探索提高光电极太阳能转换效率的新方法

光电化学电池制氢是解决能源短缺的可能途径之一,然而太阳能转换效率低限制了其大规模实用化。提出了通过提高量子转换效率（IPCE）和减小带隙等手段来提高太阳能转换效率。利用异质结中的内建电场,有利于电子空穴分离,从而提高量子转换效率。以WO3／Fe2O3异质结光电极为例,在400～530nm波长范围内,其量子转换效率高于单一的WO3和Fe2O3电极的总和。窄带隙半导体材料能够吸收更多的可见光,从而提高太阳能转换效率。窄带隙材料可以通过固溶体方法对宽带隙半导体的价带进行调控来获得。以（SrTiO3）1-x·（LaTiO2N）,（0≤x≤0．40）为例,随着x的增加,价带提高而带隙逐渐减小。当x=0．4时可见光响应超过600nm,IPCE的最大值4．6％出现在410nm左右。窄带隙材料也可以通过固溶体方法对宽带隙半导体的导带进行调控来获得。以InxGa1-xN（0≤x≤0．20）为例,固溶体的带隙随着x的增加而逐渐减小,固溶体带隙减小主要是由于导带降低引起的;当x=0．2时可见光响应超过480nm,在400～430nm波长范围内最高IPCE达到9％。     

微波协助溶胶-凝胶法制备Ca_2Fe_2O_5及其光催化性能

钙钛矿型复合氧化物Ca_2Fe_2O_5是一种新型的窄带隙半导体光催化材料。以Fe(NO_3)_3×9H_2O、Ca(NO_3)_2×4H_2O、聚乙烯醇和尿素为主要原料,采用微波协助溶胶-凝胶法成功制备了Ca_2Fe_2O_5。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和漫反射谱(DRS)对Ca_2Fe_2O_5进行了表征,并研究了煅烧温度对Ca2Fe_2O_5光催化性能的影响。结果表明:700~1000℃煅烧都能得到Ca2Fe2O5;其中,800℃煅烧得到的Ca_2Fe_2O_5光催化性能最佳,其粒径为80~100nm,带隙吸收边波长为548nm,对应带隙宽度为2.3eV;在可见光条件下,800℃煅烧得到的纳米Ca2Fe2O5对模拟污水甲基橙表现出了优良的光催化降解性能。微波协助溶胶-凝胶法制备的Ca_2Fe_2O_5光催化活性明显优于单一溶胶-凝胶法制备的Ca2Fe2O5,是一种在污水处理方面具有应用前景的可见光催化剂。     

溶胶-凝胶法制备ErFeO3及其可见光催化性能研究

钙钛矿结构的ErFeO₃是一种新型的光催化材料。本文以Er(NO₃)₃.5H₂O、Fe(NO₃)₃×9H₂O、柠檬酸和尿素为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备得到ErFeO₃的凝胶,将凝胶于80 ℃烘箱中48 h得到干凝胶,然后将干凝胶于700-1000 ℃煅烧制备ErFeO₃。通过热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和漫反射谱(DRS)等对ErFeO₃进行表征。以甲基橙溶液为模拟污水,研究了ErFeO₃的可见光催化性能。结果表明：制备得到了钙钛矿结构的ErFeO₃,其平均晶粒粒径为80-100 nm左右,带隙宽度为2.0 eV。在可见光光照下, ErFeO₃对甲基橙表现出了优良的可见光催化活性。溶胶-凝胶法制备的ErFeO₃在光催化降解有机污染物领域具有实际应用前景。     

低温燃烧合成掺杂纳米TiO2的光吸收和光催化性能

以TiCl4为前驱体,采用低温燃烧合成工艺制备了同时掺杂Zn2+、Fe3+、Ce4+的纳米TiO2粉体,用紫外-可见光漫反射光谱表征粉体的光吸收特性,以亚甲基蓝为目标污染物研究了粉体在可见光辐射下的光催化活性;详细研究了Fe/Ce(mol)、(Fe+Ce)/Ti(mol)、柠檬酸/Ti(mol)、煅烧温度、煅烧时间等对产物光吸收带隙的影响.结果表明,通过改变合成条件可实现对掺杂二氧化钛粉体光吸收带隙的有效调制,最大红移使光吸收波长拓展至494 nm;光吸收带隙与光催化活性并没有直接的对应关系,只有适当的带隙宽度和带隙结构才具有较好的光催化活性.     

低温燃烧合成掺杂纳米TiO2的光吸收和光催化性能

以TiCl4为前驱体,采用低温燃烧合成工艺制备了同时掺杂Zn2+、Fe3+、Ce4+的纳米TiO2粉体,用紫外-可见光漫反射光谱表征粉体的光吸收特性,以亚甲基蓝为目标污染物研究了粉体在可见光辐射下的光催化活性;详细研究了Fe/Ce(mol)、(Fe+Ce)/Ti(mol)、柠檬酸/Ti(mol)、煅烧温度、煅烧时间等对产物光吸收带隙的影响.结果表明,通过改变合成条件可实现对掺杂二氧化钛粉体光吸收带隙的有效调制,最大红移使光吸收波长拓展至494 nm;光吸收带隙与光催化活性并没有直接的对应关系,只有适当的带隙宽度和带隙结构才具有较好的光催化活性.     

铁酸铋粉末的制备及性能研究

研究了以硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)为原料,氢氧化钠(NaOH)做矿化剂,采用水热合成的方法制备的高纯度高结晶度的单相铁酸铋BiFeO3粉末。研究了不同反应温度(150~190℃)和不同反应时间(5~48h)对BiFeO3粉末相结构与微观形貌变化的影响,获得了规律性的结果,温度的提高和适当的反应时间均有助于粉末中杂相的减少,而BiFeO3颗粒的形貌主要受温度的影响,反应时间只对BiFeO3颗粒大小稍有影响。研究结果还表明,制备的高纯度高结晶度的单相BiFeO3粉末具有相对强的磁性。文章对该类多铁性材料的研制开拓了研究思路。     

微-介孔复合孔结构二氧化硅干凝胶的制备及其物理化学性能的研究

采用改进的Stober法制备得到纳米二氧化硅溶胶颗粒,并在空气中对其干燥得到了具有微-介孔复合孔结构的二氧化硅干凝胶。通过粒度测试、TEM、SEM、XRD、FT-IR、PL光谱、N_2吸附-脱附等手段对产物进行全面分析,发现制备的二氧化硅溶胶颗粒平均粒度约23 nm,在乙醇溶液中具有良好的分散性;干燥后的二氧化硅干凝胶呈非晶状态,其表面存在着Si-OH和Si-OR基团。同时,在二氧化硅干凝胶的表面及内部存在着大量的缺陷,因此表现出光致发光性能:在?_(ex)=300 nm的激光的激发下,二氧化硅干凝胶发出紫外(?_(em)=355 nm)的荧光;在?_(ex)=380 nm的光的激发下则发出可见光范围(?_(em)=430 nm)的磷光。N_2吸附-脱附等温线的计算结果表明,二氧化硅干凝胶的比表面积S_(BET)=559m~2/g,孔容0.62 cm~3/g,产物内部同时存在大量微孔和介孔,是作为催化剂载体的理想替代材料。     

元素掺杂对BiFeO_3铁磁电材料性能影响的研究进展

BiFeO3是一种室温下同时具有铁磁性和铁电性的铁磁电材料,在新型存储器件和自旋电子器件方面都有着潜在的应用前景而受到广泛的关注。本文综述了不同元素掺杂对BiFeO3铁磁电材料性能影响,并展望了BiFeO3铁磁电材料今后的研究和发展趋势。     

WO3-TiO2复合空心球的制备及其光催化性能

以钛酸四正丁酯和偏钨酸铵为原料,采用水热-模板法制备复合WO3-TiO2光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积(BET)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等手段对催化剂的结构和光学性能进行表征。结果表明:WO3-TiO2复合半导体中的TiO2为锐钛矿晶型,焙烧后的WO3-TiO2呈中空球形结构,粒径在320 nm左右,且粒径分布均匀,其比表面积和平均孔径分别为40.95 m2/g和16.91 nm,WO3-TiO2复合半导体的紫外-可见吸收边带较TiO2的红移约50 nm,并在400~500 nm处有吸收。光降解甲基橙(MO)实验显示:经过80 min光照后,WO3-TiO2复合半导体在紫外和可见光下对甲基橙的降解率分别为99.2%和81%,而TiO2的仅为64%和25%,且在紫外和可见光下WO3-TiO2复合半导体的表观速率常数分别是TiO2的3.2和4.9倍左右。     

化学液相法制备BiFeO3薄膜

以硝酸铋、硝酸铁以及柠檬酸为原料通过化学液相法在普通载玻片、(100)Si片和(100)ITO玻璃上分别制备了不同厚度的BiFeO3薄膜,研究了热处理温度对BiFeO3的形成以及微观形貌的影响.Si片上的薄膜由于与衬底之间的反应,得到纯BiFeO3相热处理温度需低于650℃,而在普通载玻片和ITO玻璃衬底上,525℃到650℃均可以得到结晶良好的纯BiFeO3薄膜.550℃热处理得到的BiFeO3薄膜中的晶粒尺寸大约在7080 nm之间,650℃热处理得到的晶粒尺寸约有140 nm.磁性能测试证明薄膜有弱铁磁性,饱和磁化强度约在7000～9000 A/m.     

高分子辅助溶胶-凝胶法制备BiFe1-xCoxO3薄膜及其性能

采用高分子辅助溶胶-凝胶法在ITO/玻璃衬底上制备纯的及10%B位Co替代的BiFeO3（BFO）薄膜。XRD研究表明,两薄膜均为纯相的菱方六面体状扭曲的钙钛矿结构。SEM测观表明,Co替代有利于改善BFO薄膜的致密性和平整度。铁电测试结果表明,Co取代薄膜的铁电性有明显增强,同时饱和极化电场强度增加,漏电流减小。磁性测试表明,BFCO薄膜磁性明显增强。     

钒元素对纳米钨粉在高温加热过程中颗粒长大的抑制作用

采用V（NO3）5为抑制剂，分别加入到溶胶-凝胶反应前的钨酸铵溶液中及溶胶反应后的凝胶体中，制备含V前躯体粉，并经二阶段低温还原法制备纳米W粉。采用XRD表征了纳米W粉经650—950℃保温30min处理过程物相的组成及相的变化，用FESEM观察分析了纳米W粉的颗粒形貌。用定量金相测定了不同处理温度下的颗粒尺寸。初步探讨了以V（NO3）5为抑制剂对纳米W粉在还原阶段及加热保温阶段长大的抑制效果。结果表明，V（NO3）5作为抑制剂的加入可有效抑制纳米W粉在还原阶段及加热保温阶段的长大。     

催化剂对溶胶-凝胶法制备YAG溶胶的影响

以六水硝酸钇和九水硝酸铝为无机盐前驱体,六次甲基四胺和柠檬酸为催化剂,采用无机盐溶胶-凝胶法制备YAG溶胶,利用TEM、IR、DTA/TG等测试手段对YAG溶胶进行表征,比较不同催化剂的引入对YAG溶胶的结构、热反应过程等的影响。结果表明:六次甲基四胺碱性催化比柠檬酸酸性催化更容易形成连续网络结构、易凝胶化的YAG溶胶,YAG的结晶温度也低于柠檬酸酸性催化。     

Mn掺杂对0.7BiFeO3-0.3PbTiO3薄膜铁电性能的影响

利用溶胶-凝胶法在La Ni O3/Si O2/Si衬底上制备了掺Mn量为0%、1%、5%、10%(质量分数)的0.7Bi Fe O3-0.3Pb Ti O3(BFMPT7030/x,x=0,0.01,0.05,0.1)薄膜。XRD测试表明,薄膜均完全结晶,呈现高度(100)择优取向。通过对薄膜晶体结构分析,发现BFMPT7030/0.05薄膜具有最小的晶粒尺寸(258 nm)及最小的晶胞体积(61.25×10-3 nm3)。SEM测试结果显示样品晶粒生长充分,晶粒尺寸在150~300 nm之间。铁电性能测试结果表明,当Mn含量为5%时,铁电性能较好,电滞回线形状最好,最为饱和。漏电流测试结果表明随着掺Mn量增加,BFMPT7030薄膜的漏电流随电场增大而增加的趋势减弱。     

纳米亚铬酸镍的制备及其催化特性

以硝酸铬和硝酸镍为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米Ni Cr2O4,并用XRD和SEM对纳米亚铬酸镍(nano-NiCr_2O_4)的微观结构进行了表征。同时,采用TG-DTG研究了nano-NiCr_2O_4对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和高氯酸铵(AP)热分解的催化作用,用Kissinger法、Ozawa法计算了非等温动力学参数,发现nano-NiCr_2O_4使CL-20和AP的热分解峰温降低,热分解表观活化能减小。     

Dy~(3+)掺杂BiFeO_3薄膜的晶格转变和磁性能研究(英文)

以硝酸铋、硝酸铁以及硝酸镝等无机硝酸盐为原料通过化学液相法在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si上制备了Dy~(3+)掺杂的BiFeO_3薄膜,研究了Dy~(3+)掺杂量的变化对Bi_(1-x)Dy_xFeO_3薄膜的晶体结构和磁性的影响.Dy~(3+)掺杂量不高于10%的Bi_(1-x)Dy_xFeO_3薄膜可以得到与纯BiFeO_3相同的晶体结构.随着Dy3+掺杂量的进一步增大,Bi_(1-x)Dy_xFeO_3薄膜的晶体结构发生变化,晶格从菱心结构转变为单斜或四方结构.磁性测试显示:随着Dy~(3+)掺杂量的增加Bi_(1-x)Dy_xFeO_3薄膜的磁性增强,同时从无饱和磁化强度和零磁滞的S型磁化曲线的形状判断,薄膜由于铁磁反铁磁转变时两磁性相竞争表现出自旋玻璃态的特征.     

Sol-Gel法合成纳米羟基磷灰石及晶粒生长、结晶度的研究

以Ca(NO3)2·4H2O与H3PO4为前躯体,采用溶胶-凝胶法制备出纳米羟基磷灰石(HA)粉体。通过差热分析仪、X-射线衍射仪、SEM对HA粉体及烧结体进行了表征和分析,采用阿基米德排水法测试了样品密度。结果表明:粒径分布均匀、呈球形、团聚极少,a轴方向和c轴方向的晶粒尺寸分别为10~30nm和20~50nm,随着温度的升高颗粒的尺寸和结晶度增大。600℃烧结2h得到纯度高、晶化好的HA;800和900℃烧结样品中出现的少量Ca3(PO4)2和CaO是由于HA的分解和含磷前躯体的挥发所致。     

液-液掺杂钼镧合金中的稀土相研究

采用液-液掺杂方式及溶胶-凝胶技术制备出稀土镧掺杂钼粉,经等静压、烧结制成掺镧钼坯。利用XRD、SEM、EDS、TEM等检测手段对不同加工态下材料的组织、形貌及稀土相进行了分析。结果表明：硝酸镧La(NO3)3溶液与仲钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O溶液发生化学反应生成钼酸镧La2(MoO4)3,经焙解和还原,稀土相以La2O3的形式存在于Mo粉中,并起到细化钼颗粒的作用;烧结成坯后,La2O3弥散分布在钼基体中     

Influence of cerium ions on the anatase-rutile phase transition of TiO2 prepared by sol-gel auto-igniting synthesis

The anatase-rutile phase transformation of TiO2 doped cerium up to 5 mol% was studied by X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The samples were prepared by sol-gel auto-igniting synthesis process from a TiO(NO3)E-Ce(NO3)E-NH4NOE-citric acid complex compound system. The combusted amorphous powders were calcined at different temperatures. Significant structural changes were observed during the various stages of the phase transformation. It was concluded that at low dopant contents, cerium ions were incorporated into the TiO2 structure, and the anatase phase was stabilized; but at larger amounts, part of the dopant was segregated on the surface of TiO2 and the rutile formation was accelerated at elevated calcination temperature.