Fe、La掺杂和氧缺陷对CeO_(2)表面吸附As_(2)O_(3)的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了As_(2)O_(3)(g)在Fe、La掺杂CeO_(2)(110)表面及氧缺陷LaCeO(110)表面的吸附行为,探索了LaCeO表面砷吸附能力显著高于FeCeO表面的主要原因。结果表明,As_(2)O_(3)(g)的吸附效果与吸附位点数量、吸附能、键长和电荷转移密切相关。纯CeO_(2)表面的吸附主要为化学吸附,吸附能绝对值大于−4.22 eV,电荷转移量为(−0.19)−(−0.31)e,As_(2)O_(3)得到电荷带负电,起表面受主作用,因此吸附量较小。FeCeO(110)表面新增Fe顶位和Bridge-2桥位两个吸附位,其中,Fe顶位为化学吸附,Fe掺杂改变了FeCeO表面电子分布和晶格结构,但并未改变As_(2)O_(3)与FeCeO之间的电荷转移方向,因此,As_(2)O_(3)仍呈负离子形式吸附。LaCeO(110)表面新增了三个吸附位:La顶位、Bridge-3桥位和Hollow-2空位,La掺杂改变了As_(2)O_(3)与LaCeO之间的电荷转移方向,使得As_(2)O_(3)失电子呈正离子吸附,起表面施主作用,因此,吸附能力增强。无O_(2)环境下,单一O缺陷LaCeO(110)表面吸附能力低于完整LaCeO表面;有O_(2)环境下,O缺陷有利于As_(2)O_(3)的吸附。

高压辅助溶胶-凝胶法制备La掺杂TiO_(2)光催化剂及其可见光降解甲基橙研究

根据溶胶-凝胶法和水热法制备TiO_(2)的优点和不足,本工作提出了一种高压辅助溶胶-凝胶法(简称HG法)可控地制备La掺杂TiO_(2)。通过该方法,可以高效制备锐钛矿相La掺杂TiO_(2),且制得样品纯度高,分散性好。通过控制La掺杂比例(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%,质量分数,下同),可以调控TiO_(2)禁带宽度变化(3.15~2.80 eV);其中,0.20%La掺杂TiO_(2)(0.20%La-TiO_(2))的禁带宽度可达2.80 eV。甲基橙(MO)光催化降解实验结果表明,0.20%La-TiO_(2)的光催化活性优异,其在可见光照射下160 min内对MO的降解率可达92%,是本征TiO_(2)的38.30倍;·O_(2)-是驱动0.20%La-TiO_(2)光催化降解MO的主要活性物质。本工作提出的高压辅助溶胶-凝胶法可为制备高活性TiO_(2)基光催化剂提供有益的方法及条件参考。

La掺杂WC(0001)/Co(111)界面结合强度、稳定性和电子结构的第一性原理研究

WC/Co硬质合金的界面结合强度取决于其界面性质。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理,构建了6种WC(0001)/Co(111)界面模型,在此基础上,从电荷转移、成键方式和价电子分布等角度分析了La掺杂对WC(0001)/Co(111)界面稳定性最弱和界面稳定性最强模型的影响机理。结果表明:在6种界面模型中,稳定性最弱的是W-OT-Co界面,有最大的界面距离、最小的黏附功和最高的界面能,裂纹倾向于出现在界面;稳定性最强的是C-HCP-Co界面,有最小的界面距离、最大的黏附功和最小的界面能,裂纹倾向于出现在基体;当稀土La分别替换W-OT-Co模型Co侧第二层的Co原子,以及C-HCP-Co模型WC侧第二层的W原子时,两个界面距离才会都变小、黏附功都增大,但强化界面效果不同;掺杂稀土La后,W-OT-Co界面的键合方式为弱离子键和金属键的结合,C-HCP-Co界面的键合方式为强共价键、离子键和金属键的结合,界面更稳定;La在稳定堆积构型C-HCP-Co上的最优掺杂位点将显著提高WC/Co硬质合金的界面结合强度。

La掺杂对AgSnO_2电接触合金阴极侵蚀区成分的影响

利用化学共沉淀、高能球磨技术及常压烧结等方法制备掺杂La元素的纳米复合AgSnO2电接触合金,对合金进行了模拟电弧侵蚀试验,通过冷场发射扫描电镜及其附带的X射线能谱仪分别对合金电弧侵蚀前后形貌和阴极侵蚀区的成分进行了观察和分析。结果发现,与无掺杂的纳米复合AgSnO2合金相比,La元素的加入,明显抑制了电弧侵蚀过程中Ag与SnO2富集区的产生。同时随掺杂元素含量的增加,银液的飞溅现象明显减少,电弧侵蚀从液态喷溅转变为以蒸发沉积为主,具有较好的耐电弧侵蚀特性。

La掺杂对CdS薄膜性能的影响

采用化学水浴法在玻璃衬底上制备了纯CdS薄膜和稀土La掺杂的CdS薄膜,在氮气气氛中对薄膜进行热处理。结果表明,未掺杂样品为立方闪锌矿CdS,La掺杂后衍射强峰仍为立方闪锌矿(111)晶向,但出现了微弱的六方纤锌矿结构,而且增强了短波光和近红外光的透过率,禁带宽度明显减小,同时La的掺入促进S元素百分含量的增加,使Cd/S更接近化学计量比。

基于密度泛函理论的La掺杂γ-TiAl体系结构延性与电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了La替位Ti或Al且掺杂浓度分别为1.85 at.%,2.78 at.%,4.17 at.%,6.25 at.%,8.33 at.%,12.5 at.%的γ-Ti Al合金的晶体结构、稳定性和延性等性质.结果显示,杂质La浓度x 12.5 at.%,各个体系均具有较好的能量稳定性,即在一定条件下它们是可以实验制备的,且掺杂合金体系的密度<4.6 g·cm^(-3).La掺杂引起晶格参量变化进而导致合金体系的轴比发生变化.La的低浓度(x 6.25 at.%)掺杂使合金体系的轴比相较纯γ-Ti Al更接近于1,这对于改善材料的延性极为有利,其中Ti_(11)La Al_(12)体系的轴比最接近于1,预报其延性最佳.通过对比Ti_(11)LaAl_(12)和Ti_(12)Al_(12)体系的布居数、电荷密度和电子态密度,发现Ti_(11)LaAl_(12)体系延性改善的电子因素为:掺杂使体系内Al(Ti)原子轨道上的电子重新分布,Ti-d轨道和Al-p轨道的电子数均减小,可被p-d杂化轨道局域化的电子数减小,p-d轨道杂化键强度降低,从而使位错移动的阻力减少,延性得以明显改善.电子重新分布改变了部分化学键的性质,部分Al—Ti共价键转化为Al—La离子键,部分Ti—Ti共价键转化为Ti—La金属键,它们的共价性及方向性明显降低,材料金属性增强.在掺杂体系中Al—Al键的平均强度减弱,Al—Ti键和Ti—Ti键的平均强度增强,三者的强度差异明显减小,晶体结构的各向异性程度降低.

La掺杂铌酸钾的水热合成及其光催化性能研究

以氢氧化钾、氧化铌和硝酸镧为原料,采用水热法合成了结晶度高、掺杂不同含量的稀土La的K4Nb6O17纳米片状材料。借助XRD、SEM-EDX和Raman等技术手段对催化剂进行了表征。研究结果表明,La的掺杂并未改变催化剂材料的晶体结构,La/Nb摩尔比为0.5%的铌酸钾具有最佳的光催化活性,对以有机染料罗丹明为目标降解物的反应具有高效的光催化降解性能。在36 W紫外灯作用下,30 mg催化剂可以在80 min内实现对100 mL的罗丹明溶液(20 mg/L)的快速降解。

La掺杂TiO_2膜的制备及其对甲苯的去除性能

以钛酸四丁酯和硝酸镧为原料,采用溶胶-凝胶法,制备出La掺杂TiO2膜.采用X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、低温氮物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构进行表征.以气相甲苯为模型物,在自制光催化反应器中考察了催化剂在可见光下对气相有机污染物的去除性能.结果表明,La掺杂可诱发催化剂的可见光催化活性,500℃热处理的2.8%molLa掺杂TiO2膜在60min内即可完全去除6110.18mg/m3的气相甲苯;掺入的La主要以La2O3的形式存在,同时有一部分形成Ti-O-La键;La掺杂可抑制TiO2锐钛矿相向金红石相转变、提高相转变温度、减小晶粒尺寸及增大催化剂比表面积;La/TiO2薄膜表面光滑、致密,La的引入能有效抑制TiO2膜气孔的产生;La掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收,使催化剂吸收边向长波移动;La的f轨道的电子跃迁和TiO2晶格扭曲是催化剂可见光活性提高的重要原因.

La掺杂对活性炭负载TiO_2催化剂光催化活性的影响

以钛酸丁酯和硝酸镧为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯的和La掺杂活性炭负载TiO2催化剂,用XRD、UV-V is漫反射光谱和扫描电镜等测试技术对该催化剂的晶型和形貌进行了表征,并考察了La含量和焙烧温度对TiO2/AC催化剂的性质及光催化分解亚甲基蓝活性的影响。结果表明,La掺杂不仅抑制了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,而且使TiO2的光响应范围向可见光区拓展。当掺杂摩尔分数为0.30%的La,可见光照射120 m in时,La-TiO2/AC催化剂的光催化分解率可达87%。

La掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和不同La掺杂量的TiO2纳米粒子,对样品进行了TG-DTA、XRD和UV-Vis吸收光谱分析,并以染料废水甲基橙为目标降解物,考察了样品的光催化性能。结果发现,La的掺杂抑制了TiO2粒径的长大,细化了晶粒;La掺入到TiO2的晶格中,引起了晶格的畸变和膨胀;La的掺杂使TiO2的吸收带边发生了红移;适量La的掺杂可提高TiO2的光催化性能。试验条件下,最佳掺杂摩尔分数为0.1%。

La掺杂对SnO_2薄膜光学特性影响的第一性原理及实验研究

采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法探讨了La掺杂对Sn O2光学特性的影响,并通过实验进行验证。理论分析表明,由于La的掺入,费米能级上移进入导带,禁带宽度变小,介电函数虚部与吸收谱发生红移。实验结果表明La掺杂并没有改变晶型结构,晶格常数略微增大,晶粒尺寸减小。薄膜在可见光区的透过率除7%La掺杂外均超过80%,且随掺杂浓度增加禁带宽度逐渐减小,实验结果与理论计算结果相互验证,为稀土掺杂Sn O2的研究提供依据。

La掺杂的SnO_2-Sb中间层对钛基IrO_2+Ta_2O_5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。

La掺杂量对ZnO光电性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论下的平面波超软赝势方法和杂化泛函理论下的模守恒赝势方法,分别计算了未掺杂ZnO和两种La掺杂浓度的ZnO模型,其中对较高La掺杂浓度的计算还设置了两种不同的掺杂位置。结构优化后,首先通过计算形成能、系统总能量和电荷布居值,对掺杂后体系的稳定性进行了分析;而后结合自旋基态能量与自旋电子态密度对掺杂体系的磁性状态进行了说明;最后通过计算得到的电子结构及吸收光谱讨论了La掺杂量对ZnO光电性能的影响。结果表明:随La掺杂量增加,ZnO体系稳定性有所降低;La掺杂ZnO无磁性,电子结构不会受到自旋能级分裂的影响;与纯ZnO相比,La掺杂ZnO的禁带宽度增大,吸收光谱蓝移,然而通过控制La浓度与掺杂方式可以有效增强La-5d与Zn-4s电子态的交换关联作用而减小ZnO的最小光学带隙,提高ZnO对可见光的吸收系数,使光生空穴-电子对有效分离的影响。

稀土La掺杂对层状富锂锰基氧化物正极材料结构及电化学性能的影响

采用碳酸盐共沉淀-高温烧结法制备了La掺杂层状富锂锰基氧化物正极材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13LaxO2(x=0,0.01,0.03,0.05),考察了La掺杂量对正极材料的结构及电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析研究了正极材料的结构和形貌特征,材料的电化学性能采用交流阻抗和充放电测试仪进行测试分析.研究结果表明:所有样品均保持层状α-NaFeO2结构,随着La掺杂量的增加,样品形貌未发生明显变化,样品放电容量呈现先增大后降低的趋势,当La掺杂量为0.03时,具有最高的放电比容量285.3mAh/g(0.1C),经过50次循环后的放电比容量为260.5mAh/g,容量保持率为91.3%.

La掺杂TiO_2纳米材料的制备及光催化性能研究进展

稀土掺杂对TiO_2改性可以拓宽光谱响应范围、提高量子效率及太阳能利用率,是提高TiO_2纳米材料光催化活性及可见光吸收能力的重要方法。综述了近年国内外有关La掺杂TiO_2纳米材料的制备及光催化性能研究进展,主要分析了La掺杂材料的制备方法、物相特征以及La与其他元素共掺杂等方面的研究现状,并进一步指出La掺杂TiO_2目前存在的问题以及未来的研究方向。

La掺杂TiO2光催化材料制备工艺优化与催化性能

采用溶胶凝胶法制备La掺杂改性纳米TiO_2光催化材料,利用X射线衍射仪与jade软件分析材料的晶相结构与晶格参数,采用三因素正交试验法探索La掺量、热处理温度、热处理时间对材料的光催化性能的影响;并利用SEM对最佳制备工艺条件下的材料进行微观表征。结果表明,在La摩尔掺量为0.5%、热处理温度为550℃、热处理时间为2 h条件下,材料的晶粒大小和畸变程度达到最佳平衡状态;对NO气体的光降解率达到70.26%。La掺杂改性后,材料粒径更加均匀,多分布在18~20 nm区间。

溶胶-凝胶法制备La掺杂BaTiO_3纳米晶体的研究

用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的BaTiO3纳米晶体.借助热重-差热、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射和透射电子显微镜等手段对样品进行了表征.结果表明,该方法可以制备出BaTiO3纳米晶体,La掺杂可以有效地降低BaTiO3纳米晶体的烧结温度,并且使其晶格发生收缩畸变.

La掺杂Al代α-Ni(OH)_2电极材料的性能

采用尿素均相沉淀法制备了La掺杂Al代α-Ni(OH)2粉体材料,表征了其微观结构和形貌,并测试了样品作为MH-Ni电池正极活性材料的电化学性能.结果表明,制备的样品颗粒呈类球形,与Al代α-Ni(OH)2相比,结晶度增强,具有更大的晶格层间距,电极反应具有更好的可逆性和较小的电化学阻抗,在0.1C下放电比容量达403.04mA·h/g,放电中值电压较高并稳定于1.29V,1C下放电比容量达343.47mA·h/g,充放电循环50次容量保持率为90.31%,显示了良好的较大倍率放电性能.

钛基La掺杂SnO2-RuO2电极的制备及其电化学氧化焦化废水

采用溶胶-凝胶法制备了Ti/SnO2-RuO2、Ti/SnO2-RuO2-La两种电极,探究稀土La对钛基SnO2-RuO2电极的改性效果,考察了电极在不同条件(电流密度、温度及pH)下电化学氧化焦化废水中COD的去除效果。结果表明,Ti/SnO2-RuO2-La电极对焦化废水中有机物有较好的降解效果,在电流密度10 mA/cm^2,温度30℃,pH为8,电化学氧化30 min时,焦化废水中COD去除率可达85.06%。

La掺杂TiO_2/电气石的制备及光催化性能研究

以电气石为载体,TiCl4为前驱体,采用水解沉淀法负载La掺杂纳米TiO2薄膜,制备La掺杂TiO2/电气石复合材料。结合XRD、FESEM、UV-vis等现代测试手段对所制备样品的结构和性能进行了表征。以甲醛为目标降解物,考察了样品的光催化活性。结果表明:La掺杂TiO2晶粒细小,均匀分布于电气石表面。经550℃煅烧,La掺杂后锐钛矿型TiO2粒径由13.5 nm降为8.73 nm。La掺杂后,TiO2光催化剂的吸收光谱向可见光区发生红移。1m3环境舱内,日光灯下照射360 min,La掺杂TiO2前后复合材料对甲醛的去除率分别达到66.4%和82.2%。