金属有机框架衍生的Co3O4/SnO2复合材料制备及其光催化性能

金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-67衍生Co₃O₄十二面体纳米块在室温下与SnO₂复合,制备出立方体Co₃O₄/SnO₂复合光催化剂.煅烧后形成的Co₃O₄/SnO₂材料禁带宽度明显降低,荧光淬灭明显,说明Co₃O₄的加入拓展了SnO₂的光响应范围至可见光甚至红外光区域,同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离.以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标反应物,在可见光下考察了MOF衍生的Co₃O₄/SnO₂的光催化降解活性,发现Co₃O₄/SnO₂在60 min内可以降解89.6%的Rh B,分别是纯SnO₂和纯...     

非甲烷总烃分析仪专用Co3O4/Al2O3催化剂的制备及性能研究

挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)是引发霾和光化学烟雾等环境问题的重要原因,达到一定浓度会对人类健康造成威胁。非甲烷总烃(non-methane hydrocarbon, NMHC)作为VOCs总量统计的重要指标,在一定程度上可以简单、直观地反映VOCs污染状况,因此,监控NMHC对保护环境与人类健康具有重要意义。本文中制备了层状结构、球形结构和立方体结构3种不同形貌的Co₃O₄纳米材料,将纳米材料均匀负载于活性Al₂O₃颗粒表面作为NMHC分析专用催化剂。通过XRD、FESEM、BET和XPS技术对制备的Co₃O₄催化剂进行表征;并将催化剂用于NMHC的检测,对不同形貌催化剂的催化性能进行评价。结果表明,当煅烧温度为400℃、煅烧时间为3 h,催化剂具有较高的催化活性,其中立方体结构催化剂具有最高的催化活性,能在236℃将NMHC完全降解,层状结构与球形结构催化剂分别在261℃与257℃将NMHC完全降解...     

磁性外尔半金属的发现

外尔半金属是一种新奇的拓扑量子物态,具有手性相反的外尔点和表面态费米弧结构.这种独特的电子结构赋予了外尔半金属奇特的物理性质,如手性反常和量子振荡等.外尔半金属按照对称性不同的破缺方式可以分为中心反演对称性破缺的非磁性外尔半金属和时间反演对称性破缺的磁性外尔半金属.其中磁性外尔半金属的电子结构对磁结构的具体形式非常敏感,因此可以通过外加磁场或电场来改变磁矩的方向,以达到操控其拓扑相变和物理性质的变化.这一特性在自旋电子学领域具有潜在的应用价值.具有笼目结构的铁磁体Co₃Sn₂S₂是首个被实验证实的磁性外尔半金属.本文主要综述了磁性外尔半金属Co₃Sn₂S₂的发现,包括输运性质、理论计算和电子结构的测量,并对磁性外尔半金属未来的研究进行了展望.     

Co4S3纳米片的制备以及Fe3+掺杂对其电催化析氧性能的影响

采用溶剂热和超声剥离相结合的方法制备了超薄Co₄S₃纳米片,通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X-射线衍射分析（XRD）、拉曼光谱（Raman）等手段对其进行了结构和形貌的表征,并研究了其电催化产氧性能。结果表明,Co₄S₃纳米片在电流密度为10 mA/cm²下的过电势为377 mV,塔菲尔（Tafel）斜率为64.47 mV/dec;溶剂热过程中反应温度和溶剂比对产物的析氧反应（OER）催化活性影响不大,但是Fe³⁺的掺杂可以显著降低Co₄S₃纳米片的析氧过电势和Tafel斜率,提高材料的电催化稳定性。最后通过X-射线光电子能谱（XPS）分析了Fe³⁺的掺杂对Co₄S₃纳米片OER性能影响的机理。     

配位前驱体热分解法制备Bi2S3及其光催化性

以氧化铋和二乙基二硫代氨基甲酸钠等为原料合成含硫分子前驱体二乙基二硫代氨基甲酸铋,前驱体经过400℃的高温热分解获得Bi2S3产物,并利用X射线粉末衍射分析(XRD)、紫外可见漫反射等分析手段对热分解产物Bi2S3的晶相和光吸收性质等进行表征。以甲基橙和苯酚为模型研究了Bi2S3光催化性能。结果表明,分子前驱体热分解制得的Bi2S3可使甲基橙(20 mg/L)和苯酚(10 mg/L)水溶液的降解率分别达到68%和96%。     

光活化SnO2/Co3O4复合材料低温丙酮气敏性能研究

以硝酸钴、氯化亚锡和2-甲基咪唑为原料,甲醇为溶剂,通过热解双金属有机骨架法制备SnO₂/Co₃O₄复合材料,探究光活化作用下SnO₂/Co₃O₄复合材料的低温丙酮气敏性能。结果表明：SnO₂/Co₃O₄复合材料在近紫外光活化作用下,工作温度为80℃时,对体积分数为0.005%的丙酮具有良好的气敏性能,灵敏度响应值为14.5,是无光活化时的7倍,并且表现出良好稳定性。SnO₂/Co₃O₄复合材料气敏性能的改善是由于光活化下材料内部建立了氧的光活化吸附-解吸循环,使得低温下材料的气体吸附-解吸过程和表面反应性增强。     

团簇Co3NiB2极化率、偶极矩及态密度研究

为探究团簇Co₃NiB₂内部结构的相关状况及极性强弱,基于拓扑学原理和密度泛函理论,在B3LYP/lanl2dz水平下,对团簇12种优化构型的极化率、偶极矩及态密度进行深入研究,最终得出以下结论:通过对团簇形变程度的排序分析可得,极化率张量对团簇的几何结构具有很强的依赖性;分析团簇对外场响应程度的排序可以发现,极化率各向异性不变量对团簇的几何结构具有较强的依赖性,但依赖性不及极化率张量;从偶极矩角度分析发现,团簇所有优化构型均为极性分子,其中构型4^（4）的分子极性最强,构型4^（2）的分子极性最弱;对态密度进行分析发现,团簇的成键主要存在p-p、d-d-p、d-p-p-p、s-s-p-p-p和d-d-p-p-p 5种杂化方式,其中,p-p、d-d-p杂化作用较强,d-p-p-p、s-s-p-p-p、d-d-p-p-p杂化作用较弱。此外,团簇所有优化构型的A、B、D、E峰处的杂化情况完全一致,仅有C峰的杂化情况因构型重态的不同而存在差异,说明C峰处的杂化情况会在一定程度上受团簇多重度的影响。     

团簇Co3NiB2异构化反应的动力学与热力学研究

为确定团簇Co₃NiB₂最终能稳定存在的优化构型并探究不同异构化反应在不同温度下与平衡常数、指前因子之间的关系,基于密度泛函理论与过渡态理论在B3LYP/Lanl2dz水平下结合范特荷夫方程与阿伦尼乌斯方程,分别从化学动力学与化学热力学角度对团簇Co₃NiB₂的异构化反应进行深入讨论.研究结果表明:构型1⁽⁴⁾～4⁽⁴⁾能大量稳定存在,且连串反应7⁽⁴⁾→5⁽⁴⁾→4⁽²⁾→1⁽²⁾最容易发生; 依据范特荷夫方程积分式可知平衡常数的对数ln K与1/T呈线性关系,依据阿伦尼乌斯方程的衍生公式可知ln A与1/T同样呈线性关系; 当T=298.15 K时,ln K与反应物和生成物的能量差ΔE呈正相关关系,且同时满足线性方程ln K(T)=0.404 31ΔE+0.388 26.研究预测团簇各个优化构型所能发生异构化反应的平衡常数K的取值范围为0.946 0～9.431 9×10¹⁹.     

一步水热法制备MoS2/Ni3S2@NF析氧催化剂

采用一步水热法成功制备了MoS₂/Ni₃S₂@NF异质结催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备电极的物相和微观形貌进行表征,表面粗糙的核壳MoS₂/Ni₃S₂异质结均匀紧密地分布在镍网(NF)表面.在1 mol·L^-1的KOH电解液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)、计时电位和计时电流等方法对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试.结果表明,驱动10 mA·cm^-2电流密度,仅需134 mV过电势;其Tafel斜率为55.2 mV·dec^-1;经过15 h计时电位测试,电流密度保持率高达93.5%.在300、400、500 mA·cm^-2电流密度连续测试45 h的结果耐久性表明,MoS₂/Ni₃S₂@NF具有较好的大电流密度工作耐久性.     

Sb2S3:P3HT共混物改善TiO2纳米棒阵列钙钛矿太阳电池的性能

为解决钙钛矿太阳电池中MAPbI₃的不稳定性问题,提高电池性能,对以TiO₂纳米棒阵列作为电子传输层、Sb₂S₃:P3HT共混物作为钙钛矿MAPbI₃修饰层的太阳电池进行了研究。首先,以SbCl₃作为锑源,Na₂S₂O₃作为硫源,采用溶剂热法制备合适尺寸的Sb₂S₃纳米球;其次,通过超声分散法将Sb₂S₃与P3HT在氯苯溶液中共混得到Sb₂S₃:P3HT共混物,将其旋涂于沉积了MAPbI₃薄膜的TiO₂纳米棒阵列上,形成FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT复合膜,制备成TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT太阳电池;最后,采用SEM,XRD,J-V曲线和紫外可见吸收光谱等方法进行表征和测试。结果表明,制备的结构为FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳电池,能量转换效率（PCE）最高达到了14.73％,与未采用Sb₂S₃:[JP]P3HT共混物修饰的TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池相比,能量转换效率得到了明显提升。因此,Sb₂S₃:P3HT共混物能避免出现钙钛矿MAPbI₃被氧化的不稳定性问题,可有效提高TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池的性能。     

树叶状Co和Co3O4的水热合成与磁性研究

以氯化钴(CoCl2.6H2O)和氢氧化钠作为反应前驱物,采用水热法合成微米级树叶状钴单质,在500℃退火条件下得到形貌相似的Co3O4粒子,并运用XRD、SEM和VSM对所得粒子的结构、形貌和磁性能进行了初步研究。结果表明,树叶状钴单质表现出室温铁磁行为,具有较高的磁参数,其中饱和磁化强度为139.3emu/g、矫顽力为29.5kA/m。同时发现,在500℃×1h退火后的Co3O4还出现极弱的铁磁性行为,可能是未完全氧化的Co单质所产生。     

Al2O3/LiAlO2表面包覆改性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元正极材料研究

三元正极材料因比容量高、成本低和较为环保而备受研究者的关注和青睐,但其循环稳定性与倍率性能较差。通过固相包覆法制备了纳米Al₂O₃以及LiAlO₂包覆的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料,对所制备材料的结构及形貌进行系统表征,结果表明,两种包覆均在保持正极材料结构的基础上成功形成了表面包覆层。电化学性能测试表明,用质量分数为1%的Al₂O₃包覆时,其初始放电容量从原始材料的159 mA·h·g^-1提升至162.57 mA·h·g^-1,循环35次的容量保持率由74.38%提升至94.89%;用质量分数为3%的LiAlO₂包覆时,初始放电比容量提升至164.85 mA·h·g^-1,前35次的容量保持率较未包覆材料均有所提高。此外,经包覆后正极材料循环性能和倍率性能均有所提高,电压衰减和电化学阻抗降低,...     

磁控溅射制备多孔柱状晶ZrO2薄膜

采用反应磁控溅射倾斜沉积(GLAD)的方法制备了多孔柱状晶的ZrO2薄膜,研究了不同沉积角和靶基距对薄膜结构和光学性质的影响.结果表明,倾斜沉积的ZrO2薄膜具有倾斜的柱状结构,柱状晶之间存在空隙(宽度小于100nm),平均晶粒大小约为10nm.沉积角大小的改变在一定程度上可以改变ZrO2薄膜中某些晶粒的取向.增大沉积角和增加靶基距均可使薄膜的折射率减小、孔隙率增大、沉积速率减小,不同的是增大沉积角会增大柱状倾斜角,而增加靶基距会减小柱状倾斜角.沉积角为75°时可制备出折射率为1.56、孔隙率为41.7%的ZrO2薄膜.     

射频磁控溅射制备c轴取向LiNbO3薄膜研究

采用射频磁控溅射技术,用富Li的LiNbO3靶材在Si(100)和Si(111)基底上制备了LiNbO3薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对LiNbO3薄膜的结晶程度、晶体取向和表面形貌及薄膜与基底结合处的界面结构进行了研究.结果表明:样品在空气中经1 000℃退火1 h处理后,薄膜与Si基底界面处有SiO2生成,得到的LiNbO3薄膜结晶性好,具有高c轴取向,晶粒排列致密且粒径尺寸均匀.     

Sn掺杂In_3O_2半导体薄膜的制备及其性能研究

采用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了Sn掺杂In3O2(In3O2:Sn)半导体薄膜,通过XRD、XPS、四探针仪和分光光度计等测试表征,研究了生长速率对薄膜结构和光电性能的影响.结果表明:所制备的薄膜均具为(222)择优取向的立方锰铁矿结构,其结构参数和光电性能明显受到生长速率的影响.当生长速率为4 nm/min时,In3O2:Sn薄膜具有最大的晶粒尺寸(32.5 nm)、最高的可见光区平均透过率(86.4%)和最大的优值因子(7.9×104Ω-1·m-1),其光电性能最好.同时采用Tauc公式计算了样品的光学带隙,结果表明:光学带隙随着生长速率的增大而单调减小.     

理论研究半金属TiB2的电子结构和光学特性

为了系统地分析半金属TiB₂的能带结构及光学特性,采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算分析了TiB₂的电子结构及光学特性。能带结构表明TiB₂具有直接带隙宽度为0.388 eV的半金属材料,在费米能级附近,态密度的价带主要由Ti的3p价电子和B的2p价电子起作用,导带由Ti的3d价电子起主要贡献。从获得的光学特性参数发现在光子能量为0.73 eV处,Ti的4s3p和B的2p电子发生共振,复介电函数的峰值主要出现在低能区,材料对紫外光的最大吸收系数为4.03×10⁵cm^-1。本研究得到的光学特性参数在光电子器件、微电子和紫外探测器等制作方面有着较好的参考作用。     

均匀沉淀法制备Ca2Co2O5粉体材料

以Ca(NO3)2.4H2O,Co(NO3)2.6H2O和CO(NH2)2为原料,采用均匀沉淀法制备Ca2Co2O5粉体材料。采用FT-IR,TG-DSC,XRD和SEM等手段对样品进行表征,并探讨均匀沉淀法的制备机理。研究结果表明:采用均匀沉淀法,在摩尔比n[CO(NH2)2]:n[Ca2+/Co2+]=4,阳离子浓度比[Ca2+]:[Co2+]=0.200:0.125,加热时间t为3 h时,可获得一定化学组成的前躯体;前驱体于800℃保温8 h后,可获得颗粒粒度为1μm、分布均匀的片状Ca2Co2O5粉体。     

焙烧温度对BaTiO3/Co3O4复合材料相组成、微观结构与催化性能的影响

目的 研究焙烧温度对BaTiO₃/Co₃O₄复合材料催化氧化性能的影响。方法 采用溶胶-凝胶法一步合成铁电BaTiO₃/Co₃O₄复合材料,并以有机染料亚甲基蓝(MB)氧化脱色为模型反应。利用XRD,SEM,EDS,XPS和紫外-可见分光光度计等表征手段研究焙烧温度对样品的相组成、微观形貌及催化氧化性能的影响。结果 随着焙烧温度的升高,BaTiO₃/Co₃O₄复合颗粒的晶粒尺寸逐渐增大,对MB的去除效率呈现出先增大后减小的变化趋势。结论 当焙烧温度为800℃时,所得样品为BaTiO₃/Co₃O₄复合材料,该复合材料对MB展现出较好的氧化降解性能,20 min去除率达到100%。     

金属钼表面MoSi2/Si3N4涂层的氧化性能研究

在金属钼表面分别制备了MoSi2涂层和MoSi2/Si3N4涂层,利用SEM和XRD分析研究了涂层的微观结构和物相组成,并比较了涂层在1 450℃大气环境下的抗氧化性能.结果表明:两种涂层与基体结合好且均匀致密;MoSi2涂层钼氧化16 h后出现贯穿裂纹,破坏了SiO2保护膜的连续性,导致涂层失效;Si3N4相的引入可明显改善MoSi2基涂层钼的高温抗氧化性,其抗氧化时间达76 h.     

脉冲激光沉积法制备Sb2S3薄膜太阳能电池

利用脉冲激光沉积法(PLD)制备出高质量的Sb₂S₃薄膜.通过改变沉积时间来调节Sb₂S₃薄膜的厚度,进而研究不同Sb₂S₃厚度对电池效率的影响.研究发现,当沉积时间为5 min时,Sb₂S₃太阳能电池效率达到最高,为3.98%.分析外量子效率和电化学阻抗谱发现,厚度的变化会影响Sb₂S₃层对光的吸收能力,同时也会增加光生载流子的非辐射复合,从而影响电池的效率.