反应磁控溅射法制备nc-TiN/a-Si_3N_4薄膜的Young's模量和内耗

利用振簧技术测量了不同退火状态下的nc-TiN/a-Si3N4超硬薄膜的Yong's模量和内耗随温度的变化关系.在280—300℃附近观察到一个弛豫内耗峰.随着退火温度的升高,该内耗峰逐渐减弱,而Young's模量变化不大.750℃退火后,该内耗峰消失,而模量却从未退火时的430 GPa激增至530 GPa.初步认为该内耗峰来源于非稳定界面的弛豫过程.

用智慧舞动光能--光催化前沿论坛侧记

解决能源短缺和环境污染问题是我国实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。光催化材料能够利用水分解或者二氧化碳还原将太阳能转化为化学能（氢能或者碳氢燃料），也能降解有机污染物，因而在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景。光催化在环境净化方面（例如空气净化）已经得到了初步的应用。在光催化能源转换方面还在深入开展研究工作。

新型光催化材料探索和研究进展

综述了光催化反应基本原理、新型光催化材料开发策略及研究进展。分析了提高光催化材料量子效率的关键所在及开展新型光催化材料研究工作的重要性,展望了该领域的未来发展方向。

消失模法铸渗表面合金层组织研究

利用消失模铸造法制备了表面耐磨合金材料 ,并研究了其组织与性能。结果表明铸渗合金层由表向内 ,碳化物类型由M7C3型向M3C型转变 ,硬度逐渐降低 ,碳化物含量逐渐减少 ;热处理后 ,碳化物含量和材料硬度增加 。

消失模铸渗法制备复合材料的研究

研究了消失模铸渗法中合金颗粒粒度、粘结剂含量、复合熔剂含量和浇注温度等因素对铸渗工艺的影响 ,给出了合适的铸渗涂层涂料配比。制备了铸铁HT2 0 0表面渗铬复合材料 ,分析了铸渗层的组织和性能。结果表明合金化涂料配比较优方案为Cr Fe粉末粒度为 0 .12 7～ 0 .181mm ,水溶性酚醛树脂含量为 2 % (质量分数 ) ,复合熔剂为 7.5 % (质量分数 )以及适量水和微量添加剂。浇注温度的适宜范围为 14 0 0～ 15 0 0℃。影响消失模铸渗工艺的各因素主次顺序依次为浇注温度 ,合金粉末粒度 ,粘结剂含量和复合熔剂含量。铸渗层由外向里可分为3个区 ,碳化物类型由M7C3 向M3 C转变 ,且硬度逐渐降低。表面合金化层的耐磨性为正火 45 #钢的 2 .8倍。

探索提高光电极太阳能转换效率的新方法

光电化学电池制氢是解决能源短缺的可能途径之一,然而太阳能转换效率低限制了其大规模实用化。提出了通过提高量子转换效率(IPCE)和减小带隙等手段来提高太阳能转换效率。利用异质结中的内建电场,有利于电子空穴分离,从而提高量子转换效率。以WO3/Fe2O3异质结光电极为例,在400～530nm波长范围内,其量子转换效率高于单一的WO3和Fe2O3电极的总和。窄带隙半导体材料能够吸收更多的可见光,从而提高太阳能转换效率。窄带隙材料可以通过固溶体方法对宽带隙半导体的价带进行调控来获得。以(SrTiO3)1-x·(LaTiO2N)x(0≤x≤0.40)为例,随着x的增加,价带提高而带隙逐渐减小。当x=0.4时可见光响应超过600nm,IPCE的最大值4.6%出现在410nm左右。窄带隙材料也可以通过固溶体方法对宽带隙半导体的导带进行调控来获得。以InxGa1-xN(0≤x≤0.20)为例,固溶体的带隙随着x的增加而逐渐减小,固溶体带隙减小主要是由于导带降低引起的;当x=0.2时可见光响应超过480nm,在400～430nm波长范围内最高IPCE达到9%。

铟氮共掺杂氧化锌在可见光下的光催化活性(英文)

铟氮共掺杂氧化锌采用两步法合成,首先采用共沉淀方法制备铟离子掺杂的氧化锌,然后采用氨气中退火的方法制备铟氮共掺杂氧化锌。研究表明共掺杂样品比只掺杂氮的样品具有更多的可见光吸收。采用可见光下对异丙醇的降解来评价样品的光催化活性。研究结果表明在氮离子和0.5%铟离子掺杂下具有最好的光催化活性。

纳米复合超硬薄膜中与界面有关的弛豫现象

利用内耗技术研究了TiSiN系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理。当共振频率大约在100Hz时在230～280℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰。计算出激活能为0．7～1．0eV，弛豫时间指数前因子为10^-10～10^-12秒。对比一系列样品。发现硬度越高内耗峰越低，在硬度高于50GPa的薄膜中没有内耗峰。内耗峰随退火温度升高而不断降低，直至600～750℃退火时消失，并且杨氏模量开始增加，这跟样品退火后硬度增长是一致的。结果表明内耗峰来源于样品中界面的弛豫过程。

基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用

基于无机材料-微生物复合半人工光合系统是在自然光合作用和人工光合作用研究进展到一定阶段,为克服各自的缺陷,实现微生物与无机材料优势互补而发展出来的一种研究体系。该体系的主要优势是将微生物的催化选择性与无机材料的光响应性结合起来,旨在解决人工光合作用体系催化选择性差的问题。目前,可以通过光催化剂-微生物复合和电极-微生物复合来实现基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用。本文围绕基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用,依次从半人工水氧化、半人工光合还原和材料-微生物界面等方面做了系统的阐述,重点介绍基于电极-微生物复合的半人工光合体系研究进展,对基于无机材料-微生物复合的半人工光合作用的领域现状做了分析和总结,并且对该领域的前景进行了展望。

氧化铁薄膜的水热合成及其光电转换性能(英文)

通过水热方法在掺杂氟的SnO2(FTO)导电玻璃上制备了不同形貌的氧化铁薄膜。利用无机铁盐浸渍法在FTO玻璃上进行氧化铁晶种的预处理使得所制备的氧化铁薄膜更致密且均一。研究了表面活性剂对氧化铁晶体形貌的影响。使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和三嵌段聚合物P123做为形貌导向剂分别得到棒状和四方体形貌的氧化铁薄膜。氧化铁薄膜可调的形貌可能是由于表面活性剂和铁氧团簇的组装或者某些晶面吸附了阴离子而改变了生长速率引起的。同时,研究了其光电性能,具有四面体形貌的氧化铁薄膜可以产生较大的光电流,这是由于其缩短了光生空穴的扩散距离。

SrTiO_3/α-Fe_2O_3异质结光阳极光电转换性能

作为一类重要的光电极材料,α-Fe2O3在太阳能转化方面有着潜在的应用前景。但是,光生电子空穴对的再复合导致α-Fe2O3的光电量子产率很低。为了抑制光生电子空穴对的再复合,提高α-Fe2O3的光电量子产率,采用Spin-coating方法在透明导电玻璃FTO(SnO2∶F)衬底上制备了SrTiO3/α-Fe2O3异质结薄膜光电极,并对该光电极进行了XRD、SEM、紫外-可见透射光谱的表征。在三电极光电化学测试系统中对薄膜的光电流-电压特性、入射光子电流转化效率(Incident photon to current efficiency,IPCE)对波长的依赖性进行了表征。在相同的Xe灯照射条件下,SrTiO3/α-Fe2O3异质结光电极的光电流及IPCE值大于单一的SrTiO3、α-Fe2O3各自的光电流及IPCE值,这与理论预测的结论一致。

(SrTiO_3)_(1-x)(SrTaO_2N)_x固溶体的制备及光催化性能研究(英文)

通过高温固相反应合成了N掺杂的SrTiO3和(SrTiO3)1-x(SrTaO2N)x固溶体,对其进行了X射线衍射,紫外可见吸收光谱,X射线光电子能谱分析和比表面积的表征。随x由0增大至0.4,固溶体带隙变窄,由3.2eV降至2.3eV,吸收光谱由紫外光区扩展到可见光区。在甲醇溶液(50mLCH3OH+220mLH2O)中进行了光催化分解水产生氢气的反应,在硝酸银溶液(270mL,0.01mol·L-1)中进行了光催化分解水产生氧气的反应,在可见光(λ>420nm)照射下,实现了可见光响应的光催化分解水。

LiNbO3不同晶面的光催化产氢性能

研究了LiNbO3(001)、(100)和(110)晶面的光催化产氢性能。(001)、(100)和(110)3个晶面光催化产氢性能之比为7.8∶1.3∶1.0。LiNbO3[001]晶向存在电偶极矩和自发极化,有利于增加光生电子和空穴的分离效率,减少光生电子和空穴的复合,提高LiNbO3(001)面的光催化活性。LiNbO3(001)面的空穴有效质量最小,有利于光生空穴的迁移,从而减少光生电子和空穴的复合,也有利于光催化性能的提高。

可见光响应型(Na_(1-x)La_x)(Ta_(1-x)Fe_x)O_3固溶体的合成及其光催化性能研究

为开发可见光响应的新型光催化材料,本文采用固相烧结方法制备了(Na1-xLax)(Ta1-xFex)O3固溶体系列光催化材料.通过X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(UV-vis)及比表面积等方法对该系列固溶体的晶体结构和光吸收等方面进行了研究.结果表明随着x的增加,固溶体系列样品的晶体结构由单斜相转变为立方相,同时带隙也有明显变化,并受NaTaO3和LaFeO3两种组成成分变化的影响.随着LaFeO3组分的增加,其光吸收从紫外光逐渐拓展到可见光.光催化实验结果表明所合成的固溶体系列光催化材料在可见光照射下可分解水产生氢气,并且在x=0.8时(即(Na0.2La0.8)(Ta0.2Fe0.8)O3固溶体)出氢量达到了最大值.通过第一性原理计算分析表明,由于LaFeO3中Fe 3d轨道的引入不仅使固溶体导带底降低了,同时还抬升了价带顶,从而使固溶体的带隙减小.

光电催化分解水稳定性达100 h的亚稳相β-Fe_(2)O_(3)光阳极

利用半导体光电催化分解水制氢是将太阳能转化为化学能的有效途径之一,具有重要的科学意义和巨大的应用前景.铁基半导体具有光谱响应范围广、绿色环保和价格低廉等优点,是具应用前景的光阳极材料之一.在铁基半导体中,α-Fe_(2)O_(3)光阳极的光电催化性能已经被广泛报道,亚稳相氧化铁的光电催化性能尚未有深入研究.本课题组曾经报道用于光电催化分解水的亚稳相β-Fe_(2)O_(3)颗粒组装膜光阳极[Natl.Sci.Rev.,2020,7,1059-1067].β-Fe_(2)O_(3)光阳极的太阳能-氢能理论转化效率为20.9%,优于α-Fe_(2)O_(3)光阳极.β-Fe_(2)O_(3)的热稳定性和在长时间光电催化反应过程中的光化学稳定性是决定其应用前景的核心问题.本文报道了一种喷雾热裂解制备β-Fe_(2)O_(3)薄膜的方法.该方法提高了β-Fe_(2)O_(3)的热稳定性,从而提高了β-Fe_(2)O_(3)在长时间光电化学反应中的光电化学稳定性.与电泳沉积方法制备的β-Fe_(2)O_(3)颗粒组装膜相比,利用喷雾热裂解法制备的亚稳相β-Fe_(2)O_(3)薄膜的热稳定性得到显著增加.物相表征结果表明,经过相同的煅烧处理或者激光辐照后,电泳沉积方法制备的β-Fe_(2)O_(3)颗粒组装膜发生了明显相变;而由喷雾热裂解制备的β-Fe_(2)O_(3)平板膜依旧保持稳定,没有发生相变.β-Fe_(2)O_(3)薄膜与衬底之间存在较高的应力,与颗粒组装膜相比,平板膜在退火热处理与激光辐照下都表现出更好的稳定性.β-Fe_(2)O_(3)薄膜与衬底之间的应力增加了亚稳相β-Fe_(2)O_(3)的相变势垒,提高了β-Fe_(2)O_(3)的相变温度.通过引入Ti4+掺杂提高载流子浓度,改善载流子传输,使得β-Fe_(2)O_(3)光阳极的光电催化性能提升了3倍.结果表明,β-Fe_(2)O_(3)光阳极薄膜具有良好的光化学稳定性,其光电催化分解水性能在模拟太阳光条件下工作110 h后未出现明显的衰减.本文提出了一种增加亚稳相β-Fe_(2)O_(3)热稳定性的方法,β-Fe_(2)O_(3)光阳极具有较好的光化学稳定性,在光电催化方面具有较好的应用前景.

超薄三维径向结叠层高开启电位(1.15V)光阴极用于太阳能制氢

a-Si:H薄膜中存在的无序结构和缺陷会大幅减小载流子扩散长度.因此,传统的二维平面叠层光伏器件需要在有效的载流子收集(较短的载流子分离距离)和足够的光吸收(较厚的光吸收层厚度)之间平衡.三维a-Si:H径向结薄膜光伏器件可以很好地解决传统平面结中这一难题,它是直接在气-液-固法生长的竖直站立的硅纳米线框架上构建.三维硅米线框架具有很强的光捕获能力,允许使用十分薄的光吸收层(<100 nm),有助于解除光学吸收长度与电学载流子收集路径之间的耦合.薄的吸收层有助于改善光致衰减,提升对材料质量的容忍程度,降低对高品质、成本贵的材料的需求.本文提出了将先进的叠层设计与独特的三维硅纳米线框架相结合的新策略,设计了具有高开启电位的光电阴极,以推动太阳能制氢的应用进程.提出了径向结叠层薄膜光电阴极,其直接在气-液-固法生长的硅纳米线上构筑,由两个径向堆叠的p-i-n结组成.外层p-i-n结的吸收层为非晶硅,用于吸收短波长的光;内层p-i-n结的吸收层则为非晶硅锗合金,用于吸收长波长的光.随机分布的硅纳米线框架具有优异的陷光效应,可允许使用非常薄的非晶硅(~50 nm)和非晶硅锗(~40 nm)吸收层.在100 mW/cm^(2)的太阳光照射下,该径向结叠层光阴极在覆盖2.5 nm厚的Pt催化剂后,在0.1 mol/L磷酸钾水溶液(KPi,pH=7)电解液中具有1.15 V vs.RHE的高开启电位,零偏压下的光电流为2.98 mA/cm^(2),外加偏压下的光电转换效率为1.72%.综上,本文展现了三维径向结叠层技术的独特潜力,有利于发展下一代高开启电位、高效、低成本、耐用、可大规模制备的光阴极.

p-n结在复合光阴极中的应用

作为光电化学系统的重要组成部分之一,光电极应该具有较好的光电流响应,以及在水溶液中稳定的特性。分别以醋酸镍、钛酸四丁酯作为NiO、TiO2溶胶的前驱体,利用溶胶-凝胶法制备了单质p型NiO及p-n结型复合光阴极NiO-TiO2。复合光阴极的SEM截面形貌显示NiO层和TiO2层的厚度分别为200,130nm。光电化学表征结果表明,NiO-TiO2复合光阴极的阴极光电流优于单质NiO电极的阴极光电流,并且其平带电势与单质NiO电极相比发生正向移动,这些现象都是由p-n结的内建电场引起的。

探索优化光电极中载流子传输的策略

将太阳能转化成氢能来发展氢能源经济是人类社会可持续发展的必由之路。光电化学分解水制氢是太阳能-氢能转换中具有重要应用前景的技术。经过近50年的发展,光电化学分解水制氢技术遇到了瓶颈,主要是缺乏高效稳定的光电极。近年来,通过沉积TiO x保护层的策略,部分光电极的稳定性得到了显著提升,因此,提高光电极的太阳能-氢能转换效率成为一项愈加重要的任务。其中,改善光电极载流子传输能够有效地提高太阳能-氢能转换效率。着重讨论了几种改善光电极中载流子传输的策略:制备有利于载流子扩散和迁移的纳米结构;通过掺杂提高材料的导电性;通过制备工艺的优化减少阻碍载流子传输的缺陷;构建半导体结;使用与材料多子输运匹配的导电衬底或引入少子阻隔层等。

固定资产投资项目后评价

投资项目后评价作为加强对项目的监督管理、提高投资决策水平、降低投资风险、增加投资收益的一种科学管理办法,日益得到国内各行业的重视。文章在论述投资项目后评价的含义及其特点的基础上,对投资项目后评价的方法和主要内容进行了深入探讨。同时,对开展投资项目后评价工作需注意的问题及对策建议作出了阐述。

电化学处理构建表面电荷传输通道用于高效光电催化分解水

理解和调控材料表面性质是研究非均相反应的重点.对于电化学和光电化学驱动的表面催化反应,构建表面活性位点并理解其相关的反应机理是众多研究人员关注的重点.除表面活性位点外,表面电荷传输通道的存在对于(光)电化学催化反应也同样重要,因为其决定了传输到(光)电极表面有效电荷的数量.然而,目前关于如何构建表面电荷传输通道的研究较少.本文以经典的钼掺杂钒酸铋光阳极为例,通过简单的电化学还原处理在其表面原位构建了电荷传输通道,进而实现了水氧化光电流密度约8.5倍的提升.通过对比电化学处理前后钼掺杂钒酸铋及氧化钼电极的X射线衍射图谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱发现,电化学处理诱导了电极表面的羟基化反应并且产生了Mo^(5+)组分.这表明电化学处理诱导的氢钼青铜相(H_(y)MoO_(x))可能在钼掺杂钒酸铋光阳极表面形成了高效的电荷传输通道.包括电荷分离和注入效率、开路电压、阻抗谱以及稳态和瞬态荧光光谱等(光)电化学测试结果表明,这些表面电荷传输通道的存在大幅度提高了钼掺杂钒酸铋光阳极的体相电荷分离和传输效率.进一步通过构建电化学处理前后钼掺杂钒酸铋和氧化钼电极的能带结构,本文提出了电化学激活钼掺杂钒酸铋光阳极的内在机理,即:钼掺杂钒酸铋电极表面存在氧化钼偏析相,并严重阻碍了空穴的有效传输,电化学处理实现了氧化钼空穴阻挡层向H_(y)MoO_(x)空穴传导层的转变,其中H_(y)MoO_(x)的缺陷能级构成了光阳极和电解液之间的有效电荷传输通道.针对该体系,本课题组曾报道(J.Phys.Chem.C,2012,116,5076–5081)电化学处理消除了充当表面光生载流子复合中心的氧化钼偏析相,本文则进一步丰富并完善了之前的理解.此外,电化学处理构建的H_(y)MoO_(x)基表面电荷传输通道对于富氧环境敏感,在富氧环境中会发生氧化及去质子化反应,进而逐渐转变成阻碍空穴有效传输的氧化钼层,使得电化学激活的钼掺杂钒酸铋光电极失去活性.综上,本文明确指出构建表面电荷传输通道对实现高效(光)电化学催化反应是不可或缺的,而进一步理解和优化表面电荷传输通道也将为储能、传感、催化等其它领域的发展提供新机遇.