磷酸银纳米结构的调控及其光催化性能研究

基于十二烷基硫酸钠(SDS)、环己烷、异戊醇和水溶液构建的反相微乳液体系, 以硝酸银、磷酸二氢钾为原料, 通过改变水与表面活性剂物质的量比值(W)调控制备出棒状、纺锤状及四面体状磷酸银(Ag₃PO₄)纳米材料。利用XRD、SEM、TEM和UV-Vis-DRS光谱对样品结构、形貌以及可见光响应特性进行了表征, 探讨了不同形貌Ag₃PO₄的形成机理, 并以次甲基蓝(MB)降解效果评价了样品光催化性能。实验结果表明: 制备的系列纳米Ag₃PO₄均为体心立方结构晶体, 其形貌受W值影响明显; Ag₃PO₄形貌的不同主要由于SDS量的变化改变了含有产物水核的直径与界面膜强度。此外, 制备的样品均表现出好的可见光催化降解MB性能, 其中, 具有完整四面体形貌的Ag₃PO₄光催化性能最佳, 这与其能够裸露出多的{111}晶面有关。     

凝胶陈化对ZrB2粉末制备的影响

以正丙醇锆、硼酸、醋酸和D-果糖为原料, 采用溶胶-凝胶法, 结合高温碳热还原反应制备得到了长柱状单相ZrB₂粉末。反应体系中, D-果糖不仅提供碳热还原反应的碳源, 同时作为化学修饰剂, 起到抑制正丙醇锆快速水解的作用。通过对比未陈化和陈化的凝胶制备得到的产物, 探讨了陈化过程对于ZrB₂粉末制备的影响。结果表明, 凝胶陈化有利于ZrO₂向ZrB₂的完全转化。当起始原料满足n(B)/n(Zr) = 3.5~4, n(C)/n(Zr)= 7时, 采用室温陈化7 d的凝胶在1550℃保温2 h可获得长度为4~7 μm, 横截面等效直径约为1 μm, 长径比约为4~7, 比表面积为2.53 m²/g, D₅₀ = 6.46 μm的单相长柱状ZrB₂粉末。     

含Si-O-P键的减反膜结构及性能影响因素研究

采用SiO₂水溶胶(ACS)为硅源, H₃PO₄为桥联剂, H₂O₂为活化剂在玻璃表面成功制备了一种性能优异的新型减反膜。利用FTIR、XRD、FESEM、TEM、AFM对薄膜结构、形成机理及性能进行了研究, 结果表明, 在成胶过程中, H₂O₂的导入有效修复了SiO₂胶粒的表面羟基, 提高了SiO₂的反应活性; 而在焙烧过程中, H₃PO₄通过其自身脱水形成的偏磷酸链状体分别与SiO₂胶粒及玻璃基底表面的Si-OH进行了脱羟基缩聚, 构架了坚固的Si-O-P网络交联, 最终形成了稳定的磷硅酸盐凝胶网络结构, 提高了成膜质量。当n(H₃PO₄) : n(H₂O₂) : n(EtOH) : n(SiO₂)= 0.49: 0.52: 30: 1时, 制备的SiO₂减反膜在可见光区平均透光率高达98%, 硬度可达6H。     

Zn2SiO4-ZnO-生物炭复合物的制备及其可见光催化H2O2降解甲硝唑

以松木碱解液代替NaOH溶液作为锌盐沉淀剂, 采用水热法制备了Zn₂SiO₄-ZnO-生物炭三元复合材料(SOB-x-y, x代表松木粉的用量, y代表NaOH浓度), 通过不同手段对样品进行表征, 研究了光催化H₂O₂降解甲硝唑的性能。结果表明, 制备的催化剂由枣核状硅锌矿型Zn₂SiO₄介晶、多边形六方晶相ZnO和松木生物炭构成; 与纯六方晶相ZnO相比, 它具有更大的比表面积与孔容、更小的带隙能和更弱的荧光发射, 因而具有更好的光催化活性。Zn₂SiO₄-ZnO-生物炭对甲硝唑的光催化H₂O₂降解过程符合准一级动力学方程, 其催化活性随NaOH浓度的增大而提高, 随松木粉用量的增加先增加后减小, 以SOB-3-4的性能最优。SOB-3-4的速率常数(k)和降解率(η)随pH的降低而增大, 随H₂O₂浓度的升高而增大, 随催化剂用量的增加先增大后减小; 甲硝唑的降解率随其初始浓度的升高逐渐越低。当初始pH为3、催化剂用量为0.4 g/L、H₂O₂投加浓度为80 mmol/L及甲硝唑初始浓度为300 mg/L时, k为2.68×10 ^-2 min ^-1, 反应3 h后η达到99.70%。本研究结果对处理难降解制药废水提供了重要的实验依据。     

Zn2GeO4微米球的一步合成及其光催化制氢活性

采用微波辅助水热法一步合成尺寸约为5 μm的Zn₂GeO₄微米球。实验研究了微波水热的反应温度、反应时间、乙酸锌与氧化锗的摩尔比等因素对合成Zn₂GeO₄微米球的影响。采用FE-SEM、TEM、XRD和UV-Vis对合成的微米球进行表征。结果表明, 当乙酸锌：氧化锗为6:2, 微波辐射温度为170℃, 反应时间10 min, 尿素用量3.604 g, 制备的Zn₂GeO₄微米球具有良好的光催化效果。实验测试Zn₂GeO₄微米球比表面积为13 m²/g, 在紫外光辐射下, 在甲醇体系中的光解水产氢速率可达到3.76 mmol/(h·g)。该方法缩短反应时间, 增强了光催化活性。     

TiO2/WO3微纳米纤维复合材料的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶和静电纺丝技术相结合的方法, 成功制备不同复合浓度聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/钛酸四正丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)/钨酸铵(N₅H₃₇W₆O₂₄·H₂O)前驱体。通过控温煅烧获得不同煅烧温度、不同复合浓度的TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis )技术对样品进行表征。以亚甲基蓝(MB)的光降解为模型反应, 研究TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料在紫外光照射下的光催化活性。结果表明, 煅烧温度500℃时, n(Ti):n(W) = 12:1形成WO₃掺杂的TiO₂微纳米纤维及n(Ti):n(W) = 4:1形成的TiO₂/WO₃复合微纳米纤维的光催化活性均高于纯TiO₂。     

不同模板剂对氢氧化镧的微观结构及光催化性能的影响

以La(NO3)3·6H2O和KOH为原料,以EDTA、PVP和HMTA等为模板剂,采用微波水热法制备得到纯相La(OH)3,使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产物的物相和形貌进行了分析,结果表明,不添加模板剂和添加EDTA、PVP、HMTA为模板剂时,可分别制备得到具有纳米棒状、类球形纳米颗粒、片状、纳米棒组装的片状形貌的纯相La(OH)3。光催化测试结果表明,模板剂可有效调控产物的微观形貌,并进一步提升La(OH)3的光催化性能。其中添加EDTA得到的类球形La(OH)3在21min内对亚甲基蓝的降解率可达99%。     

从天然辉锑矿中制备硫化锑纳米棒及其性能探究

以天然辉锑矿为原料, 在聚乙二醇(PEG)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的辅助下, 利用水热法合成了硫化锑(Sb₂S₃)纳米棒。探讨了Sb₂S₃纳米棒的形成机理, 并系统研究了不同制备条件对产物形貌与性能的影响。采用一系列表征方法对产物的晶型、成分、形貌、光电性能进行了探究, 并以可见光为光源、甲基橙为目标降解物评价了纳米Sb₂S₃的光催化活性。研究表明, 经160℃水热反应12 h可得到厚约50 nm的Sb₂S₃纳米片, 在氮氛中400℃热处理1 h后, 纳米片将转变为宽100~200 nm, 长2~3 μm的Sb₂S₃单晶纳米棒。制备的Sb₂S₃纳米棒为直接半导体, 能带间隙为1.66 eV。光催化测试表明, 制备的Sb₂S₃纳米棒在可见光下对甲基橙的光催化降解率高于商业Sb₂S₃试剂, 60 min后, 甲基橙的降解率达87.6%, 表现出明显的可见光活性。     

模板剂F127对介孔SnO2的孔结构及电化学性能的影响

以SnCl₄·5H₂O和尿素为原料, 嵌段聚醚F127(EO₁₀₆-PO₇₀-EO₁₀₆)为模板剂, 通过水热法制备了介孔SnO₂材料。XRD、TEM和BET等分析结果表明, 模板剂F127添加量对介孔SnO₂的孔结构有重要影响。F127添加量增加, SnO₂比表面积增大, 孔容增大, 孔径分布变宽。电化学测试结果表明, 介孔的存在不仅能为锂离子脱嵌提供通道, 而且可以缓冲SnO₂的体积膨胀, 从而提高介孔SnO₂负极材料的电化学性能; 当F127添加量为6.0 g时, 所制备SnO₂具有124 m²/g的比表面积, 平均孔径为4.94 nm, 表现出最佳的循环性能和倍率性能, 在60 mA/g的电流密度下经30次循环后, 其可逆容量仍保持在434 mAh/g; 循环伏安测试表明部分高活性Li₂O的可逆还原提供了附加的可逆容量。     

开放式氮缺陷氮化碳中空微球用于增强光解水制氢和CO2 还原

使用介孔SiO₂球为模板、二氰二氨为原料，用直接热聚合-刻蚀法制备开放式氮缺陷氮化碳中空微球OHCNs产物。这种OHCNS产物具有开放式半球结构、较大的比表面积和孔隙率，尺寸大小复制SiO₂模板。局部“热刻蚀”生成开放式中空微球，并使产物产生大量氮缺陷和丰富的表面氨基。测试结果表明，适量的合成原料有利于优化产物的物理化学性能，表现出增强的瞬时光电响应和加速的光生载流子传输性能。同时，N缺陷拓宽了产物的可见光吸收范围。二氰二胺与SO₂模板质量比为1∶1的产物OHCNS-1，具有显著增强的光催化活性。在可见光下照射下OHCNS-1的光解水制氢和光催化还原CO₂生产的CO分别达到了45.9和47.3 μmol·h^-1，分别是非SO₂模板法合成产物的4.4倍和4.0倍。同时，在模拟废水环境OHCNs-1能保持稳定的光解水制氢活性，且能降解部分环境污染物。     

Te与In共掺杂对Cu2SnSe3热电性能的影响

Cu₂SnSe₃基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu₂SnSe₃基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu₂SnSe₃化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)和Cu₂Sn_1-yIn_ySe_2.9Te_0.1 (y=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu₂SnSe₃样品的0.2m_e增加到Cu₂SnSe_2.9Te_0.1样品的0.45m_e, 显著提高了材料的功率因子, Cu₂SnSe_2.99Te_0.01样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm^-1·K^-2。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu₂SnSe_2.9Te_0.1为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu₂SnSe₃基化合物的载流子浓度从5.96×10¹⁸ cm^-3 (Cu₂SnSe_2.9Te_0.1)显著提高到2.06×10²⁰ cm^-3 (Cu₂Sn_0.975In_0.025Se_2.9Te_0.1)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu₂Sn_0.995In_0.005Se_2.9Te_0.1化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm^-1·K^-2。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu₂Sn_0.985In_0.025Se_2.9Te_0.1样品在773 K下获得最大ZT为0.4, 较本征Cu₂SnSe₃样品提高了4倍。     

仿生纳米含硅羟基磷灰石的合成与表征

为了探究仿生纳米含硅羟基磷灰石的合成条件及含硅量对其结晶性能的影响, 以Ca(NO₃)₂、(NH₄)₂HPO₄和Si(OCH₂CH₃)₄(TEOS)为原料, 采用化学沉淀法制备了不同含硅量的羟基磷灰石, 并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对材料进行了表征。结果表明较低温(40℃)时有利于合成纯净的仿生纳米含硅羟基磷灰石, SiO₄^4-取代部分PO₄^3-进入羟基磷灰石的晶格。随着含硅量的增加, 仿生纳米含硅羟基磷灰石的结晶度和晶粒尺寸均降低, 晶胞参数a和c均增大。     

电活性镍钴双金属氧化物高选择性去除/回收水中磷酸盐离子

磷是植物体生长的重要营养素,也是引发水体富营养化的重要因素,因此废水中磷酸盐的去除与回收均至关重要。本研究采用单极脉冲电沉积法在炭布上制备镍钴双氢氧化物,并于管式炉中原位焙烧制得镍钴双金属氧化物(NiCo-Layered Double Oxide,NiCo-LDO),将其用于电控离子交换(Electrochemically Switched Ion Exchange,ESIX)过程实现PO₄^3-的去除与回收。实验对比了ESIX与离子交换(Ion Exchange,IX)过程中NiCo-LDO对PO₄^3-的去除性能,并考察了其选择性及循环稳定性。结果表明,在(10.00±0.05) mg/L的PO₄^3-溶液中,ESIX过程中膜对PO₄^3-的离子交换量约为IX的2倍;NiCo-LDO对PO₄^3-具有高选择性,且经过5次循环后,离子交换量仍可达到初始值的92%以上;结合XPS...     

多级多孔硅酸镍微球的合成及其对碱性品红的高效吸附

层状硅酸镍因其独特的结构, 在电化学和催化等领域展现出良好的应用前景, 其合成与性能研究近年来受到广泛关注。本研究以氯化镍和正硅酸乙酯为原料, 采用水热法合成了硅酸镍微球, 并详细探究了镍硅比和碱源对产物组成、形貌及孔结构的影响。在优化条件下, 产物呈现由纳米片组装的、平均直径约为2.5 μm的微球形貌, 比表面积为119.6 m²·g^-1, 孔容为0.673 cm³·g^-1。Zeta电位分析表明, 该微球在pH=3~10范围内保持表面电负性。将硅酸镍微球用于处理碱性品红溶液, 吸附过程符合准二级动力学模型。在初始浓度为50 mg·L^-1的条件下, 吸附容量可达120.7 mg·g^-1, 脱除率达96.6%, 远优于改性粘土及近年来报道的多种材料。吸附量与平衡浓度的数据表明, 碱性品红在硅酸镍微球上的吸附符合Freundlich吸附模型, 1/n=0.1678, 表明该吸附为多层非均相吸附且吸附作用力强。     

Na3V2(PO4)2F3@V2O5-x复合材料的制备及储钠性能研究

当前制约钠离子电池发展的主要因素包括较低的能量/功率密度和较差的循环性能, 而在正极材料表面包覆含氧缺陷金属氧化物层, 可以有效提高材料的电子导电率, 保证高振实密度、能量密度和功率密度。本文通过温和的溶剂热反应制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米片前驱体并结合高温煅烧合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃@V₂O_5-x复合材料。其结构通过XRD、TEM、SEM、XPS和TGA测试进行表征。作为钠离子电池的正极材料, 展现了优异的循环性能和倍率性能。在0.2C倍率下, 首圈放电比容量为123 mAh?g ^-1, 循环140圈后容量保持在109 mAh?g ^-1。当电流密度提高至1C, 首圈放电比容量达到72 mAh?g ^-1, 充放电循环500圈后, 容量保持率高达84%。优异的电化学性能归因于材料表面包覆的具有丰富结构缺陷的无定型层, 有效提高了离子的扩散和电子导电率。此方法将有助于钠离子电池的实际应用。     

非金属S掺杂对NaTaO3可见光下光催化性能的影响

以Ta₂O₅为前驱体, Na₂S₂O₃为S源, 采用水热法成功合成了新型S掺杂NaTaO₃, 并以甲基橙为目标降解物,研究S元素掺杂对提高纳米NaTaO₃的可见光光催化机理和反应历程。采用场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)和X射线衍射仪(XRD)等对所得样品进行分析。实验结果表明, 掺入S元素后, NaTaO₃晶体的表面电荷和表面形貌没有发生明显变化。UV-Vis漫反射光谱分析结果表明S^2-部分取代晶格中的O^2-离子形成Ta-S-Ta键, 掺杂后的NaTaO_3-xS_x样品的光响应范围拓展至可见光区域。光降解实验结果表明, S掺杂NaTaO₃在可见光下其光催化活性明显高于纯相NaTaO₃。这是因为在NaTaO_3-xS_x晶体内S^2-离子取代了部分O^2-离子形成掺杂态。GC-MS实验结果表明, NaTaO_3-xS_x样品能够在可见光条件下将甲基橙(质荷比m/z=304)降解至m/z=156, 226和276的化合物, 随着降解时间增加, 可继续降解至m/z=156或m/z=212的化合物, 并最终转化为无机小分子(SO₄^2-, NO₃^-和NH₄⁺)。而且, NaTaO_3-xS_x在光降解过程中非常稳定, 重复使用10次后光催化活性因催化剂损失而略微下降。     

添加稀土Dy对Cu50Zr46Al4合金的非晶形成能力和力学性能的影响

使用铜模吸铸法制备Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x(x=0~4)系列合金,研究了Dy对其非晶形成能力和力学性能的影响。结果表明,添加1%~2%(原子分数)的Dy能明显提高Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x合金的热稳定性和非晶形成能力。添加适量的Dy能提高体系的强度和塑性变形能力。还讨论了添加Dy元素影响Cu_50-xZr₄₆Al₄Dy_x体系非晶形成能力和力学性能的机理。     

太阳能光伏材料Cu1-xLixInSe2的合成和物理特性

将原料封装入真空石英管, 在873 K进行固相反应制备了Li掺杂的Cu_1-xLi_xInSe₂ (x = 0-0.4) 块体材料, 并对该材料的结构、电学和光学特性进行了系统性的研究。Li掺杂之后, 样品的晶体结构还保持黄铜矿结构, 并能得到更大的晶粒。而电阻率从1.98×10² Ω·cm增大到 2.73×10⁸ Ω·cm。光学能隙也从0.90 eV 提高到1.33 eV, 增大了光伏开路电压。实验结果表明, Li掺杂的Cu_1-xLi_xInSe₂ 能有效提高光电材料的性能。     

Pd掺杂量对有机无机杂化SiO2膜H2/CO2分离性能和水热稳定性能的影响

以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体、PdCl₂为钯源, 制备Pd掺杂有机无机杂化SiO₂(POS)溶胶, 涂膜后在水蒸气氛围中煅烧, 制备得到POS膜。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N₂吸附-脱附和透射电子显微镜(TEM)对POS粉体的微观结构进行表征。考察了钯/硅摩尔比(n(Pd/Si)=0.1、0.5和1)对POS膜的气体分离性能与水热稳定性能的影响。结果表明: 随着Pd掺杂量的增加, POS膜的H₂渗透率逐渐增大, H₂/CO₂的理想选择性逐渐下降。经100 kPa水蒸气处理180 h后, 采用n (Pd/Si)=1制备的POS膜的H₂渗透率达到1.62× 10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, H₂/CO₂理想分离因子达到13.6, 表明该膜具有较好的H₂渗透性能、H₂/CO₂分离性能和水热稳定性能。