学科思维导图结合微课的模拟电路实验SPOC教学探索

针对模拟电路实验教学以"教"为主、教学内容孤立、考核形式单一的问题,基于思维导图、结合微课开展SPOC教学改革的探索。分析了教学目标与应用思维导图结合微课开展SPOC教学的可行性,并从教学资源建设、以学生为主体的进阶式教学实践、多元化实验考核办法的制定等方面提出了思维导图结合微课在模拟电路实验SPOC教学的应用探索。

交错能带结构钕掺杂钒酸铋形貌与光催化性能调控

为了研究混合相异质结对光催化的改性机理,以五水硝酸铋、六水硝酸钕、偏钒酸钠为原料,浓硝酸、氢氧化钠为调和剂,水热合成不同浓度钕掺杂钒酸铋样品。X射线衍射和拉曼峰位分析发现,钒酸铋呈现钕浓度依赖的单斜到四方相转变。采用扫描电子显微镜表征发现,这种相变给样品形貌带来巨大变化。小于1at%钕掺杂单斜钒酸铋由不规则颗粒堆积而成,大于7at%钕掺杂四方相由类似球状或凹槽表面果仁状构成,而中间混合相由微米长方体棒状组成。规则形貌导致所有掺杂样品光催化降解罗丹明B效率高于无掺杂样品。高分辨透射电子显微镜和莫特–肖特基测试发现,混合相中形成交错能带异质结,进一步促进光生电-子空穴对分离并抑制其复合,使得4at%钕掺杂样品具有99.4%降解效率。

铟掺杂钨位增强钨酸铋氧空位光催化效率

以硝酸铋、硝酸铟、钨酸铵、柠檬酸、聚乙二醇为原料和表面活性剂,通过溶胶-凝胶法合成纯的和铟掺杂正交晶系钨酸铋.X射线衍射表征得到所有样品都是纯相且无杂质相.光催化降解罗丹明B实验发现,铟掺杂样品降解能力高于纯相,其最佳掺杂含量为7%摩尔比.扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征发现,光催化性能提高主要是由于氧空位数目增多导致,而形貌发生蓬松改变起到促进作用.利用第一性原理计算,单一氧空位模型形成能小于Bi1In+VO和Bi2In+VO共掺杂模型形成能,而大于WIn+VO形成能.这个结果表示铟替代钨位促进氧空位产生.电子结构计算发现,氧空位在带隙和导带底附近引入新的局域态,促进光吸收而增强光催化性能.本文通过理论模拟和实验表征钨酸铋氧空位光催化性能调控归因于铟进入钨位而非铋位.

不同晶相Bi_2O_3粉体的制备与表征

以Bi(NO_3)_3·5H_2O为主要原材料,利用共沉淀法制备α、β、γ3种不同晶相的Bi_2O_3粉末。利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计对样品进行表征,结果表明:制备的α-Bi_2O_3粉末为长条状颗粒,β-Bi_2O_3粉末为不规则颗粒状,γ-Bi_2O_3粉末呈现为四面体颗粒。以质量浓度为10 mg/L的罗丹明B溶液为降解目标,考查不同晶相Bi_2O_3对罗丹明B的光催化降解性能,发现γ-Bi_2O_3粉末的光催化性能最佳,降解效率可达62. 5%。利用第一性原理对α、β、γ3种晶相Bi_2O_3的能带结构进行计算,计算结果表明:3种晶相Bi_2O_3的导带均主要由O 2p轨道构成,价带主要由Bi 6p轨道构成。光催化过程中,电子可从价带跃迁到导带参与化学反应,从而使罗丹明B溶液发生降解。

硝酸氧铋基三相异质结制备及光降解性能

为了探究异质结对光催化活性作用,以五水硝酸铋为原料,水热法合成纯相硝酸氧铋、单斜α氧化铋和三相异质结样品。X射线衍射、拉曼光谱、高分辨透射电镜和X射线光电子能谱表征其晶体结构和相组成。结果表明,在250 W汞灯照射下,三相异质结和硝酸氧铋降解罗丹明B效率为98.1%和89.9%,高于α氧化铋25%和四方β氧化铋45%。这两个样品对甲基橙降解效率大于90%,高于α相77%和β相86%。通过带隙和莫特肖特基曲线分析,硝酸氧铋、α相和β相形成交错能带构型。光生电子依次从硝酸氧铋导带向α相和β相导带转移,加快电子空穴分离,因而增强光催化活性。扫描电镜和漫反射光谱分析得到形貌和双吸收对光催化活性起到进一步改进作用。因此采用原位生长法可获得高活性硝酸氧铋基光催化剂。

钇掺杂亚稳相γ-Bi_2O_3的合成及光催化性能

在不同温度下,以氢氧化钠作为沉淀剂,采用共沉淀法合成纯的以及不同浓度钇掺杂亚稳相γ-Bi_2O_3。X射线衍射结构表征显示,温度越高,制备纯相γ-Bi_2O_3反应时间越短,而钇引入并未改变样品的晶体结构。扫描电子显微镜对样品进行微观形貌表征,发现所有颗粒样品呈现四面体形状,且钇掺杂增加颗粒聚集度。随着掺杂浓度增加,附着在四面体表面上的小颗粒尺寸逐渐增大。紫外可见漫反射光谱分析表明,钇掺杂引起禁带宽度变窄。选择罗丹明B为典型污染物以及γ-Bi_2-xYxO_3为催化剂,光催化降解性能随掺杂而提高。