Cu-Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算与分析

基于密度泛函理论系统下的第一性原理,对纯ZnO,Cd掺杂ZnO,Cu掺杂ZnO,Cu-Cd共掺杂以及Cu-2Cd共掺杂ZnO五个超晶胞模型分别进行几何结构优化;计算和分析了各体系的晶胞结构,能带结构,态密度以及光学性质方面的介电函数虚部,吸收率和反射率.研究结果表明:Cu,Cd单掺杂可提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性;但Cu和Cd共掺杂ZnO时,体系的E更低,状态更加稳定.光学性质方面:Cd掺杂时,紫外区边发生红移,吸收系数略增大;当Cu单掺以及Cu和Cd共掺杂ZnO,体系在可见光和紫外波段吸收系数明显增大,使得ZnO光催化性能提升;结合Cu和Cd单掺杂的特性,说明当Cu和Cd共掺杂ZnO时,控制Cd的掺杂浓度,半导体会产生不同的透光率,因此控制Cu-Cd的比率来掺杂ZnO可用于制作不同效率的光透性器件.     

掺杂预合成添加剂对氧化锌压敏电阻性能影响

为了提高氧化锌(ZnO)压敏电阻的电学性能,采用常规烧结并在ZnO压敏电阻中掺杂预先合成的BiSbO₄和Zn₂SiO₄,研究不同掺杂比例对ZnO压敏电阻的微观结构、电学性能、通流能力的影响.结果表明:ZnO压敏电阻在掺杂BiSbO₄和Zn₂SiO₄后,能够有效抑制ZnO晶粒变大,晶体结构变得致密均匀,致密性有所提高,有效提高压敏特性和通流能力.BiSbO₄和Zn₂SiO₄掺杂比例为3∶1的样品综合性能比较优异,样品的致密度为5.58 g·cm^-3,压敏电位梯度达到425 V·mm^-1,非线性系数为70,漏电流为1.2×10^-7 A·cm^-2,能量耐受能力达到334.21 J·cm^-3,残压比为2.5.     

Fe掺杂ZnO稀磁半导体的结构与磁性

以Fe(NO₃)₃·9H₂O与Zn(NO₃)₂·6H₂O为原料, 与适量的柠檬酸配制成溶液, 采用溶胶\|凝胶(so|-gel)法合成干凝胶前驱体, 将前驱体在空气及氩气气氛中烧结得到Zn_1-xFe_xO样品, 并用X射线衍射（XRD)、 透射电子显微镜（TEM）、 X射线光电子能谱（XPS）和振动样品磁强计（VSM）对所制备样品的结构和磁性进行研究. 结果表明, 在氩气中烧结时, Fe在ZnO中的掺杂摩尔分数小于4％,  在空气中烧结时, Fe在ZnO中的掺杂摩尔分数约为10％, 在两种气氛下制备相同掺杂摩尔分数样品的磁性不同, 是由于Fe在样品中所处的价态不同, 从而影响了样品的结构及磁性.      

Thermodynamics and phase transformations in the recovery of zinc from willemite

Willemite is a common component of zinc and lead metallurgical slags that, in the absence of effective utilization methods, cause serious environmental problems. To solve this problem and increase zinc recovery, we proposed a novel extraction method of zinc from willemite by calcified roasting followed by leaching in NH₄Cl-NH₃·H₂O solution. The thermodynamics and phase conversion of Zn₂SiO₄ to zinc oxide (ZnO) during calcified roasting with CaO were investigated. The mechanism of mineralogical phase conversion and the effects of the CaO-to-Zn₂SiO₄ mole ratio (n(CaO)/n(Zn₂SiO₄)), roasting temperature, and the roasting time on zinc-bearing phase conversion were experimentally investigated. The results show that Zn₂SiO₄ was first converted to Ca₂ZnSi₂O₇ and then to ZnO. The critical step in extracting zinc from willemite is the conversion of Zn₂SiO₄ to ZnO. The zinc percent leached in the ammonia leaching system rapidly increased because of the gradual complete phase conversion from willemite to ZnO via the calcified roasting process.     

Al掺杂ZnO纳米颗粒的光催化性能

溶胶-凝胶法合成ZnO和Al掺杂ZnO(AZO),通过降解甲基橙(MO)评价纳米颗粒的光催化性能.与纯ZnO相比,Al掺杂使ZnO晶粒尺寸减小,比表面积增加.此外,Al掺杂诱发高浓度缺陷,从而调整ZnO晶体的能带结构.电子从导带跃迁到低能态的缺陷能级,能量差与可见光的能量吻合,从而大幅提高光催化过程中对可见光的利用率.AZO样品在可见光范围内都表现出优异的光催化性能,并且a(Al)=3%掺杂的ZnO表现出最佳的光催化性能,60 min降解效率为94%.     

Cu掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Cu掺杂纤锌矿ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明,当Cu掺杂的原子百分比为4.17%时体系的光学吸收性能最好,且在可见光区出现了新的吸收峰.电子结构的分析表明,Cu的引入可以在体系的费米能级引入由Cu-3d电子和O-2p电子相互作用形成的杂质能级,价电子由eg能级向tg能级跃迁吸收的最小光子能量约为0.12 e V,这使得Cu掺杂的ZnO体系的光学吸收边落在了红外光区,同时杂质能级的出现降低了ZnO体系的禁带宽度,提升了ZnO半导体材料对长波光子的响应并有效改善ZnO半导体的光催化活性.     

透明导电GZO/Cu/GZO多层薄膜的室温生长及性能研究

研究Ga掺杂ZnO(GZO)和Cu薄膜形成的GZO/Cu/GZO多层薄膜体系,以期提高透明导电薄膜的综合性能。GZO/Cu/GZO多层薄膜由直流磁控溅射技术在室温下制备,研究Cu层厚度对多层薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明GZO/Cu/GZO多层薄膜具有较好的结晶性能。随着Cu层厚度的增加,多层薄膜的可见光透射率有所降低,同时电学性能大幅度提升。在Cu层厚度为7.5 nm时,GZO/Cu/GZO多层薄膜获得最优的光电综合性能指标,且相对于单层GZO薄膜ΦTC因子从7.65×10-5Ω-1增加到1.48×10-3Ω-1。     

ZAO透明导电纳米薄膜中Al元素分布对其性能的影响

主要对直流反应磁控溅射法制备ZAO纳米薄膜中Al元素的相对含量进行了分析,对其作了EDS,XRD测试,并研究了Al质量分数与ZAO薄膜的光、电性能的关系·得出ZAO薄膜中成分是均匀的,具有ZnO晶体结构;Al元素的掺杂没有形成新的化合物(Al2O3),Al对Zn的掺杂替换是提高ZAO薄膜导电性能的关键因素,对薄膜在可见光区的透射性影响不大·制备的薄膜最低电阻率为4 5×10-4Ω·cm,可见光透射率达到80%以上·     

Eutectic reaction and cored dendritic morphology in yttrium doped Zr-based amorphous alloys

The microalloying effect of yttrium on the crystallization behaviors of (Zr_0.525Al_0.10Ti_0.05Cu_0.179Ni_0.146)_100-x Y_x, and (Zr_0.55Al_0.15-Ni_0.10Cu_0.20)_100-x Y_x (x=0, 0.4, and 1, thus the two alloy systems were denoted as Zr52.5, Zr52.5Y0.4, Zr52.5Y1, and Zr55, Zr55Y0.4, Zr55Y1, respectively) was studied. Transmission electron microscopy (TEM) results suggested that the crystalline phases were different in the two Zr-based alloys and with different yttrium contents. ZrNi-phase and Al₃Zr₅ phase precipitations can be well explained by the mechanisms of nucleation and growth. Al₃Zr₅ phase is mainly formed by a peritectic-like reaction, while ZrNi-phase by a eutectic reaction. The contents of elements Y, Al, and Ti may dominate the reaction types. The orientation relationship between Y₂O₃ particles and Al₃Zr₅ phase is also discussed.     

空心绣球状MoS2/ZnS/ZnO异质结材料的制备及太阳光下降解四环素的研究

采用水热法制备绣球状ZnO纳米微球,再以其为晶核,通过原位生长及氨的渗入腐蚀成功制备了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结光催化材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS、BET及UV-VIS对样品的形貌、组织结构、成分、比表面积及光吸收等性能进行了表征。探讨了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料的形成机制,研究了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料催化降解机理及四环素的降解过程。结果表明：尺寸均一、比面积大的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料不仅能实现宽窄带隙材料的有效杂化,促进材料对太阳光中可见光的利用,还能使光生电子及空穴分别转移至ZnO CB和MoS₂ VB中,有效地分离了光生电子空穴,光催化性能最佳。在太阳光模拟器的照射下反应2 h之后,8 h合成的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料对四环素的降解效果最好,降解率高达91%。     

Zr50.5Cu36.5Ni4Al9块体非晶合金低温动态压缩特性

通过铜模铸造法制备Zr_50.5Cu_36.5Ni₄Al₉块体非晶合金. 利用分离式霍普金森杆（SHPB）,S-4800型扫描电镜等测试分析手段,研究Zr_50.5Cu_36.5Ni₄Al₉块体非晶合金在室温（25℃）和低温下（-40℃）动态压缩特性和断口形貌特征. 结果表明:在动态压缩载荷作用下,Zr_50.5Cu_36.5Ni₄Al₉块体非晶合金抗压强度随载荷增加而降低. 在-40℃低温条件下,动态抗压强度具有低温敏感性. 在室温条件下,Zr_50.5Cu_36.5Ni₄Al₉块体非晶合金断口微观形貌特征主要是脉状花样,伴随裂纹和非晶合金熔化现象;在-40℃ 低温条件下,Zr_50.5Cu_36.5Ni₄Al₉块体非晶合金微观形貌特征主要是鱼骨状花样.      

[bmim]Zn_2Cl_5/NH_3溶液的比热容和过量焓

测定了离子液体[bmim]Zn_2Cl_5在T=(323.15~1 173.15)K范围内的热重曲线,结果显示[bmim]Zn_2Cl_5在T637.15 K时具有很高的热稳定性。通过DSC测试得到[bmim]Zn_2Cl_5的比热容数据,在T=(251.15~383.15)K范围内可以用一个圆锥曲线很好地拟合。实验测定了[bmim]Zn_2Cl_5(2)+NH3(1)二元体系溶液的摩尔过量焓,其中氨的摩尔分数x1=(0.60~0.95),温度值为T=288.15 K,303.15 K,318.15 K,333.15 K。采用NRTL模型对过量焓数据进行拟合,得出二元可调参数和非随机参数。过量焓数据的测量误差和最大拟合偏差分别小于4.8%和4.3%。在[bmim]Zn_2Cl_5比热容和[bmim]Zn_2Cl_5/NH3过量焓数据的基础上,计算了氨质量分数w1=(0~1)、温度范围T=(273.15~343.15)K条件下[bmim]Zn_2Cl_5/NH3溶液的焓,所得焓浓图对于研究[bmim]Zn_2Cl_5/NH3吸收式制冷系统性能至关重要。     

半导体纳米材料CdSe/ZnS在显示器件中的应用

以半导体纳米材料CdSe/ZnS作为发光层, ZnO作为电子传输层, 用Al和氧化铟锡（ITO）分别作为两极材料, 采用旋涂和真空蒸镀膜技术制备半导体发光二极管, 并对其光学性质进行表征. 结果表明: 该器件发射黄光, 峰位为575 nm, 半峰宽30 nm, 最大发光强度2 000 cd/m²; 在较高的电流密度下, 该器件的电致发光效率无
明显衰减; 当半导体纳米材料CdSe/ZnS及ZnO分别作为发光层和电子传输层时, 可制备具有高电流密度且稳定的发光二极管主体材料.     

铝电解槽废旧阴极炭块中有价组分的回收

铝电解槽废旧阴极炭块是铝电解生产最大宗的固体废弃物,并且是含氟量极高的危险固体废料,严重污染周围的环境.采用水洗—化学浸出—煅烧工艺回收铝电解槽废旧阴极炭块中的氟化物和碳粉,采用硫酸铝溶液浸出废旧阴极炭块,实验得到适宜的浸出条件为25℃浸出24h,碳的回收率达到88%,最终产物碳的纯度从61.3%提高到89.6%.考察了溶液温度、溶液pH值和时间与氟回收率之间的关系,浸出溶液中氟化物以Al₂((OH)_0.46F_0.54)₆H₂O和Na₅Al₃F₁₄形式析出,回收的最佳条件为溶液温度90℃,pH值为5.5,180min得到氟离子回收率最大为99.7%,高温煅烧后所得产品为AlF₃和Na₅Al₃F₁₄.     

碳排放CO2温室效应机制

基于两个化学反应(1)CO₂+H₂O→H₂CO₃和(2)H₂CO₃+3H₂O→H₂CO₃·3H₂O,采用量子化学方法,优化获得反应物和产物分子结构,计算其红外振动光谱和化学反应的热力学数据,确定这些化合物对红外辐射的吸收与强度.研究发现,反应(1)和(2)能自发发生反应,产生H₂CO₃和H₂CO₃·3H₂O(三水碳酸);H₂CO₃具有较强的红外辐射吸收(重要的吸收频率1 919.9 cm^-1和强度426.7 km/mol等),H₂CO₃·3H₂O具有很强的红外辐射吸收(重要的吸收频率3 145.9 cm^-1和强...     

Zr原子分数对Ti基非晶复合材料腐蚀性能的影响

采用磁悬浮熔炼水冷铜坩埚-负压铜模吸铸法制备了(Ti_0.5Ni_0.5－xZr_x)₈₀Cu₂₀(x=0、0.02、0.04、0.06)非晶复合材料,分析了各种合金试样的相组成,测试了合金试样在人工海水和模拟人体的PBS溶液中的极化曲线,观察了电化学反应后的腐蚀形貌,分析电化学腐蚀产物并进行表征.结果表明:几种合金的组织都是非晶基体与晶体相组成的复合材料,晶体相为B2-Ti(Ni, Cu)奥氏体相和B19’-Ti(Ni,Cu)马氏体相.与晶态TC4合金相比,合金在两种溶液中均具有较好的耐蚀性,且随着Zr元素原子分数的增加,合金的腐蚀抗性也不断增强;当x=0.06时,合金的耐腐蚀性能最为优异,其自腐蚀电位高,为－0.218 V,热力学倾向小不易腐蚀,自腐蚀电流密度较低,为0.912 μA·cm^－2,极化电阻大,为3.4 MΩ·cm²,腐蚀的动力学速率低,且在PBS溶液中合金具有更优异的耐蚀性,在腐蚀形貌中未发现明显的点蚀坑.     

纳米多孔Ni的制备及其电催化析氢性能研究

采用快速凝固结合脱合金的方法制备纳米多孔Ni,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行物相分析和形貌表征,并使用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等方法测试纳米多孔Ni电极的电催化析氢性能.结果表明:Ni₅Al₉₅前驱体合金在65 ℃条件下经4 h脱合金化后获得多层次、双连续的纳米多孔Ni.在50 mA·cm^－2电流密度下,25 ℃时析氢过电位为257 mV,双电层电容为4.7 mF·cm^－2,在析氢反应过程中表观活化能为26.06 kJ·mol^－1,电化学脱附是整个反应的控制步骤.经过1 000圈循环伏安耐久实验后,纳米多孔Ni电极在25 ℃下极化曲线基本保持原状,50 mA·cm^－2电流密度下析氢过电位减小6 mV,表现出优良的析氢稳定性.     

四氮唑配体和Anderson型多酸组装铜配合物的合成及性能

以3-(1H-四氮唑-1-乙酸酰胺)吡啶(TAAP)、 Anderson型多金属氧酸盐和氯化铜为原料, 用水热合成方法制备一种新的基于四氮唑配体(HTrz=1H-四氮唑)和Anderson型多酸的铜配合物{H₂Cu₁₂(Trz)₁₂［CrMo₆(OH)₆O₁₈］₂(OH)₈(H₂O)₄}·12H₂O. 晶体结构解析表明： 该化合物先由去质子化的四氮唑配体Trz通过铜离子连接形成金属 有机二维层, 再通过多酸阴离子［CrMo₆(OH)₆O₁₈］-3-端氧连接二维层上的铜离子形成三维框架结构; 在水热合成过程中配体TAAP原位转化成Trz. 合成的配合物对H₂O₂有良好的电催化还原效果, 在紫外光下对亚甲基蓝和结晶紫有良好的催化降解效果.