光生电子调控改性C3N4及其光催化降解性能研究

对氮化碳(C₃N₄)进行氮掺杂碳纳米管(N-Ct)修饰,形成的氮掺杂碳纳米管/氮化碳(N-Ct/C₃N₄)复合材料的光催化活性明显提高。在可见光条件下,复合材料对罗丹明B(RhB)有较好的降解效果,其中5%N-Ct/C₃N₄(理论N-Ct质量分数为5%)在2 h内对RhB的降解率可达99.0%,相应的TOC去除率为59.0%,降解性能最为卓越且显著高于普通C₃N₄材料。利用X射线衍射、光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱等多元表征手段对复合材料进行理化性质表征和理论计算,结果表明,经N-Ct修饰后,复合材料的禁带宽度变窄,其对可见光的吸收能力有所增强;N-Ct还可利用自身极强的导电特性迅速转移C₃N₄激发产生的光生电子,有利于提高光生电子和空穴的分离效率,提升复合材料的可见光催化活性。N-Ct/C₃N₄复合材料显示出其作为高效光催...     

溶胶–凝胶法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其太阳能电池器件

以金属盐和硫脲为原料、水和乙醇的混合液为溶剂,采用溶胶–凝胶滴涂法制备出Cu2Zn Sn S4(CZTS)薄膜。结果表明:所得薄膜为Kesterite相CZTS纳米晶,但含有少量的Sn S2杂质,薄膜中含有大量的CZTS纳米棒,薄膜组成Cu:Zn:Sn:S的元素摩尔比为1.6:1.2:1.0:3.4,为贫铜富锌比例,但存在杂质Cl–,薄膜带宽约为1.56 e V。该薄膜未经硫化,即用于组装CZTS薄膜太阳能电池器件,其结构为钠钙玻璃/ITO/Ti O2或Zn O/Cd S/CZTS/Ag电极,器件中的Ti O2和Zn O均用溶胶–凝胶法制备。器件具有光伏效应,开路电压Uoc为267 m V,短路电流密度Jsc为0.025 m A/cm2,填充因子fF为32%。     

镍掺杂对二氧化钛光催化性能影响的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化钛以及不同掺镍量的TiO₂纳米粒子(原料中Ni∶TiO₂的摩尔分数为1%、3%、5%、7%、9%)。用紫外光照射甲基橙溶液的光催化降解实验研究了掺镍对二氧化钛光催化剂催化效率的影响，试验结果表明,当用n（Ni）∶n（TiO₂）＝5%的Ni(NO₃)₂溶液进行镍掺杂时，制得的TiO₂催化剂光催化效率最高，但与纯TiO₂相比，镍掺杂会减弱TiO₂的光催化效率。X射线衍射分析表明，未掺杂的TiO₂以锐钛矿和金红石两种晶型混合存在，镍掺杂后TiO₂的晶型几乎全为锐钛矿。镍掺杂后会减小TiO₂粒子的尺寸，增大其比表面积。     

电沉积制备太阳能电池吸收层铜锌锡硫薄膜

以硫酸铜、硫酸锌、硫酸亚锡、硫代硫酸钠、柠檬酸钠为电解质,采用电沉积法在FTO导电玻璃上制备Cu/Zn/Sn/S前驱物,热处理后获得铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)薄膜。通过单因素试验优化了镀液组成、pH值、沉积电位、沉积时间,得到了最佳的CZTS薄膜,其结晶性好,禁带宽度为1.55eV。它与ZnO缓冲层组装太阳能电池,光电转换效率最高为1.5×10~(-2)%。     

基于不同溅射方法制备铜锌锡硫薄膜及太阳电池

采用共溅射及分步溅射方法在涂钼的钠钙玻璃衬底上分别形成金属预制层,先后在低温及高温下对金属预制层进行合金后硫化,制备了铜锌锡硫(Cu_2Zn SnS_4,CZTS)薄膜。研究了薄膜的晶体结构、表面和截面形貌、元素组分、薄膜中的相纯度及元素的化学状态。结果表明:共溅射预制层得到的CZTS薄膜的表面及截面形貌优于分步溅射预制层得到的CZTS薄膜。用紫外-可见分光光度计与Hall测试系统表征了CZTS薄膜的光电特性,发现在200℃退火15 h能有效降低CZTS薄膜的缺陷态密度,增加CZTS薄膜中的载流子迁移率和扩散系数。研究结果表明,采用共溅射制备CZTS薄膜太阳电池性能优于分步溅射法,且经过退火处理的CZTS薄膜制备的电池特性均得到有效提高。基于分步溅射法制备的CZTS吸收层制备的电池开路电压为722 m V,短路电流密度为11.2 mA/cm~2,最高转换效率为3.22%;基于共溅射法制备的CZTS吸收层制备的电池开路电压为637 m V,短路电流密为15.0 mA/cm~2,最高转换效率为3.88%。     

Cu_2ZnSnS_4纳米片阵列在量子点敏化太阳能电池对电极中的应用

采用气相沉积和离子交换两步法制备Cu_2ZnSnS_4(CZTS)纳米片阵列对电极,应用于量子点敏化太阳能电池(QDSC),并考察其电催化活性和相应器件的光电性能。结果表明:所得样品是由四方晶系CZTS纳米片组装而成的阵列结构;CZTS纳米片阵列为对电极的QDSC的光电转换效率为0.80%,远高于Pt为对电极的QDSC的光电转换效率0.34%。QDSC光电性能的改善归因于CZTS纳米片阵列具有优异的电催化活性。     

磁控溅射法制备铜锌锡硫薄膜电池

采用磁控溅射法,先在镀钼的钠钙玻璃衬底上共溅射Cu、Sn金属层后,然后在顶部溅射一层Zn S,制备出Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜的预制层。对预制层进行低温合金,然后以硫粉作为硫源在石英管中进行高温硫化,得到表面平整但晶粒较小的CZTS薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对薄膜的晶体结构、表面形貌和薄膜组分进行分析表征;并用拉曼光谱表征了CZTS相的纯度。最后用所得到的CZTS薄膜制备了太阳电池,其开路电压:Voc=442 m V,短路电流密度:Jsc=5.08 m A/cm~2,光电转换效率达到0.62%。     

立方体形α-Fe2O3光催化剂的合成及其可见光芬顿降解抗生素

抗生素的滥用和生产废水的无序排放造成了水体中抗生素污染问题日益严重。通过溶剂热法合成了立方体形貌的α-Fe₂O₃光芬顿催化剂，采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法对其微观结构、物相等进行了表征。以盐酸四环素(TC)为模型抗生素污染物，研究了新型催化剂对TC的吸附和光芬顿降解性能，并探究了催化剂浓度、H₂O₂加入量、LED光源波长和p H等因素对TC降解效果的影响规律。结果表明，该工作成功合成出了粒径分布均一且具有立方体形貌的α-Fe₂O₃，其对TC的吸附在30 min内即可达到平衡，吸附量可达7.06 mg/g。当TC的初始质量浓度为20 mg/L、α-Fe₂O₃催化剂的质量浓度为0.5 g/L时，采用可见光LED光源光芬顿降解30 min,TC的去除率可达80%以上。     

ZSM-5分子筛硅铝比对TiO2/ZSM-5光催化性能的影响

为了研究ZSM-5分子筛中硅铝物质的量比变化对TiO₂/ZSM-5光催化性能的影响，通过水热合成法制备了5种不同硅铝比的ZSM-5分子筛，并以此为载体通过浸渍-煅烧法制备了TiO₂/ZSM-5复合材料。对制备材料的物化性能以及光电学性能进行了分析，并对光催化实验中的活性组分进行了研究。结果表明：当ZSM-5分子筛中硅铝物质的量比为120时，制备的TiO₂/ZSM-5复合材料吸附性较好，负载TiO₂后光响应程度最高，光生电子(e^-)和空穴(h⁺)复合率低且电阻最小，紫外光照100 min时罗丹明B(Rh-B)的降解率为99.6%,TOC去除率为60.4%。同时，实验发现羟基自由基(·O₂^-)是光催化反应过程中的主要活性组分。     

光催化与离子交换吸附耦合有效去除2,4,6-三氯苯酚

为了实现2, 4, 6-三氯苯酚(2, 4, 6-TCP)废水快速降解和氯离子去除，构建了光催化与离子交换吸附耦合系统。该系统由钌(Ru)、钼(Mo)双金属掺杂单晶体BiVO₄涂覆光催化石英空心光纤束和ZnAl-LDH-NO₃涂覆石英光纤布构成。研究发现：RuO₂/Mo-BiVO₄光催化剂具有粒径小且呈多孔不规则多面体结构，有助于提高光催化剂比表面积，促进光电转换及电子转移，同时Ru和Mo掺杂可有效地抑制光生电子-空穴复合，促进氧化活性物质(·OH和·O₂^-)产生，提高BiVO₄光催化活性；RuO₂/Mo-BiVO₄涂覆光催化空心光纤束6 h对200 ml、80 mg/L 2, 4, 6-TCP去除率达到62.4%，是BiVO₄涂覆光催化空心光纤束的1.56倍。在pH为6.2、温度为35℃时，单独RuO₂/MoBiVO₄涂覆光...     

不同旋涂方式对铜锌锡硫硒薄膜及相应器件性能的影响

晶体质量是决定铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄, CZTSSe)吸收层薄膜吸收效率的关键,旋涂是溶液法制备CZTSSe吸收层的第一步,因此旋涂方式的选择至关重要。为了探究不同旋涂方式对CZTSSe吸收层薄膜质量和相应器件性能的影响,分别采用三组不同的旋涂方式制备铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄, CZTS)前驱体薄膜及CZTSSe吸收层薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了不同旋涂方式对所制备的CZTSSe吸收层薄膜晶体结构、元素成分、相纯度、表面形貌的影响。同时,采用电流密度-电压(J-V)测试和外量子效率(EQE)测试对CZTSSe吸收层薄膜太阳电池的光电特性进行了表征。结果表明:旋涂7周期,且第一周期烘烤之前旋涂2次的效果最好,所制备的CZTS前驱体薄膜均匀,无裂纹,CZTSSe吸收层薄膜结晶度更高,薄膜表面更平整致密,晶粒大小更均匀,实现了9.63%的光电转换效率。通过对采用不同旋涂方式制备的器件的性能参数进行统计分析,得出新的旋涂方式可以提高CZTSSe薄膜太阳电池的可重复性,为将来可能的大规模商业化应用做铺垫。     

基于阴阳离子染料对的光捕获体系构建及其在光催化CDC反应中的应用研究

针对荧光素类染料单独使用中存在光响应范围窄、能量利用率低等问题,利用离子染料之间的静电作用力构建阴阳离子染料对光捕获体系,探究光捕获体系对交叉脱氢偶联(CDC)反应的催化性能及其影响因素。结果表明,染料间阴、阳离子的相互作用可形成稳定的光捕获体系,以阴、阳离子染料玫瑰红(RB)和吖啶橙(AO)为受体和供体构建了光捕获体系“D⁺_AOA^-_RB”(浓度为2×10^-5 mol/L),其荧光共振能量转移(FRET)效率可达72%。光捕获体系的荧光共振能量转移(FRET)过程可有效拓宽光响应范围、提高受体光催化性能,“D⁺_AOA^-_RB”体系对CDC反应展现出优异的光催化性能,其光催化反应速率是以RB为催化剂时的1.60倍。     

Cu-P复合改性对g-C3N4可见光催化性能的影响

以P掺杂的石墨相氮化碳(P-C₃N₄)为基材，将其与不同质量分数的氯化铜混合后继续焙烧，制备出Cu-P复合改性的石墨相氮化碳可见光光催化剂(Cu/P-C₃N₄)。对样品的结构、光电性能进行了X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光致荧光光谱(PL)、电化学阻抗谱(EIS)等一系列表征。通过可见光催化降解亚甲基蓝考察了它们的光催化活性。结果表明，Cu-P复合改性提高了催化剂的电子转移速率且降低了光生电子空穴对的复合速率，有效改善了其光催化性能。可见光照射120 min,Cu(1.5%)/P-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝的降解率达到71.3%，其降解速率常数分别是纯g-C₃N₄和P-C₃N₄的2.17倍和2倍。另外，通过活性物种捕获实验初步研究了各个体系的光催化反应机理。     

Nb2O5对Nd3+掺杂锗酸盐玻璃光谱性能的影响

蓝光激光器在彩色激光显示、高密度光储存、海洋资源探测、水下通信以及生物科技等领域具有广泛的应用前景。目前较为成熟的Yb³⁺掺杂光纤激光器倍频后仅能获得~490 nm蓝绿光,因此如何得到接近450 nm的纯蓝光激光器是目前急需解决的问题。Nd³⁺:⁴F_3/2→⁴I_9/2能级跃迁产生的0.9 μm光经倍频后可获得~450 nm光,并可应用于蓝光激光器,但该跃迁产生的光所占荧光分支比较低。本文系统研究了1%(质量分数)Nd₂O₃掺杂50GeO₂-(20-x)PbO-15BaO-15ZnO-xNb₂O₅(x%=0%,2.5%,5%,10%,15%,摩尔分数)玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,计算了相应的Judd-Ofelt强度参数以及增益带宽。研究发现,Nb₂O₅的加入会使Nd³⁺在900 nm荧光峰的吸收截面、发射截面、有效线宽和荧光分支比增加。当Nb₂O₅浓度为10%(摩尔分数)时,Judd-Ofelt强度参数Ω₂=5.91×10^-20 cm²,光谱质量参数χ=1.01,荧光分支比为42.9%。综上所述,Nb₂O₅能提高Nd³⁺ 0.9 μm的荧光分支比,从而倍频获得纯蓝光(450 nm),有利于蓝光激光器的发展及应用。     

CoPc-PCN异质结高效界面电荷转移活化PMS降解四环素

将尿素和无水次磷酸钠通过高温磷化工艺制备了磷掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米片(PCN),PCN继而与酞菁钴(CoPc)在马弗炉中煅烧构建了CoPc-PCN异质结(简称Co-PCN)。采用XRD、FTIR、SEM、TEM、HAADF-STEM、XPS、UV-Vis DRS对样品进行了表征,并评价了其活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素(TC)的性能。结果表明,异质结的构建使光的吸收边缘拓宽至可见光区,将20 mg 5%Co-PCN(5%为CoPc质量占PCN质量的百分数)加入50 m L初始质量浓度为10 mg/L的TC水溶液中可活化30 mg PMS,经过40 min反应后,其对TC的降解率达到98.8%,降解速率常数为0.087 min^–1。PCN与CoPc界面处的异质结势垒加速了光生电子/空穴的分离,同时强界面相互作用也为电子转移提供了通道,主要是O2还原生成大量的·O₂^-,并活化PMS产生·O₂^-、·SO₄     

Sb基杂化金属卤化物的高效自限域发射

采用溶剂热法将含有三苯基膦(TPP)和三氯化锑(SbCl₃)的前驱体溶液缓慢降温结晶,合成了一种新型零维(0D)杂化金属卤化物(TPP)₂SbCl₅,对其晶体结构进行了表征,并对其光学性能进行了评价。结果表明,(TPP)₂SbCl₅在660 nm处具有高效的宽带橙光发射,其光致发光量子产率(PLQY)高达72.37%;瞬态荧光光谱和变温荧光光谱分析结果表明,(TPP)₂SbCl₅的高效宽带发射归因于自限域激子(STE)发射。(TPP)₂SbCl₅是一种光物理性能优异的Sb基0D杂化金属卤化物,在固态照明领域有着巨大的应用潜力。     

磁控溅射制备CZTS薄膜的研究

本文采用单周期和多周期磁控溅射ZnS-SnS-Cu制备CZST薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、高倍光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热探针对所制备的CZTS薄膜的晶体结构、拉曼位移、表面形貌、化学组分和导电类型进行研究分析。分析结果表明所制备CZTS薄膜的粘附性和结晶质量随着溅射周期的增加得到很大的改善所制备的CZTS无Cu_(2-x)S等其它二次相,且薄膜表面光滑、晶粒均匀致密、无孔洞。所制备的CZTS薄膜在化学组分是贫铜富锌(Cu/Zn+Sn≈0.88,Zn/Sn≈1.09),符合高效率太阳能电池吸收层的要求。     

基于水凝胶界面光蒸发的压裂返排液脱盐降污处理

压裂返排液的无害化处理是页岩气绿色开发中亟待解决的问题之一，也是实现“双碳”目标的重要组成部分。本文以天然高分子材料假酸浆胶(NPG)、聚乙烯醇(PVA)为原料，聚吡咯(Ppy)为光吸收剂，制备了具有双网络套孔结构的超亲水性水凝胶(SH)。以太阳能为驱动力，将基于该水凝胶的界面光蒸发技术用于压裂返排液的核心脱盐降污处理，实现了压裂返排液的低能耗达标外排处理。实验结果表明：在1个标准太阳光强度下(1kW/m²),SH处理压裂返排液的界面光蒸发速率最高为3.59kg/(m²·h)，平均光蒸发效率高达96%以上。经脱盐降污处理后的返排液总溶解固体量低于150mg/L，各类盐离子浓度显著降低3～4个数量级，TOC含量去除率高达87.1%。同时水凝胶具有良好的抗盐性和自洁功能，能确保其长期、持续使用。     

雪花状Cu2S/缺陷型UiO-66 p-n异质结用于光催化还原Cr(VI)

为了解决金属-有机骨架材料Ui O-66可见光响应差、电子-空穴复合快的问题，以雪花状Cu₂S为基材，对Ui O-66进行缺陷调控，采用溶剂热法制得Cu₂S/缺陷型Ui O-66 p-n异质结型复合光催化剂。以K₂Cr₂O₇溶液为目标污染物，分析其对Cr(Ⅵ)的光催化还原能力。SEM、XRD和XPS结果证明，缺陷型UiO-66在雪花状Cu₂S上均匀生长。莫特-肖特基曲线证明，在Cu₂S与缺陷型UiO-66界面处形成了紧密的p-n异质结，提高了材料对可见光的利用率，促进了光生电子-空穴对的有效分离。在模拟可见光照射下，20 mg 50%Cu₂S/缺陷型Ui O-66复合光催化剂(50%为缺陷型UiO-66的负载量，以生成的Cu₂S质量计)对50 mL质量浓度为20 mg/L的K₂Cr₂O₇溶液的还原率高达98.92%，且循环5次...     

P(NVP-DVB)的改性及其检测水中双酚A的应用

为提高水中双酚A(BPA)检测的准确性，采用两步法制备胺功能化聚(N-乙烯吡咯烷酮-二乙烯苯)[P(NVP-DVB)]吸附剂。采用SEM、FTIR、BET、TGA和水接触角测试对两步反应中的样品进行表征，并将胺功能化P(NVP-DVB)用于水中BPA检测。通过优化实验得到氯甲基化反应的最佳条件为：以多聚甲醛[(CH₂O)_n]和盐酸为氯化试剂，Zn Cl₂为催化剂，n(HCl)∶n[(CH₂O)_n]∶n(Zn Cl₂)=1∶1∶1，反应温度为80℃，氯化时间为3 h，在该条件下制得中间体[P(NVP-DVB-CH₂Cl)]氯含量可达11.14%；以苯胺为胺化试剂对P(NVP-DVB-CH₂Cl)进行接枝改性制得的P(NVP-DVB-苯胺)，其平均孔径为8.59 nm，比表面积为590.36 m²/g，热失重率为70.66%，其对水中BPA的回收效果最好，回收率为99.65%，相对标准偏差为1....