F掺杂制备具有高暴露(001)晶面的BiOCl纳米片及其光催化性能

采用溶剂热-煅烧法,通过F掺杂合成了一系列具有高暴露(001)晶面的BiOCl纳米片。应用X射线衍射、N_2物理吸附、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、红外光谱和光电流响应等物理化学方法对合成的样品进行了表征分析。结果表明,掺杂适量的F可以促进BiOCl(110)优势晶面的生长,形成高暴露(001)晶面,同时可抑制BiOCl晶粒的长大,并增大BiOCl纳米片的比表面积和提高其表面羟基的数量。在模拟太阳光下,光催化降解偶氮染料罗丹明B结果表明,F掺杂能显著提高BiOCl对罗丹明B的光催化降解活性。其中F_(1.0)-BiOCl对罗丹明B的降解速率是BiOCl的2.67倍。此外,F_(1.0)-BiOCl对酸性橙Ⅱ的光催化降解活性是商业光催化剂P25(TiO_2)的1.24倍。F掺杂引起光催化活性大幅提升的主要原因是,高暴露(001)晶面的生成提升了BiOCl纳米片对染料的吸附性能,同时加快了光生e~-和h~+分离。     

单分子膜诱导下尿大分子对草酸钙晶体物相和晶面的调控作用

采用SEM,XRD和FTIR手段比较研究了DPPC单分子膜诱导下尿大分子硫酸软骨素A(C₄S)、硫酸软骨素C(C₆S)和血清蛋白(SA)对尿石盐草酸钙晶体生长的影响.DPPC单分子膜不但优先选择一水草酸钙(COM)物相成核生长,而且优先选择COM的(101)晶面.没有添加剂时,得到的COM为三维的六棱柱和三维的菱形晶体;加入尿大分子抑制剂后,COM的(101)晶面进一步加强,其它晶面减弱,导致二维晶体的形成.COM的(101)晶面为富钙离子晶面,带有过剩的正电荷,而DPPC单分子膜头基带有负电荷,几种尿大分子在实验条件下亦带有负电荷,带负电荷的单分子膜及带负电荷的大分子共同作用于富钙离子的(101)晶面,使得COM的(101)晶面择优生长.C₄S,C₆S和SA的存在均能有效地抑制COM生长.     

锐钛矿(001)与(101)晶面在光催化反应中的作用

采用水热法制备了(001)和(101)晶面暴露的单晶锐钛矿TiO₂颗粒. 利用光还原沉积贵金属(Au, Ag, Pt)和光氧化沉积金属氧化物(PbO₂, MnO_x)的方法研究了暴露的锐钛矿(001)和(101)晶面在光催化中的作用. 通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(STM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线光电子能谱(XPS)的表征, 发现发生光还原反应生成的贵金属粒子主要沉积在暴露的锐钛矿(101)晶面上, 而发生光氧化反应产生的金属氧化物颗粒主要沉积在暴露的锐钛矿(001)晶面上. 此结果表明光激发产生的电子与空穴主要并分别分布在单晶锐钛矿TiO₂的(101)与(001)晶面上, 并在其上参与光催化还原反应和氧化反应. 同时也表明暴露的不同晶面对光生电荷具有分离效应. 基于本研究可以认为同时暴露分别进行氧化和还原反应的晶面可以有效促进光催化反应.     

具有高活性(001)晶面的Cr-TiO_2微球的制备及可见光催化性能

采用一步水热法制备了具有高裸露率(001)晶面的锐钛矿相Cr掺杂TiO2(Cr-TiO2)微球,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对样品进行了表征.结果表明,掺杂的Cr元素以Cr3+离子和CrO3团簇2种形式存在,Cr3+离子进入TiO2晶格,形成Cr3+→Ti4+电荷转移跃迁,Cr-TiO2在可见光区具有强烈吸收.少量的Cr掺杂有利于形成平整的高活性(001)晶面.以可见光降解酸性红染料作为探针反应研究了Cr-TiO2的催化活性.结果表明,具有(001)晶面的Cr-TiO2的催化效率明显优于普通的Cr-TiO2.     

不同晶面Cu2O光催化还原Cr（VI）的性能

Cr(VI)具有高毒性和强诱变致癌性,且能稳定存在于自然界中,对人类和自然环境危害极大.而容易沉淀和吸附在固体上的Cr(III)毒性较小,约为Cr(VI)的千分之一.因此,将Cr(VI)还原为Cr(III)是处理含铬废水的有效途径.光催化还原是一种环境友好的新型技术,基于可见光的催化还原处理含Cr(VI)废水能够在常温常压下进行,具有经济、高效、清洁和无二次污染等特点而受到广泛关注.采用适宜的晶面生长控制剂,调变不同晶面的相对生长速率,可制得暴露不同晶面、具有多种形貌的Cu2O.将这些具有不同晶面的Cu2O用于光催化氧化降解有机污染物的研究表明, Cu2O的光催化氧化性能与其所暴露的晶面密切相关,其表面残留的用作晶面生长控制剂的表面活性剂对其催化性能有重要影响.相对而言,将Cu2O用于光催化还原Cr(VI)的研究较少,关于晶面导向剂油酸对其光催化还原Cr(VI)性能的影响尚未见报道.
　　本文采用液相法,首先合成了仅暴露Cu2O{100}晶面的立方体(Cub),进而通过控制晶面导向剂油酸的用量,制得仅外露Cu2O{111}晶面的八面体(OctO)和仅暴露Cu2O{110}晶面的十二面体(RhdO),继而再将OctO和RhdO在C3H6-O2等混合气中于215 oC处理30 min,通过此温和氧化除去表面油酸,获得了具有洁净表面的八面体(Oct)和十二面体(Rhd)的Cu2O.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对其物性特征进行了表征.在LED可见光辐照下,对比评价了具有不同晶面的Cu2O光催化还原Cr(VI)的性能,研究了暴露晶面及晶面导向剂油酸等对Cu2O光催化还原Cr(VI)的影响.
　　XRD研究表明,采用液相法及温和氧化处理可制得纯相的Cu2O,其XRD图中无Cu及CuO等杂峰出现. SEM观测结果表明,所得Cu2O样品形貌均一性较好,采用丙烯选择氧化去除表面油酸后, Cu2O的形貌无明显改变,仅其外表面略有粗化. FT-IR分析进一步说明,去除表面油酸后,其物相仍为Cu2O,没有出现CuO的红外特征吸收.
　　动力学研究结果显示, Cu2O光催化还原Cr(VI)具有准一级反应动力学特征,晶面导向剂油酸的存在能够在一定程度上减缓光腐蚀和酸腐蚀,有助于较长时间内保持Cu2O光催化还原活性,而对Cu2O光催化速率没有影响.以单位比表面积速率常数为比活性指标,不同晶面Cu2O光催化还原Cr(VI)的活性次序为{111}>{110}>{100}. Cu2O不同晶面的原子配位情况差异明显,且{100}晶面的表面能较低,由此可较好解释具有不同晶面Cu2O光催化还原Cr(VI)活性的不同.八面体Cu2O的{111}面上同时存在配位饱和与配位不饱和Cu,而菱形十二面体Cu2O的{110}面上只有配位饱和Cu,立方体Cu2O的{100}面上只有配位不饱和O.相对于Cu2O的{100}晶面,具有更高表面自由能的{111}和{110}晶面易于产生光生电子-空穴对,从而表现出较{100}晶面更高的光催化活性.而Cu2O{111}晶面表现出更高光催化活性的原因可能是： Cu2O{111}晶面上存在的不饱和Cu可作为活性位点,在某种程度上有利于光生电子-空穴对分离,减少光生电子-空穴对复合,从而提高光催化还原速率.     

La(OH)3和 La2O2CO3纳 米 棒 的 合 成 及 其 催 化 Claisen-Schmidt缩合反应性能简

通过调节溶液的pH值,在水热条件下合成出长径比为2-45的La（OH）₃纳米棒. 对水热合成过程中间体的结构演变分析,发现高碱度有利于小尺寸晶核的形成,La（OH）₃晶体结构的各向异性导致这些晶种沿着C轴方向生长,进而形成纳米棒结构. 将La（OH）₃纳米棒前驱体于773 K焙烧可以得到长径比为2-20的La₂O₂CO₃纳米棒. 随着长径比的增加,La₂O₂CO₃纳米棒暴露的（110）晶面逐渐增加,La³⁺-O^2-碱性位的数目也从0.08增加到0.24 mmol/g. 因此,在Claisen-Schmidt缩合反应中,La₂O₂CO₃纳米棒催化剂上的反应速率随着长径比的增加而逐渐增大.     

金属纳米结构的氧化刻蚀调控与催化性能优化

金属纳米结构的可控合成,对其性能优化和高效应用至为关键．氧化刻蚀作为金属纳米晶可控合成中的新兴有效调控手段之一,受到越来越多的关注．本文以本课题组近期的研究工作为例,说明了氧化刻蚀对金属纳米晶的形貌、尺寸、结构及组成等合成参数的有效调控作用．由此总结认为,在金属纳米晶可控合成的一般过程,尤其是成核和生长过程中,氧化刻蚀的本质是有效调控“两个速率”和“两个力学”,即减缓原子的生成速率与晶种的形成速率、选择性接受反应热力学和反应动力学的控制作用．我们将通过氧化刻蚀法调控合成得到的具有独特结构的Pd,Pt纳米晶,用于氧活化和电催化这两个重要的催化体系,获得了理想的催化结果,表明氧化刻蚀在金属纳米晶的功能改性和应用拓展方面,具有令人称奇的广阔应用前景．     

等离子体显示器中MgO介质保护膜结构和放电性能研究

为了研究等离子体显示器(PDP)中MgO介质保护膜的结构及其放电特性,通过电子束蒸发沉积,在不同的基板温度和沉积速率下获得MgO介质保护膜,并利用X射线衍射分析及放电试验对其进行了研究.试验结果表明:虽然各工艺下的MgO薄膜都只有(111)择优取向,但结构存在差异.少数工艺下得到的MgO的(111)衍射峰的晶面间距变化很小,衍射峰强度较高,同时可获得最低的着火电压-132.2 V;而在其它的基板温度和沉积速率下的MgO薄膜发生晶格畸变,(111)的晶面间距有1%以上的收缩,相应的衍射峰强度也低,而着火电压均高于140 V.另外,较高的基板温度和沉积速率易导致MgO薄膜的晶格畸变.     

密度梯度离心分离法研究银纳米片边缘晶面的反应活性

利用密度梯度法对纳米银片进行离心分离,在分离过程中使用巯基乙醇对银片进行轻度刻蚀。用透射电镜、紫外可见分光光度计对分离后的各层样品进行表征,结果表明：不同尺寸的银纳米片的边缘具有不同的反应活性,不同晶面的晶区大小同样影响银纳米片的反应活性;在银片边长为(135±5)nm时存在一个尺寸阈值,低于此尺寸阈值,银片(110)晶面的反应活性高于(100)晶面的活性,而高于此尺寸阈值,(100)晶面的活性高于(110)晶面的活性。     

量子Heisenberg磁性薄膜热动力学性质的研究

以量子Heisenberg模型为基础研究了磁性薄膜的热动力学性质. 采用变分累积展开方法,以图解方式给出了简立方格点上自旋为1/2的量子Heisenberg磁性薄膜不同晶面的热动力学性质. 计算临界约化温度、内能和比热到三级累积展开,分析不同晶面的临界约化温度随原子层数的变化,并对结果进行比较;同时比较和讨论了薄膜原子层数对不同晶面的内能和比热变化的影响.