硅藻土原位生长Nb_2O_5纳米棒及表面Cr(Ⅵ)吸附转化行为研究

以活化铌酸为铌源,草酸铵为沉积剂,十二烷基苯磺酸钠为模板剂,采用水热法在硅藻土表面原位生长Nb_2O_5纳米棒。采用SEM、TEM、XRD、BET、FT-IR和XPS等分析方法对样品进行表征,反应14 h后,Nb_2O_5纳米棒长度为500~700 nm,直径为25~35 nm;硅藻土原位生长Nb_2O_5纳米棒样品比表面积为157 m~2/g。研究了样品对Cr(Ⅵ)的吸附与光还原行为,可见光条件下对Cr(Ⅵ)吸附量可达220 mg/g;紫外光条件下,可将表面吸附的Cr(Ⅵ)转变为Cr(Ⅲ),样品经过5次循环使用后,对Cr(Ⅵ)(100 mg/L)降解率仍能保持在93%左右。样品可对重金属污染废水中Cr(Ⅵ)进行吸附与毒性降解一体化去除。     

Bi2O3修饰的BiPO4纳米棒复合催化剂可见光光催化性能的研究

以Bi₂S₃纳米棒为模板合成了形貌可控的BiPO₄ 纳米棒复合光催化剂。在可见光辐射下, 该复合催化剂表现出优异的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性能。UV-Vis漫反射谱结果表明: 催化剂经过Bi₂O₃修饰后对可见光有很好吸收; X射线衍射仪和透射电镜等表征结果表明, 所制备的BiPO₄ 纳米催化剂为直径约30 nm、长约200~500 nm的纳米棒。表面修饰少量Bi₂O₃可明显促进光催化剂对亚甲基蓝(MB)的可见光降解效率, 其活性是未修饰催化剂的1.7倍。光电流和N₂吸附实验也表明表面修饰后的催化剂光电流和BET比表面积都明显增加。这可能是由于表面修饰的Bi₂O₃不仅显著提高了BiPO₄ 纳米棒复合催化剂的可见光吸收, 而且在BiPO₄表面起到了富集电子和传输电子的作用。结果表明表面修饰Bi₂O₃的BiPO₄ 纳米棒是一种高活性的光催化材料。     

AuAg/Bi2O3复合材料的光催化降解和还原性能

先用聚丙烯酰胺凝胶法制备出Bi₂O₃颗粒,然后用光还原法将粒径为6~18 nm的AuAg合金纳米颗粒修饰在Bi₂O₃颗粒表面,制备出AuAg/Bi₂O₃复合光催化剂。AuAg合金纳米颗粒的等离子体共振吸收效应(SPR)使AuAg/Bi₂O₃复合物能吸收波长为~577 nm的可见光,拓展了Bi₂O₃的光响应范围,还促进了Bi₂O₃中光生电荷的分离。以甲基橙(MO)、罗丹明(RhB)和铬离子(Cr(VI))作为目标反应物,在模拟太阳光和可见光照射下考察了AuAg/Bi₂O₃的光催化降解和还原活性,发现AuAg合金纳米颗粒修饰提高了Bi₂O₃的光催化性能。用模拟太阳光照射2 h后,RhB和MO的降解率以及Cr(VI)的还原效率分别提高了~34.2%,~38.0%和~56.7%。同时,AuAg/Bi₂O₃还具有良好的光催化和结构稳定性。基于以上结果,提出了AuAg合金纳米颗粒对Bi₂O₃光催化性能的改性机理。     

C@K2Ti6O13分级纳米材料对Cr(VI)的吸附去除

Cr(VI)具有非常大的生物毒性, 去除溶液中的Cr(VI)是当前的一个研究热点。本研究制备了C@K₂Ti₆O₁₃分级纳米材料, 并用不同表征手段对材料的物相和结构等进行表征, 进一步探究了初始pH、吸附时间、离子强度等对C@K₂Ti₆O₁₃复合纳米结构吸附Cr(VI)的影响。实验结果表明C@K₂Ti₆O₁₃复合纳米结构对Cr(VI)有较强的吸附能力, 1 h内去除率能够达到50%以上, 其吸附动力学符合准二级动力学模型, 吸附热力学符合Langmuir等温吸附模型, 表明这种分级纳米材料在环境治理方面应用潜力巨大。     

CuS纳米片修饰Bi5O7I复合材料用于光催化还原Cr(VI)水溶液

光催化技术以其高效、安全、低成本的优势, 被广泛研究用于去除污水中有毒副作用的重金属Cr(VI)。制备半导体复合材料是一种可以有效提高半导体光催化性能的途径。本研究通过简单的水热法合成了CuS纳米片修饰的Bi₅O₇I复合材料, 并且表征和评估了其在可见光下对Cr(VI)的光催化还原活性。与纯Bi₅O₇I微米棒及纯CuS样品相比, CuS/Bi₅O₇I复合催化剂对Cr(VI)水溶液具有更高的光催化降解活性。在相同的可见光辐照条件下, 15wt% CuS修饰的复合样品, 光催化降解Cr(VI)的反应常数是纯/Bi₅O₇I样品的20倍, 纯CuS样品的4.3倍。对比样品的比表面积、光致发光谱和电化学阻抗谱的测试结果发现, 复合样品表现出更高的催化效率是由于CuS/Bi₅O₇I具有更大的比表面积、更宽的光吸收区域及更高的光生电子-空穴对的分离和传输效率。本研究还提出了CuS/Bi₅O₇I复合材料光催化降解Cr(VI)的机理。     

形貌可控氧化铌纳米棒阵列薄膜的合成研究

以铌金属为原料, 在NH₄F和H₂O₂的体系中, 通过水热方法制备形貌可控的氧化铌纳米棒阵列薄膜. 采用XRD、SEM、TEM等对不同工艺条件下获得的产物微观形貌和组成进行了表征, 考察了水热时间、水热温度和NH₄F浓度对最终产物及形貌的影响. 研究表明: 氧化铌在NH₄F和H₂O₂共存下表现出各向异性生长特性. NH₄F用量对最终产物及形貌起重要作用, 随着 NH4F浓度的增加, Nb₂O₅薄膜形貌由多面体状颗粒, 向近圆形纳米棒阵列和无规则的纳米颗粒团聚体演变. 当NH₄F的浓度为0.5g, 水热反应温度为150℃反应10h, 氧化铌在铌金属表面定向生长为六边形的纳米棒阵列. 本文还提出了氧化铌纳米棒阵列薄膜的形成机理.     

过量Nb2O5对偏铌酸铅压电陶瓷烧结性能和电学性能的影响

采用传统的固相烧结法制备了组成为PbNb₂O₆-xmol%Nb₂O₅(x=0, 5, 10, 15, 20)的压电陶瓷样品, 研究了过量Nb₂O₅对PbNb₂O₆压电陶瓷烧结性能和电学性能的影响。研究结果表明, 过量Nb₂O₅能够在保证PbNb₂O₆高居里温度和明显各向异性的条件下改善其烧结性能和电学性能。这可能是因为过量Nb₂O₅导致PbNb₂O₆中Nb-O八面体的扭曲, 进而抑制PbNb₂O₆在烧结过程中的三方到四方相变。随着过量Nb₂O₅加入到PbNb₂O₆中, 其压电系数(d₃₃)和致密度都明显提高了, 并且在过量5mol% Nb₂O₅时达到最大值, 分别为69 pC/N和93.1%。     

研磨-焙烧法制备La2O3/BiOCl复合光催化剂及其对高浓度染料降解性能

首先利用沉淀法合成了BiOCl纳米片, 然后利用研磨-焙烧法将La₂O₃纳米颗粒复合到BiOCl纳米片中, 制备了一系列La₂O₃/BiOCl复合光催化剂(La₂O₃: 1wt%、2wt%、4wt%、8wt%)。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等对样品的晶相、光吸收和表面性能等进行了表征。以紫外灯(λ = 254 nm)为光源, 评价了所制备样品光催化降解高浓度染料酸性橙II(40×10^-6)的活性。结果表明, 经过研磨-焙烧后该系列催化剂均具有较好的结晶性能, 同时2~5 nm的La₂O₃纳米粒子粘附在BiOCl纳米片表面。200℃焙烧制备的1wt%La₂O₃/BiOCl催化剂具有丰富的表面羟基, 对染料表现出较强的吸附性能。该催化剂表现了最高的光催化活性, 活性为纯BiOCl的2.4倍。另外, La₂O₃/BiOCl中的La³⁺提供的氧化-还原势阱可能捕获光生电子, 从而阻止了光生电子(e^-)和空穴(h⁺)的复合, 有利于光催化活性的提高。     

磁性ZnFe2O4/埃洛石复合材料的结构及吸附性能研究

采用溶胶-凝胶法制备磁性ZnFe₂O₄/埃洛石复合材料(MHNTs), 并对其吸附亚甲基蓝(MB)的性能进行研究。利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和振动样品磁强计(VSM)等对MHNTs的结构、形貌和磁性能进行表征, 采用静态批量平衡法对MB在MHNTs上的吸附行为和机理进行探究, 并考察了初始浓度、吸附时间和温度等因素的影响。结果表明: 复合材料中ZnFe₂O₄以10~30 nm尖晶石型纳米粒子沉积到埃洛石纳米管表面, 通过谢乐公式计算纳米ZnFe₂O₄的晶粒尺寸为19.1 nm; MHNTs具有良好的顺磁性和磁回收性。MHNTs对MB的吸附行为符合准二级动力学方程, 其吸附热力学过程符合Langmuir吸附等温线; 温度对MB在MHNTs上的吸附影响较大, 且升高温度有利于MHNTs对MB的吸附。此外, MHNTs可通过磁外场有效回收, 经过5次重复使用后MHNTs对10 mg/L MB溶液的吸附性能基本没有下降。     

CoFe2O4@PDA@Pt核壳型磁性复合材料的制备及催化性能

采用溶剂热法制备磁性CoFe₂O₄亚微球,以CoFe₂O₄为核在碱性条件下将多巴胺(DA)聚合在其表面,利用乙二醇和聚多巴胺(PDA)的多羟基还原性,将Pt原位还原负载在CoFe₂O₄@PDA表面,合成纳米核壳型CoFe₂O₄@PDA@Pt复合材料。利用TEM、XRD、振动样品磁强计(VSM)和XPS对CoFe₂O₄@PDA@Pt复合材料的微观形貌、结构和晶型等进行表征。以无机染料铁氰酸钾和有机染料对硝基苯酚为目标污染物,探究CoFe₂O₄@PDA@Pt复合材料的催化活性。结果表明,2 min内CoFe₂O₄@PDA@Pt复合材料对铁氰酸钾降解率为95%以上,对对硝基苯酚降解率约为99.3%。      

Preparation and characterization of porous Nb2O5 nanoparticles

Porous niobium oxide (Nb₂O₅) nanoparticles have been successfully prepared without any surfactant assisting. They were characterized by X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption, transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that the porous Nb₂O₅ nanoparticles are polycrystalline, the Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area is 12.09 m²/g and the average pore size is 3.4 nm. In addition, spherical and flake-like Nb₂O₅ samples were obtained and characterized. Possible explanations for the formation of Nb₂O₅ nanocrystals with different morphologies are discussed.     

介孔四氧化三锰纳米棒的快速低成本制备与电化学性能

仅以乙醇和四水合醋酸锰为原料, 快速低成本地合成了介孔四氧化三锰纳米棒, 并将其应用于锂离子电池负极材料。通过X 射线衍射、热重分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积仪等分析手段对四氧化三锰样品进行了表征。实验结果表明: 介孔四氧化三锰纳米棒的平均直径约为150 nm, 孔的尺寸范围为6~20 nm, BET比表面积高达37.3 m²/g。同时, 介孔四氧化三锰纳米棒负极材料在141 mA/g的电流密度下循环100次后可逆充放电容量为676.1和662.4 mAh/g, 而且其在不同的电流密度下继续循环80次后可逆放电容量高达850 mAh/g, 体现出了较高的容量、好的循环稳定性能和倍率性能。     

通过构筑嵌覆型碳结构提升Nb2O5的储锂性能

嵌入型过渡金属氧化物因具有安全的工作电压、高比容量和快速的嵌锂能力而受到广泛关注.但低本征电导率特性严重影响其作为锂电负极材料的寿命和性能.本文通过简便易行、可规模化放大的二氧化碳热处理方法构筑了具有新型嵌覆型碳结构的Nb₂O₅/C纳米杂化材料.在控制碳含量的前提下,实现了颗粒聚集体内部表面可控碳包覆.以嵌覆型碳结构的Nb₂O₅/C纳米杂化材料为负极组装的锂离子电池在40 mA g(-1)电流密度下容量可达387 mA hg(-1),而在200 mA g(-1)电流密度下循环500次后,容量保持率在92%以上.采用电化学滴定、差分电化学质谱(DEMS)等方法对嵌覆型五氧化二铌/碳纳米杂化材料脱嵌锂动力学过程以及产气行为进行了研究.本文提出的嵌覆型碳结构有望为高性能嵌入型过渡金属氧化物的结构设计提供参考.     

包覆改性对富锂锰基材料性能的影响

富锂锰基材料(LMNC)由于电压平台高、比容量高,在锂电池材料研究中受到广泛关注。针对LMNC材料在首次充放电过程中不可逆容量损失较大、倍率性能差等问题,运用包覆改性方法改善材料性能。首先采用溶胶-凝胶法制备LMNC富锂锰基材料,采用Nb₂O₅、SiO₂、钛酸锂进行包覆改性,并通过激光粒度测试仪、XRD、SEM等方法对材料的宏观形貌和微观结构进行测试表征。结果发现,Nb₂O₅、SiO₂包覆改性使材料性能变差,钛酸锂包覆改性后材料的放电比容量提升了10~20mAh/g。     

高容量锂电池负极材料TiNb2O7的合成及其机理

将TiNb₂O₇的前驱体在不同温度(400℃、800℃、900℃、1000℃和1100℃)煅烧,用固相合成法制备TiNb₂O₇负极材料并对其样品进行了TG-DSC、XRD和SEM表征和电化学性能测试。结果表明：在900℃煅烧前驱体,锐钛矿与Nb₂O₅反应的主要产物为Ti₂Nb₁₀O₂₉。Ti₂Nb₁₀O₂₉与金红石反应生成了TiNb₂O₇,生成纯单斜相TiNb₂O₇的最佳条件为在1100℃煅烧6 h。TiNb₂O₇负极材料在0.2C电流密度时初始容量为278.4 mAh/g,初始库伦效率为82.9%。TiNb₂O₇具有良好的倍率容量,在1C循环100次后容量保持率为89%。     

Nb Si基自生复合材料感应熔炼铸锭的组织特征及影响因素

采用氧化钇坩埚真空感应熔炼方法制备了Nb-16Si-22Ti-6Hf和Nb-16Si-22Ti-6Hf-2Cr-2Al合金铸锭, 并在1500 ℃时进行了100 h的热处理。结果表明, 铸态和热处理后的合金均由铌基固溶体(Nb_SS)、Nb₃Si、β-Nb₅Si₃和γ-Nb₅Si₃组成。冷却速度、合金化元素及热处理均会影响合金的组织。冷却速度较低时, 铸锭顶部的组织较粗大; 合金化元素Cr和Al可以促进Nb₃Si的共析转变, 使合金铸锭的组织均匀、细化; 热处理则促进Nb₃Si→Nb₅Si₃+Nb_SS的发生, 且Nb₃Si的尺寸和体积分数均减小, 边界变圆润, Nb_SS枝晶粗化, 共晶组织由片层状变为不规则岛状。