ZrO_(2)粒径对盐助燃烧合成纳米ZrC微观结构的影响

采用盐助燃烧合成工艺制备了纳米碳化锆(ZrC)粉体,研究了原料氧化锆(ZrO_(2))粒径对纳米ZrC粉体微观结构的影响规律和作用机制。结果表明,在ZrO_(2)-Mg-C体系中,随着ZrO_(2)原始粒径减小(200→10 nm),碳锆体系反应活性增强,ZrC中的游离碳含量逐渐减少,ZrC粉体的平均粒径随ZrO_(2)粒径的减小而减小,当加入粒径为10 nm的ZrO_(2)时,ZrC粉体的平均粒径为48 nm,且类球形形貌更加均匀。原料ZrO_(2)粒径减小,比表面积增大,提高了反应活性和渗碳速度,从而减小了反应时间、反应温度对晶粒生长的影响,获得了分布均匀的高纯纳米ZrC粉体。

Photoelectrocatalytic reduction of CO_2 into formic acid using WO_(3-x)/TiO_2 film as novel photoanode

A novel WO3-x/TiO2 film as photoanode was synthesized for photoelectrocatalytic（PEC） reduction of CO2 into formic acid（HCOOH）. The films prepared by doctor blade method were characterized with X-ray diffractometer（XRD）, scanning electron microscope（SEM） and transmission electron microscope（TEM）. The existence of oxygen vacancies in the WO3-x was confirmed with an X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）, and the accurate oxygen index was determined by a modified potentiometric titrimetry method. After 3h of photoelectrocatalytic reduction, the formic acid yield of the WO3-x/TiO2 film is 872 nmol/cm^2, which is 1.83 times that of the WO3/TiO2 film. The results of PEC performance demonstrate that the introduction of WO3-x nanoparticles can improve the charge transfer performance so as to enhance the performance of PEC reduction of CO2 into formic acid.

含有TiO_2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO_2(NT),将其作为光散射中心,与纳米晶TiO_2混合,制备成一种底层为P25薄膜(作为染料吸收层),上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 m A·cm^(-2),其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2μmol·cm^(-2)降到70.1μmol·cm^(-2)。这表明过量的大颗粒TiO_2刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。

Keggin型磷钨酸复合TiO_2染料敏化太阳电池的制备及性能

采用浸渍负载法制备Keggin型磷钨酸(PW_(12))-TiO_2粉体,再与TiO_2混合,通过刮涂法得到PW_(12)/TiO_2薄膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱等分析PW_(12)/TiO_2薄膜的形貌、光吸收性质,并以D102为染料敏化组装成太阳电池,对其光电转化性能进行研究。结果表明:PW_(12)-TiO_2粉体平均粒径为20 nm,TiO_2为锐钛矿型,通过两步法制备的PW_(12)/TiO_2薄膜保持磷钨酸结构不变;磷钨酸的引入不仅没有改变TiO_2薄膜的形貌和结构,反而促进了电子在薄膜内部的传输和电子空穴的分离,降低了电子在薄膜中传输阻力,提高了电池的光电转换效率。当PW_(12)质量分数为3.3%时,由PW_(12)/TiO_2薄膜组装的DSSC最大短路电流密度(JSC)为9.52 m A/cm2,最高总能量转换效率(η)为3.5%。

混合盐辅助燃烧合成纳米ZrC粉体及影响机制

采用新型的盐助燃烧合成工艺,在ZrO_(2)-Mg-C体系中,加入NaCl-KCl混合盐作为稀释剂,宏量制备出纯相的纳米级ZrC粉体,中位径D 50=46 nm。通过计算该体系下的自由能和绝热温度,结合热力学和动力学分析,探究NaCl-KCl的加入量对ZrC粉体的纯度和粒度的影响规律及其作用机制。结果表明,当稀释剂含量w在0~30%(质量分数,下同)范围内,稀释剂NaCl-KCl的加入有利于获得纯相的ZrC,但在颗粒表面会吸附少量的游离碳,产物ZrC的纯度在90%以上。当NaCl-KCl的加入量为30%时,ZrC的纯度为97.26%。另外,随着NaCl-KCl含量的增加,ZrC颗粒的平均粒径从476 nm降至46 nm。其中较小的颗粒尺寸更容易被氧化,在颗粒表面形成2.9 nm的Zr(C_(x)O_(y))壳层。NaCl-KCl的作用机理主要是相变吸热和加速形核,通过相变吸热降低绝热温度和体系的冷却速率,增加过冷度,从而增加了晶体的形核速率。另外,熔融盐提供液相环境加速物质传输,有利于生成纯相ZrC。

含氢四面体非晶碳膜的制备与结构及力学性能

采用化学气相沉积法制备具有优异力学性能的含氢四面体非晶碳膜有望满足工业应用的要求。通过自主设计的等离子体增强化学气相沉积实验系统制备含氢四面体非晶碳膜,并对其微观结构与力学性能进行研究。随着偏压从-200 V增加到-500 V,薄膜硬度和弹性模量先增加后减少,最大达到34.0 GPa和282.0 GPa。压应力随着偏压的变化表现出相同的变化趋势。与传统等离子体增强化学气相沉积方法相比,自主设计的等离子体增强化学气相沉积系统制备的碳膜硬度和弹性模量明显提升,碳膜sp3含量(摩尔分数)超过62.3%,制备出的碳膜具有典型的含氢四面体非晶碳膜特征,而非含氢碳膜,主要是由于水冷射频双螺旋电极与平板电极结合增强了粒子的轰击和离化率,提高了薄膜sp3含量。这为在工业中应用制备高硬度和弹性模量的含氢四面体非晶碳膜提供了可能。