Ⅱ型范德华异质结g-C6N6/GaTe光催化剂的第一性原理研究

二维材料因其独特的物理性质在光催化领域备受关注,通过构建异质结是提高二维材料光催化性能的有效策略。基于密度泛函理论,采用第一性原理方法系统研究了g-C₆N₆/GaTe范德华异质结的光催化性质。计算结果表明：g-C₆N₆/GaTe的晶格失配率为0.6%,形成能为-486 eV,异质结构稳定;异质结是带隙值为1.45 eV的间接带隙材料,形成稳定的能带交错排列,价带和导带的能带偏置分别为0.56和1.54eV,同时在界面处生成由g-C₆N₆指向GaTe的内置电场,构成典型的Ⅱ型异质结构。在内置电场和带偏作用下,有利于光生电子-空穴对的有效分离,提高异质结的光催化性能。异质结在可见光范围内的光吸收系数高达约7×10⁴cm^-1,制氢转换效率为16.48%,有利于光解水反应。最后,尝试对异质结施加载荷,在拉伸应力作用下异质结有明显的红移显现。g-C₆N₆/GaTe异质结是一种具有...     

二维层状WS2/ZnO范德华异质结光催化剂的设计与理论研究

范德华异质结(vdWH)的构建是一种提高二维材料性能的有效途径,借助第一性原理计算方法系统地研究了WS₂/ZnO vdWH的晶体结构及其电子、光催化和光学性质。计算结果表明,二维WS₂/ZnO vdWH具有II型能带排列特征,能有效分离光生载流子,提升载流子分离效率。由于电子会自发从WS₂转移到ZnO单层,WS₂/ZnO vdWH层间会形成内建电场,有效抑制光激发载流子的复合。与WS₂和ZnO两个单层相比,WS₂/ZnO vdWH的光学吸收系数在可见光区明显提高,数量级可达104 cm^-1,具有增强的太阳能利用效率。通过能带排列计算发现,酸性条件比中性或碱性条件更利于WS₂/ZnO vdWH的光催化水解反应。此外,还探究了机械应变对WS₂/ZnO vdWH电子和光催化性质的影响规律,发现施加双轴拉伸应变可以调控WS₂/ZnO vdWH的II型异质结转变为I型异质结,有望...     

一种新型增强可见光催化性能MoS2/电气石/石墨烯三元复合材料的制备

通过一步水热法制备了MoS₂-石墨烯-电气石(MoS₂-GR-T)复合光催化剂。拉曼光谱显示氧化石墨烯被还原为石墨烯。紫外可见漫反射光谱分析表明,MoS₂、MoS₂-T和MoS₂-GR-T样品的带隙能量分别为2.01、1.91和1.79 eV,证明电气石的引入降低了禁带宽度。以罗丹明B染料为模拟污染物,在氙灯照射下研究了复合材料的光催化性能。与MoS₂和MoS₂-GR相比,MoS₂-石墨烯-电气石(MoS₂-GR-T)复合材料表现出更好的光催化降解活性。在光照60 min时,罗丹明B的降解率达93.9%。MoS₂-GR-T复合材料的光催化活性增强主要是由于其表面暴露出更多的光催化活性位点,提高了光吸附能力和电荷分离效率。研究结果表明,无金属助催化剂与极性矿物偶联可以提高光催化剂的电荷效率。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。     

Fe/Al2O3金属陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料的制备方法,重点从粉末冶金的角度阐述了Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料制备过程中铁基和陶瓷相的结合机理、制备工艺和材料性能的优化措施,最后就Fe/Al₂O₃金属陶瓷复合材料的未来研究方向进行了展望。     

BiOCl/TiO2/蒙脱石复合材料对模拟刚果红废水的光催化降解研究

为了解决TiO₂易团聚、带隙宽的问题,提高其对刚果红（CR）的光催化降解率,采用水解法和溶胶-凝胶法制备出BiOCl/TiO₂/蒙脱石复合材料（BCTM）,以刚果红染料为目标降解物,进行了光催化试验,研究了溶胶pH、蒙脱石悬浮液质量浓度、焙烧温度、焙烧时间和Bi/Ti摩尔比对复合材料光催化活性的影响,并利用X射线衍射仪（XRD）和紫外可见漫反射仪（UV-Vis DRS）对其进行了表征。结果表明,在溶胶pH为4、蒙脱石悬浮液质量浓度为1%、焙烧温度为600℃、焙烧时间为2 h、Bi/Ti摩尔比为20%的条件下,制备的BiOCl/TiO₂/蒙脱石复合材料具有较高的光催化活性,刚果红的去除率达到了94.04%。复合材料TiO₂以锐钛矿晶相形式存在。添加蒙脱石和BiOCl都会抑制TiO₂晶体的生长。BiOCl/TiO₂之间形成异质结使得禁带宽度从2.89 eV降低至2.61 eV,增强了复合材料对光的吸收能力。      

CeO2-Y2O3-ZrO2热障涂层研究进展

随着先进航空发动机涡轮叶片热障涂层服役温度、服役寿命和隔热性能等要求的不断提升,传统的6%—8%Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层由于存在容易产生高温相变、变形剥落等问题,已难以适应未来高温等更加严苛的工作环境。CeO₂和Y₂O₃共同稳定的ZrO₂(CYSZ)涂层具有良好的高温相稳定性、较好的抗熔盐腐蚀性能,CeO₂的掺杂能使ZrO₂材料的热导率降低,提高涂层的隔热性能、热膨胀系数和抗热震性能。综述了国内外CYSZ热障涂层的研究成果和存在的问题,阐述了CeO₂掺杂对YSZ热障涂层性能的影响机制,并简要介绍了目前国内外CYSZ热障涂层及其材料的制备技术研究进展。     

基于天然辉钼矿制备的少层MoS2纳米片及其超电容性能研究

以天然辉钼矿为原料,采用Na+离子辅助液相剥离法制备了一种少层的MoS₂纳米片（F-MoS₂）。分析结果表明,剥离得到的F-MoS₂纳米片厚度约为1.1~1.5 nm,对应为2~3层MoS₂。电化学性能测试发现,F-MoS₂在0.25 A/g的电流密度下质量比容量可达到73.7 F/g,远高于未剥离的辉钼矿（9.2 F/g）和商品MoS₂（19.6 F/g）,F-MoS₂显著提升的电容量主要归因于其充分暴露的活性表面。本研究证实了通过Na+离子辅助液相剥离法制备的F-MoS₂是一类非常有应用前景的储能材料。      

298.2 K四元体系MgCl2+CaCl2+AlCl3+H2O 相平衡研究

为获取粉煤灰含铝溶浸液中铝与共存钙、镁之间的作用规律,采用等温溶解平衡法开展了298.2 K时四元体系MgCl₂+CaCl₂+AlCl₃+H₂O相平衡研究,测定了平衡液相组成及平衡液相密度,同时,绘制了该四元体系的干基相图、水图、密度-组成图。研究发现:298.2 K四元体系MgCl₂+CaCl₂+AlCl₃+H₂O 稳定相图由2个共饱点、4个结晶区以及5条单变量曲线组成,有复盐溢晶石（2MgCl₂·CaCl₂·12H₂O）生成,为复杂四元体系。4个结晶区分别对应3个单盐结晶区MgCl₂·6H₂O、CaCl₂·6H₂O、AlCl₃·6H₂O和1个复盐结晶区2MgCl₂·CaCl₂·12H₂O,结晶区按照AlCl₃·6H₂O、MgCl₂·6H₂O、CaCl₂·6H₂O、2MgCl₂·CaCl₂·12H₂O顺序依次减小,对应AlCl₃·6H₂O溶解度最小,2MgCl₂·CaCl₂·12H₂O溶解度最大。      

Zn0.5Cd0.5S@Ni(OH)2可见光下光催化制氢性能研究

采用水热法制备了Zn_0.5Cd_0.5S纳米片状光催化剂,并通过沉淀法原位负载Ni(OH)₂,制备出光催化剂Zn_0.5Cd_0.5S@Ni(OH)₂。Zn_0.5Cd_0.5S异质结有着良好的光吸收性能,负载Ni(OH)₂能为催化剂提供大量反应活性中心,有效减少了光生载流子的复合,能大幅度提高产氢速率。实验结果表明,当Ni(OH)₂负载量为15%时,光催化剂产氢性能达到最佳,在可见光(λ≥420 nm)照射下,其平均产氢速率为44.46 mmol/(g·h),是未负载Ni(OH)₂基体材料的5.3倍。     

Ce含量对Ti/IrO_2-SiO_2-CeO_2电极电催化性能的影响

为降低析氧电位,改善电极表面形貌,制备电催化性能良好的Ti基IrSi电极,在煅烧温度为450℃条件下,采用热分解法制备了不同Ce含量的Ti/IrO_2+SiO_2+CeO_2氧化物电极,采用SEM对电极的表观形貌进行表征,采用循环伏安曲线、析氧极化曲线及交流阻抗图谱对电极的电催化性能进行表征。结果表明,添加适量Ce可使晶粒分散均匀,裂纹数目增多,电极表面变得平坦、致密、均匀,同时析氧电位降低,孔隙率增加,电催化活性大大提高。但过量Ce又会对电极电催化性能产生不利影响,Ce含量达到10%时,裂纹数量最多且分布均匀,涂层形貌良好,析氧电位达到最低,为1.23V,电催化性能达到最佳。     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2表面包覆TiO2改性研究

为进一步改善LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)一次物料性能,采用简便易行的干法包覆方式,主要研究了TiO₂包覆量一定的情况下热处理温度、保温时间对正极材料的物理指标,以及容量、倍率、循环寿命和存储等电性能的影响。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、扣式电池、全电池等测试分析表明,材料表面有明显的包覆物,但无新物相生成。当热处理温度为500℃、保温时间为12h时,所制备NCM622材料在3.0～4.3V电压范围0.1C放电容量为181.2mAh/g,比未包覆材料提高了2.6mAh/g;在3.0～4.4V电压范围45℃下1C充放80周,循环保持率由未包覆的95%提升至97.2%。包覆物消耗了材料表面的残碱,减缓了电解液的侵蚀,从而改善了材料的循环寿命和存储性能。包覆前后的材料分别做成600mAh的小软包电池,60℃时放置7天后材料鼓胀率由8.3%降低到4.5%;容量保持率和容量恢复率分别由89.1%、94.3%提升到90.2%、98.3%。     

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。     

高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2双包覆改性及软包锂离子电池应用研究

对电极材料进行包覆改性,是提升锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性等重要特性的有效策略。基于高镍三元正极材料Ni_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（Ni83）,通过纳米ZrO₂和纳米B₂O₃双组分包覆,制备得到了ZB-Ni83材料,并对其材料特性和软包锂离子电池性能进行了研究。ICP-OES元素分析结果表明,ZrO₂和B₂O₃已成功实现包覆,ZB-Ni83材料中锆含量为0.166 4%,硼含量为0.068 9%。XRD和SEM结果表明,ZB-Ni83材料为具有层状结构和良好结晶度的紧密实心二次球形颗粒,该结构有利于提高材料的振实密度及电解液浸润性。采用ZB-Ni83正极材料的软包锂离子电池具有良好的倍率、循环和安全性能。在2 C条件下,ZB-Ni83电芯的比容量为182 mA?h?g^–1、容量保持率为92.6%;在45 ℃高温循环及截止容量保持率85%条件下,ZB-Ni83电芯的循环次数约为1100次,而原始Ni83电芯的循环次数仅为约600次。对ZB-Ni83电芯进行满电130 ℃的热箱实验,结果未发生破裂、冒烟、爆炸、着火等现象。本研究为高镍材料的创新和改进提供了实验参考和可行思路。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

Ti/RuO2-IrO2 阳极在碱性体系的失效行为研究

钛基涂层阳极因其具有优良的电催化性活性和稳定性,在废水处理,氯碱工业、电解、海水防污、阴极保护等领域都有广泛的发展和应用。本论文主要以Ti/RuO2-IrO2阳极为研究对象,对其在碱性析氧条件下的主要失效机制进行了深入的研究。主要通过X射线衍射仪（XRD）、热场发射电子扫描显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析其失效前后的形貌和物相变化,利用标准强化电解寿命试验、电化学分析等手段探讨了Ti/RuO2-IrO2涂层阳极在碱性环境中的性能。结果表明,碱性体系中的强化电解并不是均匀的,可分为4个阶段;电极在碱性体系下的腐蚀是由外向内的,Ti/RuO2-IrO2涂层钛阳极的电解失效机制是物理作用和化学作用的叠加,物理变化主要表现为涂层变薄、裂纹加宽甚至剥落,化学变化表现为涂层中的贵金属氧化物逐渐被腐蚀,裸露出钛及其氧化物,导致电阻增大。     

Zn取代对尖晶石Li2MnTi3O8负极材料微观结构及电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶结合固相烧结的方法制备了具有复杂尖晶石结构(空间群为P4332)的Li₂Mn_1-xZn_xTi₃O₈(x=0,0.1,0.5)负极材料。研究了Zn部分取代Mn对Li₂MnTi₃O₈材料微观结构及电化学性能的影响。结果显示,Zn取代之后,Li₂MnTi₃O₈材料的晶胞体积以及晶粒尺寸有明显的降低,然而颗粒大小却没有显著的变化。电化学测试结果表明,Zn取代对改善Li₂MnTi₃O₈材料电化学性能非常有利,在0.1C倍率条件下进行充放电, 50次充放电循环之后,Zn取代之后的材料放电容量为269mAh/g(Li₂Mn_0.9Zn_0.1Ti₃O₈),298mAh/g(Li₂Mn_0.5Zn_0.5Ti₃O₈),且都在第一次循环之后表现出优异的循环稳定性。在1C倍率条件下充放电36次,材料的放电容量得到了显著提高,并且在一定程度上提高了材料的循环稳定性。     

V_2O_5直接制备氮化钒铁过程研究

针对V_2O_5直接制备氮化钒铁工艺,采用TG-DSC和扫描电子显微镜(SEM)表征分析了体系反应过程及微观组织与元素分布,并分析了各影响因素对产物含氮量的影响。结果表明,670℃左右,碳还原V_2O_5的反应开始显著发生,1 000℃以上时,碳化反应开始发生,温度达1 200℃左右,开始出现氮化反应。反应温度、保温时间和配碳系数等因素对氮化钒铁含氮量均有较明显的影响。较适宜的制备工艺参数为:高温反应温度1 400℃、保温2h、配碳系数0.35,在该条件下制得的氮化钒铁含氮量可达11.26%,合金中其它元素含量分别为钒46.31%、铁36.87%、碳1.21%、硅1.98%、铝1.94%,符合GB/T30896-2014标准。SEM结果表明,利用V_2O_5直接制备氮化钒铁,铁主要以夹杂形式均匀分布在氮化钒铁主相间,且氮、钒、铁三种主元素的分布较均匀。     

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:xCr~(3+_x=1%—13%荧光粉。研究结果表明,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂: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CaLu₂Al₄Si...     

Bi_2Te_3基区熔晶棒头尾料的资源化处理与热电性能优化

针对目前半导体制冷行业Bi_2Te_3基热电材料加工过程中成材率低的现状,以及传统废料回收工艺环境不友好、工艺复杂、周期长和成本高的缺陷,采用熔融还原、真空冶金等方法去除晶棒头尾料中的杂质,随后通过掺杂、二次熔炼和通电加压烧结制备高性能Bi_2Te_3基热电材料。结果表明,熔融还原结合真空冶金方法可有效去除晶棒头尾料中的Bi2O3和Sb2O3等氧化物杂质,制备的p型Bi_2Te_3基烧结样品ZT值可达1.05,且在303～423K温度区间内的ZT值均大于0.9,与以高纯原料制备的p型烧结样品和商用区熔Bi_2Te_3基热电材料的性能非常接近。此回收再利用技术绿色无污染、成本低、效率高且收得率高(大于98%)。