中心电子富集的NO-FeN4位点作为质子交换膜燃料电池的高级酸性氧还原反应电催化剂(英文)

开发非贵金属催化剂,特别是用于碳上铁氮(FeNC)材料的催化剂,对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的广泛应用是一个迫切需求。然而,传统铁氮位点在酸性条件下的氧还原反应(ORR)活性较差,严重阻碍了其电池性能的进一步提高。本文通过限域的小分子合成策略,大规模合成了具有一氧化氮(NO)基团轴向修饰的FeN₄ (表示为NO-FeN₄)。得益于NO基团的强吸电子效应,与传统的FeN₄样品相比,富含电子中心FeN₄位点表现出超高的ORR活性,具有三倍高的质量活性(0.85 V时为1.1 A·g^-1),以及全四电子反应选择性。此外,用所制备的电催化剂组装的质子交换膜燃料电池也表现出显著增强的峰值功率密度(>725 mW·cm^-2)。这项工作为合理设计用于氧还原的先进M-Nx非贵金属电催化剂提供了一种新的方法。     

自组装Ge量子点热扩散效应的XAFS研究

利用荧光X射线吸收精细结构（X-ray absorption fine structure，XAFS）方法研究了分子束外延生长的自组装Ge／Si（001）量子点的扩散效应．原子力显微镜结果表明，在550℃的生长温度下形成了面密度为5．2×10^11 cm^-2的高密度小尺寸量子点．XAFS结果表明，生长的Ge量子点样品覆盖Si层后在550℃温度退火，对Ge／Si之间的热扩散混合的影响较小．随着退火温度升高到800℃，Ge原子的第一近邻配位壳层中的Ge-Si配位的无序度由4．0×10^-5 nm^2降低到2．9×10^-5 nm^2，配位数由3．3升高到3．8，这表明Ge量子点样品中的Ge原子的近邻主要为Si配位原子，高温退火显著增加了Ge原子在Si层中的扩散．     

XAFS在凝聚态物质研究中的应用

详细介绍了X射线吸收精细结构谱学(XAFS)的理论、数据分析及实验等基本原理,以及XAFS在薄膜、纳米结构和体相材料(包括半导体、合金以及复杂氧化物)等凝聚态物质研究中的应用;同时,还介绍了原位XAFS、微区XAFS和时间分辨XAFS等新的实验方法,并对该方法的应用前景进行了展望.     

Zn1-xCoxO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn（1-x）CoxO稀磁半导体材料结构随Co含量（x）的变化．结果表明在低含量的Co掺杂ZnO（x=0．02，0．05）时Co^2＋离子完全进入ZnO晶格中，替代了Zn^2＋离子，并且造成了Co^2＋离子周围局域结构的膨胀．当Co的含量x增加到0．10或更高时，只有一部分的Co^2＋离子进入晶格，剩余的Co^2＋和Co^3＋析出晶格形成Co3O4相．     

用XANES研究Ga1-xMnxN稀磁半导体的Mn原子的局域结构

利用基于实空间多重散射的XANES研究了Ga（1-x）MnxN（x=0．01，0．25，0．10）稀磁半导体中Mn原子的局域结构．结果表明在低Mn含量（摩尔浓度）的Ga0.990Mn0．010N样品中，Mn原子替代了GaN中的Ga，以替位形式存在．当Mn含量增加到0．025时，部分Mn原子处于被4个Ga所包围的间隙位，并与替位Mn原子形成了MnGa-Mn1二聚体．当Mn含量进一步增加到0．100时，样品中的Mn原子主要以Mn团簇形式存在．     

XAFS在凝聚态物质研究中的应用

详细介绍了X射线吸收精细结构谱学（XAFS）的理论、数据分析及实验等基本原理，以及XAFS在薄膜、纳米结构和体相材料（包括半导体、合金以及复杂氧化物）等凝聚态物质研究中的应用；同时，还介绍了原位XAFS、微区XAFS和时间分辨XAFS等新的实验方法，并对该方法的应用前景进行了展望．     

Zn1-xCoxO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn1-xCoxO稀磁半导体材料结构随Co含量(x)的变化.结果表明在低含量的Co掺杂ZnO(x=0.02,0.05)时Co2 离子完全进入ZnO晶格中,替代了Zn2 离子,并且造成了Co2 离子周围局域结构的膨胀.当Co的含量x增加到0.10或更高时,只有一部分的Co2 离子进入晶格,剩余的Co2 和Co3 析出晶格形成Co3O4相.     

原位XAFS研究纳米非晶态合金NiB的晶化机理

利用原位XAFS技术研究了在273 K下化学还原法制备Ni70B30纳米非晶态合金的升温晶化过程.结果表明,NiB初始样品中存在Ni和B原子的局部富集,Ni原子的局域结构类似于非晶态Ni,并且Ni原子第一近邻B原子的平均配位数只有0.7左右,远低于其化学计量比7:3应有的配位数3.6.在升温至498 K时,部分NiB开始晶化生成fcc-Ni;在523～598 K温度范围内,NiB晶化比例随着温度的升高呈线性增加;在温度高于598 K时,NiB纳米非晶态合金的晶化基本完成.     

Ni_(1-x)Mn_xO稀磁半导体的磁性研究

通过X射线吸收近边结构(XANES)、超导量子干涉仪和第一性原理计算研究了脉冲激光沉积法(PLD)制备的Ni1-xMnxO(0.01≤x≤0.05)薄膜的微观结构和磁学性质.X射线吸收近边结构表明,当x≤0.03时,掺杂的Mn替代了NiO晶格中的Ni原子,并且以混合价态(+2/+3)的形式存在.当x0.03时,掺杂的部分Mn离子形成了类Mn2O3杂相.磁性测量表明,随着Mn含量从0.01增加到0.03,Ni1-xMnxO薄膜的饱和磁矩从0.3μB/Mn增加到了0.45μB/Mn.基于第一性原理计算,我们提出Mn3+离子之间通过Ni空位表现出了铁磁性耦合,Mn2+离子之间则通过超交换作用表现出了反铁磁耦合.     

用XANES研究Ga1-xMnxN稀磁半导体的Mn原子的局域结构

利用基于实空间多重散射的XANES研究了Ga1-xMnxN(x=0.01,0.25,0.10)稀磁半导体中Mn原子的局域结构.结果表明在低Mn含量(摩尔浓度)的Ga0.990Mn0.010N样品中,Mn原子替代了GaN中的Ga,以替位形式存在.当Mn含量增加到0.025时,部分Mn原子处于被4个Ga所包围的间隙位,并与替位Mn原子形成了MnGa-Mn1二聚体.当Mn含量进一步增加到0.100时,样品中的Mn原子主要以Mn团簇形式存在.