超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能

以TiCl₄ 、Fe (NO₃ )₃·9H₂O 和Na₂SiO₃19H₂O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO₂/ Fe₂O₃ 和TiO₂/ Fe₂O₃/ SiO₂ 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO₂/ Fe₂O₃ 复合粒子与单组分TiO₂ 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO₂, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO₂ 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO₂ 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe₂O₃ 最佳掺入量为0.06 %, SiO₂ 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO₂ 以锐钛矿型形式存在, SiO₂ 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO₂/ Fe₂O₃ 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。     

等离子体电解氧化法制备多孔TiO2/V2O5复合物膜层及其增强光催化产氢活性

较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO₂光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH₄VO₃的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO₂/V₂O₅复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH₄VO₃含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO₂组成,具有微孔结构,V₂O₅主要以无定形形式存在于膜中,与TiO₂有很强的相互作用,影响TiO₂的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO₂的结晶和金红石型TiO₂的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na₂S+ Na₂SO₃溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH₄VO₃的电解液中制备的TiO₂/V₂O₅薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。     

机械化学合成Ni2Al3/Al2O3去合金化制备Raney-Ni/Al2O3复合粉体

以NiO粉和Al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。将Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体用浓度为20%的NaOH溶液腐蚀2h,可得到纳米晶结构的Ni/Al_2O_3复合粉体。利用XRD和TEM对其物相和结构进行了表征。结果表明,球磨1h后混合粉末仍为NiO粉和Al粉,球磨3h后NiO粉和Al粉在机械力的作用下反应形成Ni_2Al_3和Al_2O_3粉体,机械力诱发的NiO和Al之间的反应属于突发型反应,继续球磨10h后形成Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体在70℃、质量比为20%NaOH溶液中刻蚀2h,可获得Ni/Al_2O_3复合粉体。     

碳纳米管修饰LaFeO3/TiO2复合材料的光催化性能与机理

采用超声辅助溶胶凝胶法制备了LaFeO₃颗粒,进一步以碳纳米管(CNTs)为基底和钛酸丁酯为前体,通过一步水热法煅烧合成CNTs/TiO₂/LaFeO₃(CTF)三元异质结光催化复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-解吸等温线(BET)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)等表征手段对材料的形貌与特征结构、比表面积和孔径结构以及光学特征进行了分析,并在紫外光下通过降解活性黑五(RB5)测试样品的光催化性能。结果表明,以CNTs作为载体,能够有效提升LaFeO₃/TiO₂复合材料的光催化性能。当CNTs在复合材料中的质量占比为5%时,150 W汞灯照射下RB5的50 min去除率可达99.5%。CNTs一方面通过增加复合材料的比较面积为催化反应的进行提供了更多的活性位点,更为重要的是,CNTs作为光生载流子传输的通道加快了电荷分离效率,提升了复合材料的降解能力和催化反应动力学进程。     

MoS2/g-C3N4复合催化剂的制备及CdSe量子点敏化产氢性能研究

太阳能光催化分解水制氢被认为是从根本上解决能源与环境问题较为理想的途径之一。在以尿素为原料制得石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的基础之上,采用简单的低温溶液反应法将二硫化钼(MoS_2)与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合得到复合催化剂MoS_2/g-C_3N_4,并利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和荧光光谱等对该复合光催化剂的组成、形貌和光物理性能进行了表征;进而以CdSe量子点为光敏剂,三乙醇胺(TEOA)为牺牲剂,构建了不含贵金属的三组分光催化产氢体系,并对体系pH值、CdSe量子点浓度等对产氢性能的影响进行了研究。结果表明:将MoS_2纳米颗粒负载到g-C_3N_4上可使g-C_3N_4的光催化产氢性能得到显著提高。当MoS_2负载量为7%(质量比)时,在最佳的条件下(pH=9.0,CdSe量子点的体积为25mL),最大产氢速率达到了141.74μmol·h-1,6h的产氢总量达到了212.61μmol。最后,结合荧光猝灭实验,推测了该体系的产氢机理。     

Fe2O3/TiO2纳米管光催化降解微环境苯系物的实验研究

采用阳极氧化-阴极沉积-阳极氧化法制备了三氧化二铁/二氧化钛(Fe2O3/TiO_2)复合纳米管阵列,以室内空气典型污染物苯系物为模拟反应物,研究了湿度与催化剂用量对苯系物气体光催化降解效果的影响,并分析了Fe2O3/TiO_2复合纳米管光催化降解苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯的反应历程。结果表明:该Fe2O3/TiO_2复合纳米管排列整齐均匀,相对纯TiO_2具有较高的可见光响应特性;光功率密度为0.9W/cm2、停留时间为10min,不同湿度和催化剂用量条件下总苯系物的降解率可以达到75%~95.3%;当湿度为60%,光催化剂用量为50cm2或62.5cm2时,各组分的降解率达到最高;湿度为0~30%,催化剂用量为25~37.5cm2时,各组分的降解率较高;在不同湿度下,苯系物各组分的氧化历程主要受正水离子及超负氧离子的数量影响。     

水热法制备γ-Ce2S3@ZrO2包裹型大红色料

以γ-Ce_2S_3和Zr(SO4)2·4H2O为原料,采用水热法合成了核壳结构的ZrO_2包裹的γ-Ce_2S_3大红色料(记为γ-Ce_2S_3@ZrO_2),研究了水热体系的p H值、水热助剂、水热时间、水热温度以及水热次数对色料结构和形貌的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和色度计对样品进行了表征。研究结果表明:调节溶液的p H值为13.0,以C2H3Na O2为助剂,180℃下水热反应18 h,重复水热3次,可获得抗酸腐蚀性能良好、色泽鲜艳的γ-Ce_2S_3@ZrO_2包裹型大红色料。     

第一性原理对CaTiO3和CaCu3Ti4O12的对比研究

通过Ca替换CaCu_3Ti_4O_(12)晶胞中的所有Cu,建立了包含TiO6八面体扭转的CaTiO3;通过Cu替换CaTiO32×2×2超胞中3/4的Ca,建立了不包含CuO_4正方形的CaCu_3Ti_4O_(12)。采用Materials Studio软件的CASTEP模块,对比了上述晶体和标准晶体成键状况、能带结构、态密度及介电函数,分析了TiO6八面体扭转和CuO_4正方形的影响,发现了Cu-O键或CuO_4正方形对CaCu_3Ti_4O_(12)光频介电常数的关键性作用。研究结果提供了通过内禀机制优化CaCu_3Ti_4O_(12)材料介电性能的新途径。     

水热法制备α-FeOOH/MoS2纳米片复合物及其光催化性能

采用水热法成功制备了棒状α-FeOOH/MoS_2纳米片复合催化剂。运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(PL)对复合催化剂的结构和形貌进行了表征。结果表明:成功制备了长度为500nm左右的纳米棒状α-FeOOH,其与MoS_2纳米片形成良好的复合结构。以亚甲基蓝为模拟污染物,研究复合催化剂在可见光照射下的光催化特性。结果显示,棒状α-FeOOH/MoS_2纳米片复合催化剂在120min内对亚甲基蓝的降解率为98%,其降解动力学常数是纯α-FeOOH的3倍。根据活性基捕获实验结果,提出了α-FeOOH与MoS_2纳米片形成异质结的Z型光催化机理。     

二次烧结气氛对La0.7Sr0.3MnO3氧还原催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法结合二次高温烧结技术,制备了锰系钙钛矿催化剂。利用XRD和EDS对催化剂的物相与元素组成进行了分析,并利用电化学分析方法研究了催化剂的氧还原催化性能。XRD与EDS结果表明,N_2气氛二次烧结不改变La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3物相组成,但NH3气氛二次烧结会造成La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3分解。电化学结果表明,N_2气氛二次烧结催化剂的氧还原催化活性高于NH3气氛二次烧结催化剂,其氧还原起始电势与极限电流分别为0.028V(vs.Hg/HgO)和2.181mA·cm~(-2)(2 000r/min)。     

纳米-Al2O3/SiO2加入量对MgO-Al2O3-SiO2复相陶瓷烧结机理的影响

为了探究纳米-Al₂O₃/SiO₂加入量对MgO-Al₂O₃-SiO₂复相陶瓷烧结行为的作用机理。以微米级MgO、纳米级Al₂O₃和SiO₂为主要原料制备陶瓷基复合材料。通过XRD和 SEM等检测手段对烧后试样的物相组成和微观结构进行测试与表征,重点研究Al₂O₃/SiO₂的加入对复相陶瓷物相组成、微观结构及烧结性能的影响。结果表明:随着Al₂O₃/SiO₂加入量的增大,试样烧后相对密度和烧后线变化率呈先增大后减小再增大的趋势,加入15%Al₂O₃/SiO₂(质量分数)的试样经1 500 ℃烧结后,其相对密度可以达到94%。引入的Al₂O₃/SiO₂与基体中的MgO生成镁铝尖晶石与镁橄榄石相,原位反应伴随的体积膨胀,抵消部分烧结过程中的体积收缩。Al₂O₃/SiO₂加入量为75%(质量分数)的试样经1 400 ℃烧结后,基体中有大量堇青石相生成,随着煅烧温度提高到1 500 ℃,堇青石分解所产生的高温液相促进了试样的烧结收缩。     

La2O3、Nd2O3、Y2O3对高岭石高温相变动力学的影响

利用综合热分析技术、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)研究了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温条件下转变成莫来石过程的作用,并采用Kissinger方程、Ozawa方程以及JMA修正方程(Ⅰ)和(Ⅱ)分析了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温相变动力学的影响。结果表明:3种稀土氧化物的掺入对高岭石的相变动力学参数产生了影响,相变活化能和频率因子与未掺入稀土氧化物的高岭石相比有所降低,析晶方式则未发生变化,均属于体积晶化。对比掺入3种稀土氧化物的高岭石相变活化能和频率因子可以看出,Y_2O_3对于高岭石高温条件下相变的促进作用最为明显,相变活化能最低。稀土氧化物对于高岭石高温相变产物影响不大,主晶相为莫来石相,次晶相为方石英相,但稀土氧化物的掺入使得方石英相的结晶度明显提高。     

基于SnO2/Fe3O4粒子电极的三维电极体系的电催化性能

通过水热法合成复合金属氧化物SnO_2/Fe_3O_4粒子电极,然后采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、磁滞回线等技术分别对粒子电极的晶体组分、形貌、元素组成和分子结构以及粒子电极的磁性特征进行表征。采用循环伏安法分析了三维电极系统的电化学性能,并进行了电催化氧化降解罗丹明B(RhB)的实验。结果表明,SnO_2/Fe_3O_4粒子电极负载稳定、导电性强、便于回收再利用,有利于电催化氧化降解反应。三维电极降解罗丹明B的析氧电流高于其他电极体系,电催化活性效果明显,90min内罗丹明B的降解率为100%、TOC去除率为83%,反应中产生的·OH是降解有机物的主要活性基。粒子电极在重复利用5次的情况下,对罗丹明B的降解率仍保持93%以上、TOC去除率保持在77%以上,具有稳定的电催化性能。     

MgO/Al2O3比对MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃分相与析晶的影响

采用高温熔融法制备了具有不同MgO/Al₂O₃比的堇青石微晶玻璃。采用差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试技术研究了MgO/Al₂O₃比对该系统玻璃分相和析晶的影响。结果表明:当SiO₂含量不变时,随着MgO/Al₂O₃比的减小,分相形貌由连通的蠕虫状逐渐变为孤立的球形结构,且分相粒子尺寸逐渐减小,从200~300 nm减小至30~50 nm。当MgO/Al₂O₃比从3降到1,析晶峰温度由997 ℃升至1 105 ℃,析晶的难度逐渐提高。当MgO/Al₂O₃比为3时,MgO-Al₂O₃-SiO₂系统玻璃经950 ℃热处理后即产生大量分相,经1 050 ℃热处理后在分相液滴中析出大量堇青石晶体,且堇青石优先在富Mg相中析出。提高MgO/Al₂O₃比有利于MgO-Al₂O₃-SiO₂系统玻璃在分相中析晶,反之,则会降低系统的分相和析晶能力。     

水热合成的MoS2/石墨烯/N-TiO2复合材料的可见光催化性能

以氧化石墨烯(GO)、钼酸、硫脲和TiN为原料,成功制备了MoS_2/石墨烯/N-TiO_2(MGNT)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段测试分析了样品的物相组成、形貌、成分和光吸收性能。紫外-可见漫反射测试结果表明,MoS_2、石墨烯共同修饰及氮掺杂使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明,MoS_2/石墨烯共同修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是氮掺杂TiO_2(NT)和石墨烯修饰氮掺杂TiO_2(GNT)的1.82倍和1.59倍,其吸附性分别为氮掺杂TiO_2、石墨烯修饰氮掺杂TiO_2的11.14倍和4.77倍。     

二次水热法制备鸟巢状TiO2/Co3O4纳米结构及其锂电性能

以TiO_2粉末和NaOH为原料,在机械外力场作用下,采用水热法制备TiO_2纳米线。随后将得到的TiO_2纳米线与六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)和尿素(Urea)共同水热反应制备TiO_2/Co_3O_4纳米结构材料。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪和电化学工作站等,对材料的相组成、微观形貌、锂电性能和阻抗性能进行测试。结果表明,TiO_2/Co_3O_4纳米复合材料为鸟巢状结构,其在33.5mA/g电流密度下恒电流充放电的首次放电容量为777mAh/g,充电容量为759mAh/g,100次循环后的可逆容量仍保持在663mAh/g,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

Microstructural study of YBa2Cu3O7/SrTiO3/YBa2Cu3O7 heteroepitaxial trilayer films grown on (100) SrTiO3 substrates

Detailed transmission electron microscopic study has been carried out on heteroepitaxial YBa₂Cu₃O₇/SrTiO₃/YBa₂Cu₃O₇ trilayer thin films grown on (100)SrTiO₃ substrates prepared by DC and RF magnetron sputtering. The microstructural results showed the existence of somea-axis-oriented YBCO grains 20–90 nm wide in thec-axis-oriented YBCO matrix. Some of thea-axis grains in the lower YBCO thin film layer have protruded into the above SrTiO₃ layer, which may cause short circuit between the two YBCO superconducting layers. This is unsuitable for the application of trilayer thin films for microelectronic devices. The defects on the surface of the substrates would also influence the growth quality of the YBCO thin films.     

Sn0.94Sc0.06P2O7的合成及其中温电性能研究

采用固相法合成了Sn0.94Sc0.06P2O7。XRD测试结果表明Sn0.94Sc0.06P2O7表现为单一立方SnP2O7相结构。采用电化学工作站对样品的中温电性能(50~250℃)进行了研究。结果表明,样品在湿润H2气氛中200℃下,电导率达到最大值(2.8×10-2 S·cm-1)。以样品为固体电解质组装氢-空气燃料电池,性能测试表明,在150℃时,其最大输出功率密度为25.02mW·cm-2(厚度:1.7mm),表明Sn0.94Sc0.06P2O7是一种潜在的中温燃料电池的电解质材料。