添加剂对TiO_2/水分散体流变性的影响

研究了ＴｉＯ２ 生产中有关助剂对其流变性能的影响， 得到了ＴｉＯ２／水分散体的流变性能与三乙醇胺用量之间的关系， 并找到了最佳用量． 实验发现， 六偏磷酸钠为分散剂时， 其使用效果有时间依赖性； 碳酸铵作絮凝剂时则对分散体的流变性能和形成的絮凝体有影响．

锐钛型二氧化钛/水悬浮体的流变性研究

本文用流变学的方法在Brabender流变仪上研究了不同因素对二氧化钛悬浮体流变性的影响．在同一体积分率下，与粒度分布宽的颗粒形成的悬浮体相比，粒度分布窄的颗粒形成的悬浮体其屈服应力和稳态剪切粘度较大；在二氧化钛体积分率很小时，悬浮体呈牛顿性；当体积分率大于一定值时，悬浮体具有零剪切粘度和剪切稀化特征；当其大于一临界值时，存在屈服应力并有强烈的剪切稀化行为．悬浮体粘度服从广义Quemada流变方程．在温度＜40℃时，温度升高使粘度和屈服应力降低；在温度＞40℃时，温度升高，屈服应力升高，而粘度在不同的剪切速率范围内有复杂的行为，这可用分散介质中颗粒的碰撞理论来解释．

剪切稀化悬浮体触变性的研究

假设在剪切状态下结构参数变化的速率服从一级动力学关系，在此基础上导出适用于剪切稀化悬浮体的数学模型。该模型能够定量表征悬浮体非定态的流变性能（如触变性），并可求得悬浮体系的材料函数，进而可以推知定态的流变性能（如剪切粘度）。用二氧化钛水浆及泥石流触变环的实验数据拟合触变环．求取模型参数，模型预示的定态剪切粘度与实验值吻合良好。

降低二氧化钛粗粒子数目的研究

用常规干燥、真空干燥及超临界干燥等方法研究了二氧化钛粗粒子的形成机理。结果表明 ,二氧化钛表面羟基间的脱水反应是形成二氧化钛粗粒子的原因 ,只有通过表面处理把羟基屏蔽起来或用超临界的方法防止干燥时的毛细孔塌陷才能有效地避免二氧化钛粗粒子的生成。对于已生成的二氧化钛粗粒子 ,用不同的加工设备研究了消除二氧化钛粗粒子的方法 ,结果表明砂磨的方法最佳。

六甲基二硅胺烷对气相法白炭黑的表面改性

在流化床反应器中 ,利用六甲基二硅胺烷 ( HMDS)对气相法制备的纳米二氧化硅进行了表面包覆 ,研究了包覆温度、包覆时间、HMDS分压等对纳米二氧化硅表面羟基、含碳量、p H值的影响 ,分析了表面包覆后气相法白炭黑的形态与结构。结果表明气相法白炭黑表面包覆 HMDS后 ,团聚状态得到明显改善 ;随着处理时间的延长 ,温度的升高以及 HMDS分压的升高 ,经表面处理后的白炭黑的 p H值和含碳量增加 ,表面羟基数明显减少。反应时间小于 1 5 min时 ,包覆速率较快 ,然后趋于平缓 ;反应温度小于 2 5 0°C时 ,温度对包覆效果影响较大 ,温度大于 40 0°C则影响较小 ;HMDS分压较低时 ,分压对包覆效果影响较大 ,当分压超过 7.9k Pa。

新能源材料与器件专业实验教学探讨

结合国家能源战略需求下新能源材料与器件专业的建设背景和专业的特点,提出了以光伏器件、新型储能材料与器件为主的阶梯式实验教学体系建设思路。阶梯式系列实验对设备要求简单,具有易实施特点,综合科学性、可行性和可操作性,逐步提高学生的专业实践能力和动手能力,加强学生的竞争力。以晶硅太阳电池绒面制备实验为例,对专业实验内容及教学计划安排等方面进行了深入探讨。

无定形氧化铁层在纳米多孔BiVO_4的光电化学分解水反应中的作用（英文）

通过'人工光合成'过程,将太阳能转化成氢能的形式加以存储和利用,是替代传统化石能源的清洁能源的制备有效途径.其中,光电化学分解水是氢能制备的最有潜力的路径之一.n型BiVO_4由于具有丰富的储量、较窄的带隙以及合适的能带位置,被称为光电化学领域的研究热点.然而,未修饰的BiVO_4光阳极性能并不理想,主要原因在于载流子复合严重、导电性差以及表面催化动力学低等性质的制约.科研工作者们针对这些方面已进行了非常多的研究,例如与电子传输层的复合、产氧电催化剂的担载以及异质结的构建等.其中表面动力学和电荷分离的同时提升是更理想的改善BiVO_4光阳极性能的方法.我们在上述研究基础上,采用光化学沉积法在纳米多孔BiVO_4电极表面担载无定形氧化铁层,将电极在1.23 V vs.RHE电位下的光电流提升至2.52 m A/cm2,是初始光电化学性能的3倍.采用间歇光照计时电流(i-t)测试,电化学交流阻抗谱(EIS),X射线光电子能谱(XPS),原位和非原位的X射线精细结构能谱(in-situ and ex-situ XAFS)等表征手段研究了无定形氧化铁层的成分和光电化学反应过程中的价态变化,从而分析出光电化学性能提升的原因.间歇光照i-t测试和EIS测试结果表明,无定形氧化铁沉积在BiVO_4使电荷累积减少,复合率降低.XPS测试结果发现无定形氧化铁层存在少量的二价铁成分.通过原位XAFS测试发现,BiVO_4/Fe Ox电极中Fe原子的价态在光照和施加外加偏压条件下会有价态的升高,而撤去光照和偏压后Fe原子的价态状态与最初非原位的测试结果重合.这样的结果证明了无定型氧化铁层在光电化学反应过程中由于二价铁成分的存在,能够很好的通过价态改变实现空穴的吸附和传输,即吸附空穴,被空穴氧化成三价或四价,同时结合自身电催化活性,促进表面分解水反应的进行.而水的氧化反应结束时,则伴随着二价铁离子的再生成.这种反应机理为开发更高效的电催化剂,匹配光电极使用,有着重大的指导意义.

钙铝掺杂镧锰钙钛矿高效催化剂用于两步法热化学分解水取得出色产氢表现（英文）

太阳能热化学分解水是一种高效生产清洁和可再生氢能源的方法.由于出色的催化活性和太阳能燃料生产能力,钙钛矿型的催化剂在热化学领域引起了强烈关注.我们采用改良的Pechini法合成了一系列钙铝掺杂的镧锰钙钛矿并系统考察了其在两步法热化学分解水中的产氢表现.为了优化热化学催化性能,我们进行了镧锰钙钛矿A,B位上钙和铝的掺杂量(从0.2到0.8)的详细考察.通过调整掺杂比例,得到了一种极其高效的钙钛矿催化剂La_(0.6)Ca_(0.4)Mn_(0.6)Al_(0.4)O_3.当两步法热化学分解水在1400和1000°C之间,La_(0.6)Ca_(0.4)Mn_(0.6)Al_(0.4)O_3取得了429μmol/g的出色产氢表现,比同等条件下基准催化剂氧化铈产氢结果高出8倍.与此同时,钙铝掺杂镧锰钙钛矿在两步法热化学循环测试中展现出极其稳定的催化活性.因此,这种新颖的钙铝掺杂镧锰钙钛矿具备巨大的潜质用于未来热化学太阳能燃料的实际生产.

TiO2/TiSi2复合材料的制备及其可见光光催化性能

分别以TiSi_2和HCl为钛源和形貌控制剂,采用一步水热法合成了海胆状TiO_2/TiSi_2纳米复合材料。TiO_2/TiSi_2是由TiSi_2基体与生长在TiSi_2表面的海胆状金红石型TiO_2组成,其中,金红石型TiO_2由大量尺寸均匀、表面光洁、沿[001]晶向生长的纳米棒组成。随着盐酸浓度的增加,TiO_2纳米棒会由棒状转变为锥状。性能测试发现,相比于纯相的金红石型TiO_2,TiO_2/TiSi_2复合材料在可见光区域具备较好的光吸收性能和较高的光催化降解甲基橙效率。

合成2,4-二叔丁基苯酚的分子筛催化剂制备和性能研究

2,4-二叔丁基苯酚是一种应用广泛的化工原料或中间体,可采用苯酚为原料,通过2,4烷化反应来合成。本文报道了一种La,Ce改性的分子筛催化剂及其在2,4烷化反应中的应用性能。通过考察反应工艺参数对其催化性能的影响规律,发现当反应温度为90℃~100℃时,苯酚转化率达99.5%以上,2,4-二叔丁基苯酚的选择性超过74%,优于以往文献报道。同时,通过系统分析催化剂在烷化反应前后的结构与性质,探究了催化剂的失活行为。研究表明,催化剂性能的衰退是由于副产物在催化剂孔道内的吸附造成的。通过在空气气氛中500℃下对反应后的催化剂进行焙烧,可使催化剂获得再生。

具有高比例活性面的太阳能材料研究取得重要成果

能源问题是目前全世界范围面临的最为突出的问题之一，而太阳能是人类取之不尽、用之不竭的清洁能源．如今太阳能材料的研制和应用已取得显著进步．理想的新型太阳能功能材料不但能够解决世界面临的能源短缺问题，而且还可以避免环境的污染．所以太阳能材料具有十分诱人的前景，并且可以预见在不久的将来，太阳能材料将在人类生活中扮演极为重要的角色．新型太阳能功能材料的研制和太阳能器件的产业化，将会使人类在能源利用和环境保护两方面达到和谐的境界．

锚定在W_(18)O_(49)纳米线上高度分散的Pt催化剂促进酸性溶液中高效稳定的析氢反应

铂(Pt)基材料是酸性电解质中析氢反应活性最高、稳定性最强的电催化剂;但是它的低丰度以及昂贵的价格限制了其在质子交换膜电解水(PEMWE)技术中的应用.因此,最小化Pt的使用量并且保持其高活性成为研究热点.在本文中我们利用低温抑制成核反应冷冻干燥合成法,促使Pt组分高度分散地锚定在富含缺陷的W_(18)O_(49)纳米线上(Pt-W_(18)O_(49)),进而实现了酸性电解质中高效稳定的析氢过程.第一性原理计算证明了Pt组分与W_(18)O_(49)载体之间的强电荷相互作用可以提升析氢性能.Pt-W_(18)O_(49)催化剂中Pt用量仅为商业化20 wt%Pt/C催化剂的1/10,该催化剂在0.5 mol L^(−1)H_(2)SO_(4)电解质中达到100和1000 mA cm^(−2)电流密度时的过电位分别为116和743 mV,超过了商业化的Pt/C催化剂.该催化剂可以在500 mA cm^(−2)的高电流密度条件下持续析氢超过38 h,没有明显的性能衰减.本工作为PEMWE技术的实际应用中降低Pt用量却保持高活性开创了新的研究思路.

灰色赤铁矿光阳极降低光电化学水氧化起始电位

赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))是一种带隙小、稳定、廉价的光阳极材料,在光电化学分解水制氢领域有重要应用.然而较高的光电流起始电位制约了其光化学能转换效率的进一步提升.传统降低α-Fe_(2)O_(3)水氧化起始电位的策略包括纳米结构构建、体相异质原子掺杂及表界面调控等.本工作基于自主搭建的化学气相沉积装置,通过高温合成并骤冷压缩体相晶格的策略成功制备出灰色α-Fe_(2)O_(3)光阳极,进而调控了Fe3+的3d轨道电子排布,实验及理论数据证明3d轨道电子结构与能级位置的构效关系,而具有低自旋结构的α-Fe_(2)O_(3)有利于降低光电化学水氧化起始电位.灰色α-Fe_(2)O_(3)的光电流起始电位为0.61 V,是目前报道过未经表面修饰赤铁矿基光阳极的最优数值.该工作为高效光电极设计提供了新的研究思路,有利于推进光电化学分解水制氢工业化进程.

溶胶态熏蒸处理制备取向规整的无机钙钛矿吸光层薄膜

全无机钙钛矿卤化物拥有优良的光、热稳定性,被认为是颇具潜力的新一代光伏材料.Cs Pb I_(x)Br_(3-x)作为一种卤素混合的钙钛矿成分在结构容忍性和光吸收带边两者之间取得了平衡,然而其通过溶液加工获得的吸光层薄膜结晶质量通常情况下不够理想,使得无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率受到限制.本论文提出了一种基于无机钙钛矿薄膜的结晶调控手段,即利用双氧供体的乙酸乙酯蒸汽熏蒸处理溶胶态无机钙钛矿前驱体薄膜.通过广角掠入射X射线散射谱原位表征,我们发现该熏蒸处理手段能够抑制溶胶态钙钛矿的熟化,从而降低钙钛矿的形核速度.高温退火后的钙钛矿薄膜获得了较高的结晶度和规整的晶体取向,并表现出良好的光电特性,基于此制备的宽带隙(1.9 eV)无机钙钛矿太阳能电池取得了16.6%的光电转换效率.

MIL-125(Ti)中引入高价态钨元素以促进光催化产氢性能

金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)材料具有高度可调控的多孔结构以及电子结构,在光催化领域非常有前景.本文利用MOFs的上述特性,将高价态的钨元素连接在MIL-125(Ti)中的Ti-oxo团簇上,得到了W-MIL-125.形成的W–O–Ti结构引发了从金属到团簇的电荷传输(Metal-to-cluster charge transfer, MCCT),且W-MIL-125具有更好的吸光性能.结构和谱学表征证明, MCCT过程能优化电荷的传输路径,有效地实现了载流子空间分离. W-MIL-125在光照条件下展现出更高的产氢性能,高达1110.7±63.7μmol g^(-1)h^(-1),是本体样品产氢速率的4.0倍.本工作为MOFs基材料的局域结构改性以提升光催化性能提供了新的思路.