化学水浴沉积制备高质量Zn(O,S)薄膜及其性能研究

为获得铜铟镓硒薄膜太阳电池中高质量Zn(O,S)无镉缓冲层薄膜,该研究阐述了柠檬酸三钠作为络合剂制备Zn(O,S)薄膜的成膜机理,系统性研究了该体系下各反应参数对薄膜化学水浴沉积的影响。研究表明,柠檬酸三钠的浓度值显著影响反应类型,异质反应更有利于生成高质量薄膜。同时,柠檬酸三钠与金属离子浓度的比值直接影响成膜质量和成膜速率,适合的pH溶液环境有助于提高Zn(O,S)薄膜沉积的质量。此外,通过工艺参数的优化,获得了电学性能接近传统CdS/CIGS太阳电池的Zn(O,S)/CIGS电池器件。

X射线光电子能谱法分析爆炸残留物

提出了用X射线光电子能谱法(XPS)对某爆炸案件的爆炸残留物进行定性、定量分析,同时以X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电镜能谱仪(SEM/EDX)为辅助测试手段,判断为氯酸盐类炸药,所用炸药为烟火剂。结果表明:XPS可以无损、快速地检测出无机爆炸残留物的元素成分及含量,并确定主要爆炸成分的化学式,进而确定罪犯所用炸药的种类,为侦破案件提供线索。

强碱处理Ti片制备TiO_2薄膜的研究

通过在较低碱浓度（O．5～4m01．L-1NaOH或KOH）、较短时间（O．5～7h）及较低温度（20～80℃）条件下处理钛片，用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）考察了反应温度、碱浓度及时间对所形成薄膜形貌及组成的影响。结果发现，在上述实验条件下，生成薄膜的主要成分是TiO2；随着温度、碱浓度及时间的增加，钛酸盐的含量略有增加；同时在温度较低时，还有少量低价钛氧化物存在。研究结果还表明，低浓度的碱液、低反应温度和短的反应时间有利于形成线状网状结构的薄膜，高浓度的碱液、高反应温度和较长的反应时间有利于形成带状多孔网状结构的薄膜，甚至形成花簇状结构。对TiO2薄膜的形成机制进行了探讨，并从动力学角度解释了生成薄膜的成分是Ti02而非钛酸盐的原因。

强碱-阳极氧化法处理Ti片制备TiO_2薄膜的研究

本文利用强碱-阳极氧化法对钛片进行改性,制备TiO2薄膜;用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)考察了不同电解液浓度下氧化电压对TiO2氧化膜形貌及组成的影响。结果发现,在本实验条件下,该法制得的氧化膜是由三种钛氧化物组成的,主要成分是TiO2,此外还有低价钛氧化物Ti2O3及TiO;氧化电压的不同会对薄膜形貌产生重要的影响,当氧化电压较高时,氧化膜的厚度比较厚且致密;钛表面生成氧化膜大致过程可概括为:Ti→TiO→Ti2O3→TiO2,其中TiO转为为TiO2的几率依靠电势的大小及氧化时间的长短。

一步固相反应制备铝改性活性炭对矿井水中氟化物的超快去除

矿井水中(F^(−))超标已成为制约我国西部矿区煤炭绿色开发的主要挑战之一。针对该问题,开发了机械化学法一步固相反应制备Al改性活性炭(AC-Al)的方法,解决了常规水热法改性活性炭产生废液废渣、制备周期长的问题,并实现了矿井水中F^(−)的快速、高效去除。研究了Al添加量、pH、共存阴离子和有机物、吸附剂投加量及反应时间等对除氟性能的影响。AC-Al除氟性能与Al添加量成正比,添加量为0.32 g,吸附反应30 s时,水中F^(−)去除率达到80%以上。pH在3~10范围内,F^(−)去除率均大于80%,具有良好的水质适应性。吸附过程更符合Langmuir模型,即为单层吸附,理论饱和吸附量为1.47 mg/g。吸附过程符合准一级动力学模型。硫酸根离子、氯离子和碳酸氢根离子(1000 mg/L时)、腐殖酸对F^(−)去除没有影响,氯离子和碳酸氢根离子质量浓度为3000 mg/L时,除氟率分别降低约21%和11%。AC-Al投加量为10 g/L时,矿井水中F^(−)去除率达84.9%(30 s内),质量浓度从4.85 mg/L降低至0.73 mg/L,满足《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中F^(−)浓度限值(I、II、III类),矿井水中F^(−)吸附过程同样符合准一级动力学模型。元素面分布表明,Al均匀地负载于活性炭表面;F^(−)均匀吸附在AC-Al上,与Al分布特征相似,证明Al是F^(−)吸附潜在活性位点。X射线光电子能谱结果表明,F^(−)吸附前后,AC-Al表面的Al元素结合能从74.20 eV升高至74.28、77.80 eV等2种状态,说明Al与F结合形成了Al-FOH、Al-F化学键,是快速稳定除氟的直接原因。同时,AC-Al吸附剂上的Al溶出量很低(0.34μg/g)。机械化学法制备的Al改性活性炭除氟效果良好,可为除氟吸附剂制备提供新的普适性技术路径,同时为解决矿井水除氟问题提供技术支撑。

宁夏地区炉底渣材料特性及应用建议

炉底渣的产量约占粉煤灰总产量的20%,年产量过亿吨,但是其综合利用率远低于粉煤灰,综合利用并没有受到重视,缺乏材料特性及差异性研究,未能充分发挥其材料性能。本工作从炉底渣颗粒大小形貌、化学成分及矿物相组成三方面对宁夏地区11家煤粉炉电厂和1家循环流化床电厂的炉底渣进行材料特性研究。结果表明,炉底渣细度模数范围为0.9~2.6,其中11家样品的砂粒含量都大于50%,属于砂土;煤粉炉和循环流化床炉底渣颗粒形貌均为不规则形貌,都含有少量未燃尽的多孔碳颗粒,但二者的形貌具有显著差异;11家煤粉炉炉底渣的二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁总质量分数(%)均大于等于70%,循环流化床炉底渣具有低铁高硫高钙的特点。矿物相方面10家炉底渣以石英为主,2家电厂的炉底渣以莫来石为主。炉底渣的材料特性对应其应用的颗粒效应、化学成分效应和矿物相效应,建议根据其颗粒效作为砂土应用于土壤修复和土壤改良,根据其化学效应替代天然砂作为骨料,根据其矿物相效应,应用于莫来石陶瓷,或应用于建材、道路等作为辅助胶凝材料。

反应溅射沉积Zn(O,S)薄膜的全成分调控和光学性能修饰

在传统的CIGS薄膜太阳能电池中,CdS薄膜通常起到缓冲层的作用,但Cd有毒且不环保。无镉缓冲层的研究对于提高CIGS电池的环保性具有重要的现实意义。本工作采用射频反应磁控溅射制备Zn(O,S)薄膜,并研究了薄膜的成分、表面形貌、光学带隙与溅射气氛中氧含量之间的关系。将Ar/O_(2)流量从0.5 sccm增加到8 sccm时,薄膜中的S含量从82%降低到13%。随着溅射气氛中O含量的增加,Zn(O,S)薄膜的O1s结合能从O-Ⅲ(~532 eV)逐渐向O-Ⅰ(~530 eV)移动,薄膜中的S含量逐渐降低的同时出现了S^(6+)和S^(4+)。表面形貌表征表明Zn(O,S)可以在CIGS吸收层表面形成致密覆盖。光学带隙具有弯曲特性且在3.07~3.52 eV可调,在S/(O+S)比为56%时获得了3.07 eV的最小光学带隙值。以溅射法Zn(O,S)作为缓冲层制备的CIGS太阳能电池的转换效率为10.19%,且对光浴处理不敏感。溅射制备的Zn(O,S)薄膜促进了CIGS太阳能电池的工业化应用。

脱硝催化剂中金属Cu的价态变化及其影响因素的XPS研究

考察了X射线光电子能谱(XPS)测试过程中金属Cu改性钒基脱硝催化剂在X射线照射下Cu元素的价态变化及影响因素。结果表明,催化剂中Cu元素以Cu O(Cu2+)和Cu2O(Cu+)两种形式存在,X射线照射会引起Cu O的还原;且初始测得的Cu2O主要为样品焙烧后本征存在的物质。样品中Cu元素还原(Cu O转化为Cu2O)受X射线照射时间与功率、Cu负载量以及样品制备方法等因素的影响:随着照射时间的增加或X射线功率的提高,Cu O还原率均逐渐升高;随着Cu负载量的升高,Cu O还原率整体呈下降趋势,但当负载量达3%后,Cu O的绝对变化量与Cu负载量几乎无关(维持在~1.2%);制备方法中活性组分V元素的存在提高了Cu O的还原活性,而草酸的添加降低了其还原活性。该研究为Cu改性钒基脱硝催化剂的表征分析提供了重要参考,也为其它类似敏感样品的XPS分析提出了测试条件及方法上的建议。

X射线光电子能谱法和深度剖析法检测CdS薄膜的成分

用X射线光电子能谱法(XPS)对化学水浴沉积法制得的硫化镉薄膜的成分进行表征和深度剖析。用能量为2×103eV的Ar+刻蚀3 800s,90层。对Cd3d、S2p和O1s的90个谱峰的高分辨图谱的分析和对谱峰的曲线拟合,得出以下结论:1除最外层和玻璃基底层以外的其他层中氧元素的质量分数都在6%左右,即CdS占94%左右;2欲获得均匀的CdS薄膜,需一次制备成型;3在形成CdS薄膜的诱发期主要是Cd2+和S2-的结合形成CdS,此时并无CdO和Cd(OH)2的形成;4由于玻璃衬底的亲水性以及氨水的分解产生的OH-形成了生成Cd(OH)2的条件,而CdO的存在主要是因为Cd(OH)2在蒸发时分解产生的;5根据半定量测定,相对于94%的CdS而言,Cd(OH)2的含量为2.7%,CdO的含量为2.2%,吸附氧的含量为1.1%。

铝添加量对Cu/ZnO/Al_2O_3甲醇合成催化剂性能的影响

采用分步沉淀法制备出一系列不同铝含量的催化剂样品,通过X射线衍射(XRD)、热重-质谱(TG-MS)、荧光光谱仪(XRF)、N_2物理吸附、氢气程序升温还原(H_2-TPR)对样品进行表征,考察了不同铝添加量对铜基甲醇催化剂性能的影响。结果表明,铝元素的添加对前驱物中碱式碳酸盐组分产生作用,促进了焙烧后样品中高温碳酸盐的形成,进而影响到催化剂的性能。随着铝元素的添加,焙烧后催化剂的比表面积、催化剂活性和热稳定性均有增加。当Al^(3+)/(Cu^(2+)+Zn^(2+)+Al^(3+))物质的量比增加至30%时,催化剂在230℃、4 MPa和合成气(13%CO、1.2%CO_2、80%H_2、5.8%Ar)的评价条件下,热处理前后的CO转化率分别为76%和67%,仍保持着较高的活性和热稳定性。

负载铯催化剂上苯酚与甲醇醚化制苯甲醚

研究了不同酸碱中心、载体、前躯体和负载量对负载铯催化剂上苯酚与甲醇醚化制苯甲醚反应行为的影响。结果表明,碱性中心比酸性中心具有更高的苯甲醚选择性,碱性中心的阳离子影响催化剂的苯甲醚选择性。载体影响铯离子的电子结合能,从而影响催化剂的醚化活性;铯离子的电子结合能越低,催化剂醚化活性越低;载体影响催化剂强碱性位数量,从而影响苯甲醚选择性;强碱性位数量越多,副反应越容易发生,苯甲醚选择性越低。不同前躯体制备的Cs/Si O2由于表面相对铯原子数量不同而活性不同;Cs/Si O2的单层负载量为1.0 mmol/g,超过单层负载量后催化剂的平均活性显著下降。

全钒液流电池碳纤维纸电极的表面改性

采用浸渍和碳化的方法将液流电池碳纤维纸电极与多壁碳纳米管(MWCNT)复合,制备了复合电极材料。通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、单电池测试、扫描电子显微技术(SEM)、电子能谱分析技术(XPS)、比表面积分析技术(BET)等手段对复合电极进行了测试和电化学性能表征分析。结果表明,同未改性电极相比复合电极中碳纤维和MWCNT之间的结合力强,电极亲水性从疏水变成亲水;电阻率从12.5Ω·cm^2下降到0.74Ω·cm^2;比表面积从2 m^2/g增加到99 m^2/g。改性后的复合电极电化学反应活性高、循环性能好、电子迁移速度快,多壁碳纳米管在电极表面形成了纳米网络结构增大了电解液中活性物质与电极的反应面积,同时也降低了电池的内阻,增加了传质速度。对组装的单电池在电流密度为100~400 mA/cm^2进行充放电测试,发现能量效率在200 mA/cm^2的充放电电流下保持在80%以上,功率密度可以达603.32 mW/cm^2。本研究有助于推动多壁碳纳米管改性电极的大规模商业化应用,为进一步降低生产升本提供实验数据支持。

神华煤直接液化残渣中无机物成分分析

不同于煤直接液化残渣中灰分分析方法,本实验以神华煤直接液化残渣为研究对象,采用溶剂萃取煤直接液化残渣的方法,萃取掉大部分有机质,保留煤直接液化残渣中无机质的原始状态,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)等分析仪器对残渣中的无机质成分进行分析。综合分析结果表明神华煤直接液化残渣中的无机物主要成分为Fe_(1-x)S(0<x≤0.125)、SiO_(2)、CaCO_(3)、CaSO_(4)、硅铝酸盐;并对比分析了残渣空气高温焙烧成灰分后,灰分的主要成分为Fe_(2)O_(3)、SiO_(2)、CaSO_(4)、硅铝酸盐。

煤间接液化精制减三线油制备高端白油反应性能的研究

以煤间接液化精制减三线油为原料,在100 mL固定床反应器中考察了反应温度、氢分压、氢油比和空速等对制备高端白油产品性能的影响。结果表明,温度升高时,催化剂活性升高,白油收率下降,白油产品的倾点和浊点下降;氢分压增大时,催化剂活性稍微降低,选择性增加,产品倾点升高,压力的增大抑制了裂化反应,降低了催化剂的失活速率;随氢油比的增加,转化率稍有下降,异构体选择性稳中有升,从经济上来说,高氢油比造成生产能力降低和氢气回收成本增加;随空速增加,催化剂活性下降,选择性上升,处理能力也增大,但停留时间减小,烷烃分子与催化剂接触时间缩短,反应深度不足,引起产品倾点升高。选择合适的工艺条件,可有效改善高端白油反应性能,提高高端白油产品的质量和加工的经济性。

利用XPS氩离子刻蚀表征锂离子电池Si/C负极材料中含硅的活性物质

以石墨、沥青和纳米硅粉为原料制备了锂离子电池Si/C负极材料,使用SEM/BSE、Raman、XRD、XPS及XPS氩离子刻蚀等方法对其硅活性物质进行了分析。结果表明,XRD和Raman仅判断出负极材料中含有活性物质单质Si;常规XPS结果发现近一半的Si已被氧化为惰性物质SiO_(2);而使用XPS氩离子刻蚀方法发现负极材料中Si存在5种化学态,包括活性物质单质Si、Si_(2)O、SiO、Si_(2)O_(3)及惰性物质SiO_(2);定量结果表明,复合材料的硅活性物质高于96.56%,且主要结构是低价态硅氧化物,而非单质Si。XPS氩离子刻蚀的分析方法为锂离子电池负极材料中硅活性物质的研究提供了新思路。

X射线荧光光谱法快速测定费托蜡中铁

通过对费托蜡(合成蜡、渣蜡)创新制样与装样、测试条件优化,利用仪器自带的基本参数法无标样半定量分析软件,建立了X射线荧光光谱(XRF)测定费托蜡中Fe的方法。测定的相对标准偏差<1%、典型分析时间10 min/样,无需标样。与ICP-AES测定结果相比较,相对误差低于10%,同时降低了蜡样测试对仪器真空度或分光晶体产生的不良影响。