 以合成产物作为阴极, 对其场发射性能进行测试, 结果表明: SiC 纳米线的开启电场值和阈值电场值由未掺杂的2.3、6.6 V·μm^-1分别降低为1.2、5.2 V·μm^-1(La 掺杂)和0.9、0.4 V·μm^-1(N 掺杂). 采用Material Studio 软件中的Castep 模块建立(3×3×2)晶格结构模型, 对未掺杂、La 或N掺杂SiC 的能带结构和态密度进行计算, 结果显示: La或N掺杂后, 在费米能级附近产生了新的La 5d或N 2p掺杂能级, 导致禁带宽度(带隙)变窄, 使得价带电子更容易跨越禁带进入导带, 从而改善SiC纳米线的场发射性能.     

钴掺杂氮化硼纳米管吸附氯酚类污染物的理论研究

氯酚(CPs)类污染物是形成持久性有机污染物二噁英的先驱物, 具有较强的致畸、致癌和致突变性. 为探索去除或检测这类污染物的新型材料, 应用密度泛函理论研究了(8,0)单壁氮化硼纳米管(BNNT)和Co掺杂的(8,0)单壁氮化硼纳米管(Co-BNNT)对2-氯酚(2-CP)、2,4,6-三氯酚(TCP)、五氯酚(PCP)的吸附行为及作用机制. 结果表明, 与BNNT相比, Co-BNNT费米能级附近出现杂化态, 带隙明显减小. BNNT对2-CP、TCP和PCP呈现物理吸附, 而Co-BNNT对三种氯酚则是化学吸附, 纳米管与分子间发生了明显的电荷转移, 体系态密度在费米能级附近发生了明显变化. Co原子掺杂明显增强了BNNT的电子输运能力, 提高了纳米管对氯酚的吸附活性. Co-BNNT有望是去除或检测氯酚类污染物的潜在资源.     

水热合成制备Al掺杂α-MnO2纳米管及其超级电容器电化学性能

通过水热法制备了未掺杂α-MnO₂和Al 掺杂α-MnO₂, 对产物的形貌、结构和电化学性能进行了研究. 扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)观察表明制备产物呈纳米管形态. 紫外-可见光谱分析计算了产物的能带间隙: 随着Al 的掺杂, α-MnO₂的能带间隙值降低. 以未掺杂α-MnO₂与Al 掺杂α-MnO₂作为电极材料, 通过循环伏安(CV)和恒流充放电测试电极的超级电容器性能. 在50 mA·g^-1电流密度下, 未掺杂α-MnO₂与Al 掺杂α-MnO₂电极的比电容分别达到了204.8 和228.8 F·g^-1. 电化学阻抗谱(EIS)分析表明Al 的掺杂降低了α-MnO₂在电解液中的阻抗, 有利于提高其电化学比电容. 增强的比电容及在1000个循环后仍具有良好的容量保持率,使Al 掺杂α-MnO₂在超级电容器中具有较好的应用前景.     

三元掺杂改性锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3

以柠檬酸为螯合剂和还原剂, NH₄VO₃为钒源,通过溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃及其三元掺杂体系Li_2.85Na_0.15V_1.9Al_0.1(PO₄)_2.9F_0.1.分别采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量损失谱(EELS)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等技术对材料的微观结构、颗粒形貌和电化学性能进行分析.结果表明:在残余碳包覆的基础上, Na、Al、F三元掺杂有利于稳定Li₃V₂(PO₄)₃的晶体结构,进一步减少颗粒团聚和提升材料导电特性,促进第三个锂离子的脱出和嵌入,从而显著改善Li₃V₂(PO₄)₃的实用电化学性能.未经掺杂的Li₃V₂(PO₄)₃原粉在1/9C、1C和6C倍率下的可逆比容量分别为141、119和98 mAh·g^-1,而三元掺杂改性材料在1/9C、1C、8C和14C倍率下的比容量分别为172、139、119和115 mAh·g^-1.在1C倍率下循环300圈后,掺杂体系的比容量依然高达118 mAh·g^-1,比原粉高出32.6%.值得注意的是,这种三元掺杂还使Li₃V₂(PO₄)₃的多平台放电曲线近似转变为一条斜线,显示出可能不同的储锂机制.     

置换反应制备双金属纳米催化剂

双金属纳米颗粒具有比单金属纳米颗粒更加优异的催化、光学及电学等性能,常见的双金属纳米颗粒制备方法有共还原法、连续还原法、电沉积法、微乳液法及置换反应法等.其中,置换反应是一种重要的双金属纳米颗粒制备方法,具有反应条件温和、无需其他还原剂、所制备的纳米颗粒粒径分布均匀、结构可调可控等特点.采用该方法制备的合金结构、核壳结构以及空心结构的双金属纳米颗粒均表现出优异的催化性能,本文综述了近年来置换反应制备不同结构双金属纳米颗粒的研究现状,并且提出了置换反应制备双金属纳米颗粒研究中存在的问题和今后可能的发展方向.     

Fe3O4/LDHs复合结构的制备及吸附性能研究

分别采用两种方式(一步合成法和二步合成法)在Fe3O4表面生长层状双金属氢氧化物(LDHs),得到了Fe3O4/LDHs复合材料.利用X-射线衍射、电子显微分析、红外光谱和交变梯度磁强计等测试方法研究了LDHs和Fe3O4的复合方式对复合材料形貌、粒径、结晶性、磁性能和吸附性能的影响.同时对比分析了LDHs和Fe3O4/LDHs复合材料对Cr(Ⅵ)离子的平衡吸附规律.结果表明,采用一步合成法制备的Fe3O4/LDHs复合材料具有良好的磁性能和吸附性能.