钯纳米颗粒的形貌控制合成

为优化钯纳米颗粒的化学还原法制备工艺,本文以氯钯酸(H₂PdCl₄)为前驱体,抗坏血酸(C₆H₈O₆)为还原剂,聚丙烯酸钠(PAAS)为表面活性剂制备钯纳米颗粒。采用正交实验探究不同工艺参数对钯纳米颗粒粒径和形貌的影响。通过 X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)及电化学工作站对制备产物的结构、物相、形貌、电催化性能进行了表征。结果表明:在相同的工艺体系下,通过温度的改变,40 ℃条件下可以得到粒径大小为64.5 nm,球形度较好,分散性高的钯纳米颗粒;90 ℃条件下可以得到粒径大小为45.9 nm的立方体钯纳米颗粒。所制备的球形和立方体钯纳米颗粒对甲酸的电氧化催化活性分别为商业钯黑的1.57倍和1.49倍,在催化剂制备领域有广泛的应用前景。     

超临界流体沉积法制备纳米Cu/SBA-15复合材料

采用超临界流体沉积法,以无机盐Cu(NO₃)₂为前驱物,超临界CO₂为溶剂,乙醇为共溶剂,在压力20 MPa左右、温度 50℃ 条件下将Cu(NO₃)₂沉积到SBA-15介孔分子筛的孔道中。反应完成后,用氢气对前驱物进行还原,得到纳米线和纳米颗粒Cu/SBA-15复合材料。用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对Cu/SBA-15复合材料进行表征,发现在SBA-15孔道内部填充了Cu 纳米线和分散的Cu 纳米颗粒。Cu 纳米线平均直径为6nm,长度为几纳米到几微米,并且沿着孔道生长,能够随着孔道发生弯曲;Cu纳米粒子的平均尺寸为3.2nm,高度分散。同时,实验中还发现,通过控制反应条件,能够控制复合材料中纳米结构的形貌(纳米线或者纳米颗粒) 。实验结果表明,超临界流体沉积法是制备担载型复合材料的有效方法。选择合适的共溶剂可以用超临界CO₂溶解无机盐,并可以通过控制反应条件,控制所制备的复合材料中纳米结构的形貌。     

基体形貌对钌铱氧化物电极电解析氯性能影响分析

通过碱性水热刻蚀法在钛基体表面获得了不同形貌的TiO₂中间层,从而提高钌铱氧化物电极的电化学活性。SEM结果显示,引入TiO₂中间层后,电极形貌由原来的龟裂状变为纳米片、纳米线等不同形貌的多层结构,且裂纹消失。线性扫描分析表明,电极的析氯电位由原来的1.171 V (vs.SCE)减小到1.162 V (vs.SCE),在2 mA·cm-2和20 mA·cm-2电流密度下的电势差由原来的0.516 V减小到了0.454 V,电极的电催化析氯性能显著提高。伏安电量计算结果显示,相比无中间层的钌铱氧化物电极,引入TiO₂纳米线中间层的电极的伏安电量提高了3.78倍(由3.83 mC·cm-2提高到了18.3 mC·cm-2);同时电极的电荷传递阻抗也有所减小,电极电化学活性增大。通过引入不同形貌的TiO₂中间层,钌铱氧化物电极的析氯性能和电化学活性均有明显提高。      

非晶Nd-Ni-B/NF稀土复合电极材料的制备及其析氢性能

本研究采用简单的一步化学沉积法制备非晶纳米Nd-Ni-B/NF稀土复合电极并研究其析氢(Hydrogen evolution reaction, HER)性能。通过各种测试方法对纳米电极材料进行物相分析和形貌表征,并探索其电催化析氢性能和稳定性。结果表明, 稀土Nd可提高电极的电催化析氢性能, 当硝酸钕浓度为3 g?L^-1时, 恒温35 ℃下施镀1 h, 制备的Nd-Ni-B/NF电极析氢性能最佳。Nd-Ni-B/NF(Nickel foam)电极在1.0 mol?L^-1KOH 溶液中, 20 mA?cm^-2电流密度下的析氢过电位仅为180 mV, Tafel斜率为117 mV?dec^-1, 析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。此外, Nd-Ni-B/NF电极具有优越的电化学稳定性, 在持续电解12 h或2000次循环伏安测试后, 催化剂的活性没有明显衰减。     

富缺陷晶态WSe_2纳米片:一种潜在的高效低成本析氢反应电催化剂（英文）

氢是高效的清洁能源,在应对全球能源危机和环境污染方面具有重要作用。电解水制氢是通过消耗可再生的电能(水电、光电、风电等)和储量丰富的水资源以获得氢气,该方法制氢颇具应用前景。然而,电解水过程中的析氢反应(HER)动力学迟缓、过电位高,导致制氢能耗较大。为提升析氢反应速率,需在电解水设备中引入贵金属作为催化剂,这进一步增加了制氢成本。开发高效低成本的析氢催化剂对电解水制氢的规模化应用至关重要。过渡金属硫属化合物(TMDs)因具有独特的层状结构和较低的氢原子吸附自由能,表现出良好的析氢催化活性,有望成为贵金属催化剂的替代品。近年来,MoS_2、WS_2、TiS_2、TaS_2、MoSe_2、WSe_2等TMDs材料被广泛用于催化析氢反应。TMDs的边缘位点被认为是其催化活性中心,且材料的催化性能与边缘位点数成正比。研究表明,通过缺陷调控增加边缘位点数是提升TMDs催化活性的不二法门。液相加工及其他低温合成法是目前制备富缺陷TMDs析氢催化剂的有效手段,然而该条件下得到的材料结晶性差、易发生电化学腐蚀、析氢稳定性低。高温处理可合成高结晶性的TMDs,具有较好的电化学稳定性。但高温结晶会使材料比表面积减小、缺陷和边缘位点数减少,造成催化活性不佳。采用化学/电化学剥离晶态TMDs样品,可在室温条件下制备富缺陷晶态TMDs析氢催化剂。然而,此方法受限于易燃溶剂的使用,且制备过程繁琐,难以实现规模化生产。因此,富缺陷晶态TMDs的制备,是高效析氢催化剂领域的研究重点和难点。在已报道的TMDs中,WSe_2因带隙小(1.6 eV)、导电性好而备受关注,引发了微纳WSe_2催化剂的研究热潮。其中,片状WSe_2有利于材料活性位点与电解液直接接触,通常表现出更优异的析氢催化活性。类似其他TMDs材料,富缺陷晶态WSe_2纳米片的制备,目前仍难以实现。本工作以WO_3和Se粉为原料,先在高温条件下合成高结晶度WSe_2,再经超声剥离得到晶态的WSe_2纳米片。在随后的长时间超声作用下,晶态WSe_2纳米片表面会进一步产生许多纳米级的岛状颗粒,得到富缺陷晶态WSe_2纳米片材料。选区衍射分析表明,岛状颗粒的引入使WSe_2纳米片新增了多晶衍射环。同时,材料的BET比表面积高达105.2 m~2·g~(-1),且具有更宽的孔径分布和更大的孔体积。在三电极条件下,以0.5 mol/L H_2SO_4为电解液,富缺陷晶态WSe_2纳米片在10 mA·cm~(-2)时的过电位仅为277 mV,远低于未剥离的WSe_2材料(385 mV)。此外,富缺陷晶态WSe_2纳米片的Tafel斜率(58 mV·dec~(-1))也明显低于剥离前的WSe_2(81 mV·dec~(-1))催化剂。虽然富缺陷晶态WSe_2纳米片的析氢催化活性与商用Pt/C (20%)贵金属材料相比仍有一定差距,但其成本较低,在大规模电解水制氢产业中仍有重要应用价值。交流阻抗测试进一步表明,富缺陷晶态WSe_2纳米片具有更低的电荷转移电阻,可有效提升析氢反应的电极动力学过程。长时间电解水析氢测试表明,富缺陷晶态WSe_2纳米片不仅具有高的析氢催化活性,还具有良好的电化学稳定性。富缺陷晶态WSe_2纳米片卓越的电化学性能主要得益于以下两点:一方面,超声剥离减小了催化剂的尺寸、增加了比表面积、拓宽了孔径分布,形成了富缺陷的WSe_2结构;另一方面,较高的结晶性使材料能够抵御电化学腐蚀,在析氢反应中表现出良好的稳定性。     

AC/Ni-Co复合电极材料的制备及其催化析氢性能

采用复合电沉积法制备了AC(活性炭) / Ni-Co 复合电极。XRD 和SEM 测试结果表明, AC 微粒的复合未改变Ni-Co 合金电极的物相结构, 但使镀层的表面粗糙度和真实表面积增大。通过稳态阴极极化曲线和电化学交流阻抗技术考察了不同电极在1 mol·L-1 NaOH 溶液中的催化析氢性能, 结果表明, 镀液中AC 含量为3 g·L-1时所制备的AC/ Ni-Co 复合电极较Ni 电极和Ni-Co 合金电极具有更高的催化析氢活性, 电流密度为30 mA·cm-2时, 析氢反应极化电位分别比Ni 电极和Ni-Co 合金电极正移230 mV 和140 mV , 表观交换电流密度分别是Ni 电极和Ni-Co 合金电极的42 倍和9 倍, 复合电极催化析氢性能的提高主要归因于电极真实表面积的增大。      

复合电沉积制备（Ni-Mo）-TiO2电极及其电催化析氢性能

为开发新型廉价高效的析氢材料,用恒电流复合电沉积方法制备了(Ni-Mo)-TiO2复合电极,讨论了TiO2悬浮量和电沉积时间对电极催化析氢性能的影响.用XRD和SEM对电极的晶体结构和表面形貌进行了表征,以稳态极化曲线对电极的催化析氢特性进行了评价.结果表明,(Ni-Mo)-TiO2电极是纳米TiO2粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合电极.电极具有较高的催化析氢活性.在25℃、0.5mol.dm-3H2SO4溶液中其表观交换电流密度是Ni-Mo合金电极的2.6倍,是Ni电极的60倍.在电流密度为100mA·cm-2时,电极电势相对于Ni-Mo电极正移了120mV,相对于Ni电极正移了542mV.催化活性的提高源于反应机理的改变,表观活化吉布斯自由能相对于Ni-Mo合金电极降低了24.48kJ·mol-1.     

表面改性对Cf/HA-PMMA混杂生物复合材料的结构及性能的影响

采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维(C_f) 增强纳米羟基磷灰石(HA)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料。重点研究了短切碳纤维和纳米HA粒子表面改性前后对C_f/HA-PMMA复合材料微观结构和力学性能的影响。采用XRD、FTIR、XPS和SEM等对纳米HA粒子、碳纤维和复合材料的组成结构及断面的微观形貌等进行测试和表征,使用万能材料试验机测试其弯曲、压缩性能。结果表明：经表面氧化的碳纤维和用卵磷脂改性后的纳米HA与PMMA基体的界面结合性明显得到改善;采用卵磷脂表面改性后的纳米HA及表面预氧化后的碳纤维制备的C_f/HA-PMMA复合材料的弯曲性能得到显著提高,与采用未表面改性纳米HA和未表面氧化碳纤维所制备的C_f/HA-PMMA复合材料相比,弯曲、压缩强度和弹性模量分别提高1.6倍、2倍和4.3倍。     

表面改性处理对气相生长碳纤维的微观结构影响

为了使气相生长碳纤维(VGCF)能更好地作为高分子基体的增强材料,采用双氧水和硝酸(H₂O₂和HNO₃)二步处理法、硅烷偶联剂处理法及H₂O₂和HNO₃处理后再用硅烷偶联剂处理的联用改性法分别对VGCF进行表面改性处理,研究表面改性对VGCF微观结构的影响。利用AFM、FTIR、TG和XRD比较分析了改性处理对VGCF的表面微观结构、官能团、热稳定性和晶格等的影响。结果表明：3种处理方法对VGCF晶格无明显影响;H₂O₂和HNO₃二步处理法能在纤维表面接枝羧基等含氧基团;硅烷偶联剂处理法能使纤维表面接枝硅氧烷低聚物;H₂O₂和HNO₃处理后再用硅烷偶联剂处理联用改性VGCF,能使其表面接枝上更多的硅氧烷低聚物,有利于提高VGCF与高分子材料的亲和性。     

NH2-MoS2@BP的制备及其电催化析氢性能研究

采用液相剥离法制备二维黑磷烯纳米片(BP),将其与改性的MoS₂通过水热法合成得到NH₂-MoS₂@BP,利用XRD、SEM、TEM对材料的形貌结构进行表征，并通过三电极体系测试析氢性能。结果表明，NH₂-MoS₂@BP形貌呈片层结构，BP在催化剂中颗粒很小且均匀的分布在其表面。在0.5mol/L H₂SO₄溶液中，当电流密度为10mA/cm²时，氨基的加入使催化剂的析氢过电位降低了20mV,BP的加入使催化剂的析氢过电位降低了90mV,塔菲尔斜率为95mV/dec,表明BP有利于改善改性MoS₂的催化性能。此外，连续的循环伏安测试表明NH₂-MoS₂@BP具有较好的电催化稳定性。     

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。     

自石灰石矿粉中直接提取CaCO3晶须的碳化-分解法研究

提出一种自石灰石矿粉中直接提取CaCO_3晶须的碳化-分解方法。该方法能够以天然石灰石矿粉为原料,通过水溶性碳酸的作用溶解出Ca(HCO_3)_2,进而在升温条件下通过Ca(HCO_3)_2的分解反应得到形貌规整的棱锥状CaCO_3晶须。扫描电镜观测与X射线衍射分析显示,Ca(HCO_3)_2分解温度对CaCO_3晶须微观形貌的影响显著,晶须长度与长径比随分解温度的升高均呈上升趋势,但分解温度超过80℃会导致文石晶相向方解石晶相转化。实验结果表明,80℃、2h条件下,Ca(HCO_3)_2分解产物中文石晶相含量较高,晶须几何形貌更为合理,其平均长度为14.61 μm、长径比为8.10。