具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V2O5/g-C3N4制备

面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V₂O₅/g-C₃N₄,测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V₂O₅负载可以增强g-C₃N₄的光吸收能力,促进光生电荷的分离转移,进而提高其光催化活性。在可见光照射下V₂O₅/g-C₃N₄具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能,其析氢活性为1.38 mmol?g^-1?h^-1,降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制,结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。     

CuInS_2光催化材料制备及光催化还原溶液中U（Ⅵ）的性能

利用一步溶剂热法制备了CuInS_2可见光光催化剂,运用XRD、SEM、BET等对材料晶体物相结构、表面微观形貌、比表面积进行了表征分析。探究了前驱液Cu/In摩尔比、温度、时间和捕获剂种类对CuInS_2在可见光下光催化还原溶液中U(Ⅵ)的性能。结果表明,当Cu∶In=1∶1,样品制备温度为200℃,制备时间为12h的条件下,所制备的CuInS_2材料光催化还原U(Ⅵ)活性最佳,对溶液中U(Ⅵ)的去除率为87.8%,去除量为12.1mg/g,光催化还原过程的主要活性物质是O_2~-和e~-。     

Cr3+掺杂CaLu2Al4SiO12宽带近红外荧光材料发光性能与器件研究

近红外光谱技术在食品质量检测与分析、夜视、生物组织成像、植物生长调控等领域有重要的应用价值,宽带近红外光源在这些应用中起着重要的作用,而通过荧光材料转换实现宽带近红外LED光源有着不可比拟的优势。采用高温固相法制备了CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺（x=1%—13%）荧光粉。研究结果表明,CaLu_2-x Al₄SiO₁₂:xCr³⁺荧光粉在423 nm的蓝光激发下,光谱覆盖了650—1000 nm范围,荧光粉的发射峰值位于752 nm,半高宽有167 nm。当Cr³⁺离子掺杂浓度为5%时,量子效率达到了60.9%。同时,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺具有良好的热稳定性,在373 K时的发光强度为室温下的60.6%。此外,将CaLu₂Al₄SiO₁₂:Cr³⁺荧光粉与蓝光LED芯片结合,制备成近红外LED器件,在450 mA电流的驱动下,近红外输出功率可以达到22.69 mW。因此,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺荧光粉在近红外光谱的应用中具有广阔的前景。     

K3Fe(CN)6增强钴镍基硒化物的电化学性能研究

作为一种新型的电化学储能器件,超级电容器具有高功率密度,长循环寿命等优点。然而,超级电容器普遍具有能量密度低的缺陷,限制了其在高能量密度领域的应用。寻找具有高比电容的赝电容电极材料是目前研究重点。此外,在常规电解液中添加氧化还原添加剂,亦被认为是一种有效提升超级电容器电化学性能的手段。采用共沉淀法制备了作为超级电容器电极材料的多孔钴镍基过渡金属硒化物（NCSe）立方体,同时在碱性电解液中添加了具有氧化还原活性的K₃Fe(CN)₆的添加剂。研究结果表明,在电解液中加入K₃Fe(CN)₆,可使超级电容器的电化学特性得到提升。在2 A?g^-1电流密度下,在1 mol?L^-1的KOH电解液中,NCSe比电容仅仅为48.1 F?g^-1;而当电解液中添加0.02 mol?L^-1的K₃Fe(CN)₆后,在同样的电流密度下,NCSe比电容高达1 070.1 F?g^-1。因此,在碱性电解液中加入一定量的具有氧化还原作用的K₃Fe(CN)₆添加剂,可以有效提升超级电容器的电化学性能。     

CaLu2Al4SiO12:Eu3+荧光粉的制备和发光性能研究

现代农业如植物工厂的快速发展对植物照明的需求不断扩大,发光强度高、热稳定性良好的深红色荧光粉是LED人工植物照明光源的关键材料。为研究Eu³⁺在CaLu_2-xAl₄SiO₁₂基质中的发光性能,采用高温固相法合成了新型CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺（x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1）荧光粉,通过多种表征测试技术,系统地研究了荧光粉的晶体结构、微观形貌、荧光性质及热稳定性能,并初步探究了CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺在植物照明领域应用的可能性。通过XRD、Rietveld结构精修、EDS能谱和元素分布分析发现, Eu³⁺成功进入了CaLu₂Al₄SiO₁₂基质中。荧光光谱测试结果表明：在711 nm光的监测下,样品在280—500 nm范围出现了Eu³⁺的特征f-f跃迁吸收峰;在394 nm光的激发下,样品在550—750 nm范围出现了Eu³⁺的⁵D₀-⁷F_J （J=0、1、2、3、4）跃迁发射,其最强发射峰位于711 nm（⁵D₀-⁷F₄）处,Eu³⁺的最佳掺杂量x=0.5;Eu³⁺的荧光寿命衰减曲线和荧光发射光谱,证明了Eu³⁺在CaLu₂Al₄SiO₁₂基质中只占据一个晶体学格位;CaLu_1.5Al₄SiO₁₂:0.5Eu³⁺荧光粉在423 K下的发射峰积分强度为室温下的91.75%,表明了该荧光粉具有良好的热稳定性;CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺的深红色强发射峰位于711 nm处,与植物的光敏色素（P_FR）吸收波段相吻合,表明CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺是一种潜在的可用于LED植物照明的荧光粉。     

Nb掺杂改性LiNiO2正极材料的制备及电化学性能研究

高镍层状氧化物LiNiO₂具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。当LiNiO₂正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。采用固相法合成了Nb掺杂的层状LiNi_1-xNb_xO₂（x=0.005、0.01、0.015）正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等测试手段,分析了Nb掺杂量（摩尔百分比）对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。结果表明,随着Nb元素掺杂量的提高,LiNi_1-xNb_xO₂材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。在LiNiO₂材料中引入Nb⁵⁺离子,提高了LiNi_1-xNb_xO₂材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。当Nb掺杂量为1%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料表现出较好的倍率性能,在10 C大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh?g^-1;随着Nb掺杂量的增加,LiNi_1-xNb_xO₂材料循环稳定性同步提升,当Nb掺杂量为1.5%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO₂样品的36.2%。表明,Nb掺杂可改善LiNiO₂正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。     

NaCl-KCl-SmCl3熔盐体系中Sm3+在W电极上的电化学行为

钐(Sm)性能优越,使其在核电中有一定的应用,而使用熔盐电解方法制备钐合金具有实际意义。在温度750℃,使用三电极,以NaCl-KCl作为电解质,SmCl₃作为材料,运用循环伏安法,方波伏安法和计时电流法研究Sm^₃₊在NaCl-KCl-SmCl₃体系中的电化学行为。结果表明：Sm^₃₊在W电极上的电化学还原是得到1个电子的过程,其电子转移表达式为：Sm^₃₊+e^_-=Sm^₂₊,反应是准可逆反应,且没有发现其他电子转移行为;Sm^₃₊在W电极上的电化学还原是以扩散为控制步骤,且Sm^₃₊在NaCl-KCl-SmCl₃熔盐体系中的扩散系数为4.045×10^_-5cm^₂/s。     

溶液法制备透明SnO2薄膜微观结构和光电性能研究

氧化锡由于其优异的透明性和半导体性能及成本低廉、绿色环保等特点,逐渐成为透明氧化物半导体材料研究的热点。使用异丙醇((CH₃)₂CHOH)和乙醇(CH₃CH₂OH)为溶剂、二水合氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)为前驱体,通过旋涂法制备低成本且环保的透明SnO₂薄膜。采用同步热分析仪(TG-DSC)、激光共聚焦显微镜和霍尔效应测试仪等设备,对SnO₂薄膜的化学组分、微观结构和光电性能进行表征,探究溶剂和退火温度对透明SnO₂薄膜的影响及相关机制。研究结果表明：Sn²⁺在乙醇中的溶解性好,相应前驱体溶液的成膜质量高,薄膜致密平整;提高退火温度,薄膜内部杂质逐渐去除(215.6 ℃@CH₃CH₂OH),经过400 ℃退火后SnO₂由非晶态向结晶态转变,且SnO₂的结晶度随着温度升高而逐渐增加;基于不同温度制备的SnO₂薄膜在可见光波段(390—780 nm)具备优异的透明性,在波长为390 nm时不同温度下的透射率分别为96.55%（250 ℃）、96.21% （300 ℃）、95.14%（350 ℃）、96.44%（400 ℃）和93.31%（500 ℃）;随着退火温度升高,SnO₂薄膜的霍尔迁移率先增大后减小,薄膜载流子浓度先降低后增大,优化后的SnO₂薄膜（@350 ℃）的霍尔迁移率最高可达19.54 cm²?V^-1·s^-1,而可控载流子浓度低至7.47×10¹² cm^-2。通过优化溶剂成分和退火温度,最终制备了表面平整、高度透明且具备优良半导体性能的SnO₂薄膜,其在透明电子应用方面具有巨大的潜力。     

Mo掺杂La0.8Sr0.2Co1-xMoxO3-δ的电催化析氧、析氢性能研究

电解水制氢是一种清洁、高效和安全的技术,极具发展潜力的制氢手段。电解水制氢过程中,阳极析氧（OER）和阴极析氢（HER）动力学缓慢,需要较高的过电位突破能量壁垒,导致耗能较高。高效OER和HER催化剂的使用是提高电解水效率的关键,开发高活性、高稳定性和低成本的OER和HER双功能电催化剂,可极大促进电解水制氢的产 业化发展。钙钛矿氧化物（结构式ABO₃）电催化剂具有储量丰富、结构与成分易调控等优点,在电催化水分解制氢催化剂的研究中广受关注。钙钛矿氧化物的B位离子掺杂是增强其电催化活性的常见策略,合理选择B位掺杂元素的种 类和含量,不仅可调控钙钛矿氧化物的晶体结构、获得更高的催化活性,还可赋予其双功能催化性能。以La_0.8Sr_0.2CoO_3-δ钙钛矿氧化物为原料,通过高价Mo离子掺杂,采用固相合成法制备了La_0.8Sr_0.2Co_1-xMo_xO_3-δ（LSCM,x=0、0.05、0.1、0.2）系列钙钛矿材料,研究了Mo掺杂量（质量分数）对钙钛矿材料电催化析氧和析氢性能的影响。结果表明,掺杂少量Mo元素,不会改变LSCM的物相和微观形貌,但可有效提升OER和HER的催化活性,其主要原因是Mo掺杂改变了Co的价态、氧空位和晶体结构对称性。适量Mo元素掺杂对LSC钙钛矿氧化物的析氢和析氧性能均有提高,但随着Mo掺杂量增多,LSCM的OER和HER催化活性均开始下降。当Mo质量分数为5%时,La_0.8Sr_0.2Co_0.95Mo_0.05O_3-δ（LSCM-5）具有最优异的OER和HER催化活性,在10 mA?cm^-2电流密度下,OER和HER过电位分别为457和320 mV,Tafel斜率分别为89和32 mV?dec^-1。本研究证明,B位Mo掺杂,对开发低成本、高性能的析氢和析氧双功能钙钛矿氧化物电催化剂具有一定实用价值。     

退火温度对碳基全无机钙钛矿太阳能电池性能的影响

碳基全无机钙钛矿太阳能电池(carbon-based all-inorganic perovskite solar cells, C-PSCs)由于成本低、热稳定性好等优点逐渐引起人们的广泛关注,然而其效率要远低于传统的钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)。通过调控CsPbI₂Br薄膜的退火温度,改善薄膜质量。利用SEM、XRD表征分析了钙钛矿薄膜微观形貌以及物相结构,发现升高退火温度可有效提高CsPbI₂Br薄膜的结晶性从而减少其表面的孔洞。升高钙钛矿薄膜的退火温度,器件的光伏性能有显著提高,短路电流密度(J_sc)从8.84 mA·cm^-2提高至12.14 mA·cm^-2,开路电压(V_oc)从0.93 V提高至1.06 V,最终能量转换效率(PCE)从2.75%提高至7.63%。研究结果表明,优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺可以有效提高其光伏性能。     

二氧化钛光催化材料的掺杂改性

随着光催化技术不断发展成熟,空气品质和生活用水安全等问题倍受关注,二氧化钛作为新型光催化材料,其原有的性能已不能满足人们的需要,因此需要不断地突破改性。目前在二氧化钛改性方面以金属掺杂、非金属掺杂、共掺杂等技术为主,通过提高二氧化钛比表面积,抑制电子空穴的复合,促进电子空穴对的分离,达到增强二氧化钛光催化活性的目的。本文阐述了近年来二氧化钛的掺杂改性技术的发展现状,并对二氧化钛改性技术的发展趋势进行了展望。     

焙烧温度对硅酸钙矿化CO2的影响

基于CO2矿化利用(CMU)的学术思想,提出了钾长石与氯化钙或硫酸钙焙烧提钾/提钾渣矿化固定CO2的技术路线。但是这两种路线得到提钾渣中硅酸钙(主要物相是硅灰石Ca Si O3和假硅灰石Ca3Si3O9)矿化CO2活性有很大的差异。本文考察了焙烧温度对硅酸钙矿化CO2的影响,结果表明,未焙烧硅酸钙矿化CO2转化率达到95%,随着焙烧温度的升高,硅酸钙的转化率逐渐降低,由900℃的82%逐渐降至1300℃的48%。XRD分析表明,焙烧处理使硅灰石逐渐转化成为更易于与CO2反应的假硅灰石;SEM观察发现,焙烧导致非晶态的硅酸钙颗粒晶化与烧结,比表面积显著地降低。上述两种相反的影响中,比表面积降低的不利因素占据了主导,从而降低了硅酸钙矿化CO2反应的活性。     

高钛型高炉渣光催化材料研究进展

本文简介了攀钢高钛型高炉渣的利用现状及存在的问题,综述了国内高钛型高炉渣制备光催化剂研究现状,认为高钛型高炉渣是一种具有光催化降解能力的材料,探索不同的方式进行改性以增强其光催化效应是未来制备优质高炉渣光催化材料的研究方向。同时,提出了高钛型高炉渣光催化材料应用方向和可能生产的环保产品。     

煤矿电厂粉煤灰光催化特性的研究

以太阳光、紫外灯、高压汞灯为激发光源，以甲基橙为试验废水，采用BET，XRD为表征手段和Langmuir-Hinshewood动力学方程方法，研究粉煤灰光催化特性.实验结果表明，无光照下粉煤灰吸附甲基橙符合Langmuir等温吸附经验式1/q_t=0.653 9+0.454 4/C_e.在光激发下粉煤灰处理甲基橙溶液，脱色率普遍提高1%～9%，以太阳光的光催化活性最大.说明粉煤灰玻璃微珠表面的Fe₂O₃可吸收太阳光中的可见光，具有光活性.无光照下其吸附速度常数与有光源激发时表观一级反应速度常数有差异.对粉煤灰光催化活性的主要影响因素是：波长、投灰量、溶液初始的pH值.     

偏钒酸铵掺杂高钛型高炉渣的光催化性能优化

为了实现以非提钛方法对高钛型高炉渣的综合利用,利用其含TiO2可制备光催化剂的特点,以攀钢高钛型高炉渣掺杂偏钒酸铵为原料,采用多元固相烧结法制备掺杂钒的光催化剂,在紫外光下,考察了煅烧温度、掺杂量及煅烧时间对模拟污染物亚甲基蓝溶液降解率的影响,并用XRD对催化剂进行了表征。结果表明:在煅烧温度800℃、偏钒酸铵-TiO2质量百分比45%、煅烧时间2h时,制备的掺杂光催化剂降解率达到83.5%,与未掺杂之前相比,其降解率提高了26.9%。      

吸附型复合催化剂光催化消除煤矿瓦斯的机理

为研究自制的氧化镓/煤基活性炭吸附型催化剂(15%Ga_2O_3/AC)光催化消除矿井瓦斯机理,开展了复合催化剂光助消除模拟矿井瓦斯中甲烷气体的实验。采用X-射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、N_2吸附-脱附技术对催化剂的复合效果、微观界面结构、孔体积、孔径分布和比表面进行表征,利用荧光发射谱、电子自旋共振谱(ESR)对光生电荷分离、光电子迁移和活性物种的产生进行测定;结合对甲烷降解动力学的分析可知,15%Ga_2O_3/AC可循环多次用于低浓度煤矿瓦斯的光助消除,煤基活性炭在增强复合催化剂对CH_4分子吸附能力的同时还促进光生电荷分离以产生更多光空穴(h+)和超氧自由基(O_2~(·-)),使CH_4经h+抽氢产生的·CH_3进一步被O_2~(·-)氧化,提高催化剂消除瓦斯性能,为利用光氧化技术治理矿井局部瓦斯提供理论依据。     

介孔TiO_2纳米光催化材料的水热合成及表征

以钛酸丁酯为钛源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,采用水热合成法制备介孔TiO_2纳米光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积孔径分析仪、紫外-可见分光光度计分析等方法对材料进行表征和测试。重点研究模版剂用量对所制TiO_2纳米光催化剂结构和光催化性能的影响。结果表明,纳米TiO_2光催化剂具有单一的锐钛矿相结构,晶粒尺寸小于12.8 nm;当模板剂用量(n_(CTAB)/n_(Ti))为0.5%时,催化剂的介孔孔径尺寸为5~16 nm,比表面积为162.8 m~2/g,孔容体积为0.38 cm~3/g,对光的吸收波长为460 nm,吸附能力强、光催化活性高。     

Z-型CdZnS/Ag/NCN异质结光催化剂的制备及可见光析氢性能研究

纯有机半导体所固有的较高激子结合能和低电荷分离效率是限制氮化碳光催化析氢性能和应用的关键问题．通过对以双氰胺为原料生成的氮化碳在氨气气氛下的二次气相反应,在氮化碳末端成功引入胺基基团,增强了氮化碳的水相分散能力和配位能力．然后通过硼氢化钠原位还原法在这种氮掺杂氮化碳表面负载银,再通过超声搅拌使将所得产物与不同Cd/Zn摩尔比的硫锌镉（CdZnS-X）自由组合,从而构建了以单质银作为载流子转移媒介的Z型CdZnS/Ag/NCN异质结．实验结果表明：以体积百分数20%的三乙醇胺作为空穴牺牲剂,当硫锌镉中r（Cd）∶r（Zn）∶r（S）=2∶8∶10时,Z型CdZnS/Ag/NCN异质结复合物的可见光（λ>420 nm）析氢效率可达1279.45 μmol/（h·g）,是氮掺杂氮化碳的4.4倍及硫锌镉的5.8倍．光谱和电化学实验结果表明,Z型CdZnS/Ag/NCN异质结复合材料性能的显著提升,主要是由于Z型异质结促进了单一组分的电荷分离,增大了固/液接触面和反应活性位点．      

三种ZnS基-有机胺纳米复合材料光催化产氢性能研究

本研究采用溶剂热法合成三种ZnS基-有机胺纳米复合材料ZnS.(n-BA)x、ZnS.(HMD)x、ZnS.(DETA)x,在乙醇为牺牲剂、H2PtCl6为助催化剂的条件下对三者的光解水产氢性能进行测试,并结合其禁带宽度值及结构特点用气相色谱仪对其光催化性能进行分析。结果表明：ZnS.(n-BA)x、ZnS.(HMD)x、ZnS.(DETA)x 三种复合材料的禁带宽度值分别为：3.66eV、3.91eV、3.85eV。此外,本研究成功实现了光解水产氢与牺牲剂乙醇选择性氧化的耦合,在ZnS纳米复合材料上实现了有机物的C-C偶联,利用牺牲剂乙醇,高选择性地合成了高价值附加产物2,3-丁二醇,同时产氢速率均保持在较高的水平。三种复合材料中,具有最小禁带宽度及最小粒径的ZnS.(n-BA)x光催化产氢能力最高,平均产氢速率为22.48mmol.h-1^.g-1^,产物选择性方面,2,3-丁二醇含量最高的也是ZnS.(n-BA)x,可高达88.72%。ZnS.(n-BA)x作为三者中产氢效率及产物选择性最优的复合材料,其稳定性也处于优势水平,有望在新型纳米复合材料的光催化产氢性能的研究中提供一定的参考价值。