煅烧TiN制备氮掺杂TiO2及其物相和光吸收性能的研究

通过控制煅烧TiN纳米粉体的温度和时间制备氮掺杂纳米TiO_2。利用原位升温X射线衍射(XRD)分析了TiN粉末随温度改变而发生的物相变化过程,并结合常规XRD粉末衍射、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射吸收光谱等手段对样品物相、组成以及可见光吸收性能进行测试表征。同时,探究了TiN热处理温度及热处理时间对样品吸收带边的影响。样品的紫外-可见漫反射吸收光谱测试结果表明,氮掺杂TiO_2显著提高了TiO_2的可见光响应,并使其吸收带边发生明显的红移。TiN在500℃热处理60min制得的N-TiO_2纳米粉体的紫外-可见光响应能力最强。     

具有高可见光催化性能W掺杂纳米TiO_2的制备与表征

利用水热合成法成功地制备具有高活性可见光响应的W掺杂TiO2纳米粉体,采用X射线衍射、场发射扫描电镜、场发射透射电镜、可见光吸收光谱、光致发光光谱等对W掺杂TiO2纳米粉体进行表征;W掺杂TiO2纳米粉体的光催化性能通过测试其在可见光和紫外光照射下降解罗明丹B染料的催化效率来检验。结果表明,W掺杂TiO2纳米粉体在可见光照射下的光催化效率要远远大于商品P25和纯TiO2,W的最佳掺杂摩尔分数为40%。     

石墨烯修饰氮掺杂TiO2纳米材料的制备及光催化性能

以TiN粉末煅烧制备的氮掺杂纳米TiO_2(N-TiO_2)和氧化石墨烯为原料,在水热条件下制备了石墨烯修饰的氮掺杂TiO_2纳米材料(GNT)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对所制备的样品进行了表征。紫外-可见漫反射吸收谱表明石墨烯与氮掺杂的共修饰使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明石墨烯修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是TiO_2、N-TiO_2的4.3倍和1.9倍。     

水热合成的MoS2/石墨烯/N-TiO2复合材料的可见光催化性能

以氧化石墨烯(GO)、钼酸、硫脲和TiN为原料,成功制备了MoS_2/石墨烯/N-TiO_2(MGNT)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段测试分析了样品的物相组成、形貌、成分和光吸收性能。紫外-可见漫反射测试结果表明,MoS_2、石墨烯共同修饰及氮掺杂使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明,MoS_2/石墨烯共同修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是氮掺杂TiO_2(NT)和石墨烯修饰氮掺杂TiO_2(GNT)的1.82倍和1.59倍,其吸附性分别为氮掺杂TiO_2、石墨烯修饰氮掺杂TiO_2的11.14倍和4.77倍。     

铜掺杂纳米二氧化钛颗粒的相变研究

采用溶胶-凝胶法制备铜掺杂的纳米二氧化钛颗粒。应用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)技术对纳米二氧化钛颗粒的物相组成、平均晶粒尺寸、微观结构、化学态及光吸收性能进行表征。结果表明:Cu掺杂抑制TiO_2的相变,在650℃时Cu的氧化物CuO在TiO_2颗粒表面出现,掺杂的Cu离子以Cu^+的形式存在。掺杂Cu的TiO_2光吸收带边显著红移,随着Cu掺杂量的提高,样品光吸收度提高,随着温度的升高,样品紫外-可见光光谱吸收带边红移。     

煅烧温度对溶胶-微波法制备Pr掺杂纳米TiO_2及其光学性能的影响

以钛酸丁酯和硝酸镨为原料,采用溶胶-微波法合成纳米Pr-TiO_2。采用X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱和紫外-可见光等手段研究了煅烧温度对其晶体结构、表观形貌及光学性能的影响。结果表明:镨的掺杂对纳米TiO_2的形貌及光催化性能有显著影响。镨的掺杂抑制了晶粒的生长,抑制了晶型由锐钛矿相向金红石相的转变。随着煅烧温度的增加,纳米TiO_2团聚加剧,比表面积降低,锐钛矿相逐渐向金红石相转变,并且光催化过程中产生的活性羟基量逐渐减少,光催化活性逐渐降低,其中当煅烧温度为500℃时所合成的纳米Pr-TiO_2的光催化效果最优。Pr掺杂TiO_2提高了可见光的利用率并且红移了50nm。     

TiO2-GO复合光催化剂的制备及其对硝基酚类污染物的降解性能

采用水热法制备了二氧化钛-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合光催化剂,采用X射线多晶粉末衍射和扫描电镜对其性质进行了表征,并以对硝基酚为目标污染物,考察了复合光催化剂在可见光和紫外光照射下的降解性能。结果表明:GO掺杂既能提高TiO_2颗粒的分散度,增加其比表面积,又能降低光生电子与空穴的复合几率,提高光催化活性。另外,GO掺杂还将TiO_2的光响应范围拓展至了可见光区域。     

可见光响应的TiO2双层纳米棒阵列制备及其光催化性能研究

采用磁控溅射辅助二次水热法,在掺杂氟的SnO_2透明导电玻璃基底上制备出可见光响应的TiO_2双层纳米棒阵列。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-DRS)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的晶体结构、微观形貌、光吸收性质及化学组分价态进行了表征;以甲基橙为目标降解物,对样品在可见光下的催化性能进行了研究。结果表明:双层阵列由金红石相TiO_2一维纳米棒构成,溅射沉积的TiO_2纳米颗粒为上层纳米棒阵列生长提供晶种,使其生长更致密;并且由于其内部Ti3+和氧空位缺陷态的存在,将阵列的光谱吸收范围拓宽至可见光区域。TiO_2双层纳米棒阵列在可见光照射下对甲基橙的降解率相比纯TiO_2纳米棒阵列提高了67%,表现出良好的光催化性能。     

B和Ru共改性对TiO_2纳米管阵列的结构和光催化性能的影响

采用阳极氧化法制备TiO_2纳米管(TNTs),在电解液中添加NaBF4制备B改性的TiO_2纳米管(B/TNTs),用湿浸渍法在TNTs和B/TNTs表面进行Ru改性制备了Ru/TNTs和Ru/B/TNTs。使用扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及X射线光电子能谱(XPS)等手段对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为目标反应评价样品的光催化活性。结果表明:掺入B/TNTs和Ru/B/TNTs样品中的B在TiO_2晶格中形成B-O-Ti键;Ru/TNTs样品中的Ru以RuO_2形式负载在Ti O2纳米管表面;Ru/B/TNTs样品中的Ru少量进入TiO_2晶格其余的负载在纳米管表面,大部分以Ru0形式存在,少量以RuO_2形式存在。B掺杂使B/TNTs纳米管表面的羟基量增加、光学带隙能减小、光吸收阈值红移,使其光催化活性大幅提高;Ru/TNTs表面负载的RuO_2并未增加TiO_2纳米管表面羟基数量但是使光学带隙能减小、光吸收阈值红移,因此其光催化活性也有很大的提高;Ru/B/TNTs表面大量的Ru0使Ru/B/TNTs表面的羟基量减少,带隙能升高,光吸收阈值蓝移,其光催化活性低于Ru/TNTs或B/TNTs,与纯纳米管的性能相当。     

Zn、Co单掺杂及Co-Zn共掺杂TiO2纳米材料协同抗菌效应的研究

采用溶胶-凝胶法对TiO_2进行Zn、Co单一掺杂及Co-Zn共掺杂改性。以大肠杆菌、金葡萄球菌、白念球菌为实验菌种,研究在可见光照射下各掺杂元素、反应因素对对抗菌活性的影响。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等测试手段对材料进行表征。实验结果表明,Zn离子掺杂可以引起TiO_2能级结构的变化,既可以接受TiO_2价带上的激发电子,也可以吸收光子使电子跃迁到TiO_2的导带上,另外Zn/TiO_2纳米材料中含有27%的ZnTiO_3,ZnTiO_3具有光催化活性,能够抑制菌种生长;Co/TiO_2纳米材料掺杂改性抗菌剂中,Co组分的存在通过抑制TiO_2的晶粒长大,使TiO_2晶粒尺寸减小,从而增大晶粒的比表面积。Co离子单掺杂在TiO_2能隙中引入了Co4f杂质能级,即TiO_2的价带与Co的4f电层间发生了迁移,生成捕获能级,降低了禁带宽度,增加了Co/TiO_2对可见光的吸收,增进抗菌剂的光催化性能,提高抗菌性;Co-Zn/TiO_2纳米材料的抗菌效果最优,Zn、Co共掺杂TiO_2促进了Zn、Co离子的溶出。由于Zn、Co离子本身也具有杀菌作用,它们渗透细菌细胞壁并抑制酶活性导致细菌死亡,但是可能由于对微生物攻击的目标不同,当微生物同时接触Zn和Co离子时,细胞膜上的不同位置都受到了攻击,导致更有效的损伤。     

Mass Absorption Coefficient of Tungsten and Tantalum, 1450 eV to 2350 eV: Experiment,Theory, and Application

The mass absorption coefficients of tungsten and tantalum were measured with soft x-ray photons from 1450 eV to 2350 eV using an undulator source. This region includes the M₃, M₄, and M₅ absorption edges. X-ray absorption fine structure was calculated within a real-space multiple scattering formalism; the predicted structure was observed for tungsten and to a lesser degree tantalum as well. Separately, the effects of dynamic screening were observed as shown by an atomic calculation within the relativistic time-dependent local-density approximation. Dynamic screening effects influence the spectra at the 25 % level and are observed for both tungsten and tantalum. We applied these results to characterize spatially-resolved spectra of a tungsten integrated circuit interconnect obtained using a scanning transmission x-ray microscope. The results indicate tungsten fiducial markers were deposited into silica trenches with a depths of 50 % and 60 % of the markers’ heights.     

反应时间对CH3NH3PbBr3钙钛矿纳米晶形貌及荧光性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbX_3,X=Cl、Br、I)材料正成为最近全世界研究的热点,在太阳能电池、量子点发光等众多领域有着广泛的应用。本研究重点考察反应时间对热注入法合成的CH_3NH_3PbX_3纳米晶的形貌及荧光性能的影响,并采用吸收光谱、荧光光谱、X射线衍射、透射电镜及扫描电镜等手段对材料进行分析。研究表明,随着反应时间的延长,产物从6nm左右的球状纳米颗粒变为层状纳米片;反应时间继续延长,纳米片的尺寸变大,厚度变厚;同时,产物的吸收峰和荧光发射峰都发生蓝移。通过绝对量子产率的分析,发现反应时间为180s时产物的量子产率最高。     

铁酸锌作为光催化剂的研究进展

铁酸锌是具有较高光催化活性及对可见光敏感的n型半导体,其独特的磁性能和化学稳定性使其在光催化领域有着广泛的应用。针对不同形貌的铁酸锌,采用不同的改性方法,可将其与其他材料结合制备出更为高效、实用的光催化剂。近年来,利用铁酸锌的特性,制备磁性可回收且性能稳定的复合光催化剂引起了科研人员的广泛关注。概述了铁酸锌作为光催化剂的基本性质,对不同形貌铁酸锌的制备方法进行了总结,并重点讨论了铁酸锌在光催化方面的改性技术及改性机理,最后对目前存在的问题和未来的研究方向做了简要的总结和预测。     

溶胶-凝胶法制备铜锌锡硫材料的研究进展

四元硫化物铜锌锡硫(CZTS)是一种新型薄膜太阳电池材料,具有锌黄锡矿结构,呈p型导电性,带隙约为1.5eV,光学吸收系数高于10~4cm~(-1),这些特性与太阳光谱相匹配。基于上述原因,CZTS薄膜是一种有望能低成本、可规模化开发利用的新型薄膜太阳电池材料。简要阐述了CZTS性质及其薄膜太阳能电池的器件结构,详细介绍了溶胶-凝胶方法制备CZTS薄膜及其相应器件效率的研究进展。最后,总结了此方法制备CZTS薄膜及其相关电池性能难以突破的关键技术问题,并提出了有效的改进措施,对CZTS薄膜太阳电池未来的研究进行了展望。     

磁性CuFe2O4纳米棒的合成及其芬顿反应降解刚果红性能的研究

以α-FeOOH纳米棒为模板,通过高温烧结法制备了磁性CuFe2O4纳米棒,并研究其芬顿氧化降解刚果红染料的性能。结果表明CuFe2O4纳米棒在150min内可以有效降解90%以上的刚果红染料,经过5次循环后,降解率并无明显下降,同时还考察了其他反应条件对降解率的影响。这种新型磁性芬顿试剂在水处理方面有较好的应用前景。     

热处理对Bi2O3-B2O3-SiO2凝胶玻璃粉体结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一种Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体,在200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃温度下分别对凝胶玻璃粉体进行热处理,借助SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS、DSC、热膨胀仪及“纽扣”烧结实验分别测定了经不同温度热处理后玻璃粉体的结构与性能,分析了其结构变化对玻璃粉体转变温度T_g和烧结特性的影响。结果显示,在实验温度范围内,随热处理温度升高,Bi³⁺逐渐进入玻璃网络中,[BiO₆]八面体和[BiO₃]三角体、[BO₄]四面体和[BO₃]三角体分别与[SiO₄]四面体以顶角相连的方式构建玻璃网络结构。O1s和Bi4f的电子结合能逐渐增大,B1s的电子结合能减小,玻璃网络结构稳定性增强,导致玻璃转变温度T_g及玻璃膨胀软化点温度T_d升高、 润湿性降低且热膨胀系数略有降低。经600 ℃热处理后,玻璃粉体具有较优的烧结性能,T_g、T_d分别约为485 ℃及542 ℃,热膨胀系数α约为7.067×10-6/℃。     

Nb2O5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响

为研究Nb_2O_5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响机理,以富铁白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,采用熔融工艺制备了添加质量分数0%~4%Nb_2O_5的透辉石基矿渣微晶玻璃。DTA、XRD、SEM和力学测试结果表明,Nb_2O_5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于辉石相界,其含量随Nb_2O_5添加量升高而增大。同时辉石主晶相从类菊花状枝晶组织转变成平均尺寸逐渐减小的圆角岛状组织。微晶玻璃的抗折强度平均为207 MPa,当Nb_2O_5质量分数为2%时最高,达236 MPa。     

纳米MoS2的合成及其在重油深度转化中的应用

MoS_2是在催化剂领域、光化学领域以及润滑油领域都广受关注的材料。因其良好的加氢活性,通常在石油化工领域中作为加氢过程的催化剂活性组分。介绍了纳米MoS_2的插层剥离法、气相化学沉积法、前驱物分解法、水热合成法等多种合成方法,列举了不同方法合成MoS_2产品在形貌、大小、比表面积等方面的特点,并针对重油转化所需催化剂的特性对不同合成方法的优缺点进行了对比。最后简单介绍了意大利ENI公司以非负载MoS_2作为催化剂在浆态床加氢工业应用的实例。     

甲醛在TiO2表面吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了HCHO分子在TiO2金红石(110)面和锐钛矿(101)面上的吸附,结果表明甲醛在这些面上均能形成稳定的化学吸附与物理吸附。在物理吸附中,分子构型受吸附的影响均十分微弱。而在化学吸附中,甲醛分子明显变形,甲醛分子与表面的2配位O原子(O2C)一起形成双氧甲基(CH2O2)物种。化学吸附导致HCHO分子中的羰基延长14%~17%,表明吸附削弱了分子内原子之间的作用,从而有利于分解。此外,在这两种表面中,金红石(110)面对HCHO较强的吸附显示了其活性比锐钛矿(101)面高。     

机械化学合成Ni2Al3/Al2O3去合金化制备Raney-Ni/Al2O3复合粉体

以NiO粉和Al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。将Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体用浓度为20%的NaOH溶液腐蚀2h,可得到纳米晶结构的Ni/Al_2O_3复合粉体。利用XRD和TEM对其物相和结构进行了表征。结果表明,球磨1h后混合粉末仍为NiO粉和Al粉,球磨3h后NiO粉和Al粉在机械力的作用下反应形成Ni_2Al_3和Al_2O_3粉体,机械力诱发的NiO和Al之间的反应属于突发型反应,继续球磨10h后形成Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体在70℃、质量比为20%NaOH溶液中刻蚀2h,可获得Ni/Al_2O_3复合粉体。