TiO_(2)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)复合光阳极的制备及光电化学性能研究

合成了钛酸铋/二氧化钛(TiO_(2)/BTO)复合纳米棒阵列,并研究了其光电催化性能。通过水热法制备了TiO_(2)纳米棒阵列,采用凝胶-溶胶法在TiO_(2)纳米棒阵列表面复合Bi_(4)Ti_(3)O_(12)(BTO)薄膜获得TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列。结果表明,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列形貌均一、结晶良好。光电催化测试表明,由于BTO对可见光吸收的增加以及与TiO_(2)间形成的半导体异质结,TiO_(2)/BTO复合纳米棒阵列的光电化学性能均高于纯的TiO_(2)纳米棒阵列,最优TiO_(2)/BTO复合光阳极的光电流密度达0.6 mA·cm^(-2)。

氧八面体扭转及其对CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)介电性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势平面波方法,通过调整氧原子的位置使TiO_(6)八面体扭转,对比了氧八面体扭转前后CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)的成键状况、能带结构、原子态密度及光频介电函数等性能参数的变化,发现Ti-O-Ti键扭转方向的变化对各原子的电荷、键长和布居几乎没有影响,但扭转角度的改变发挥了关键性作用。随着Ti-O-Ti键夹角的增大,Cu的电荷量增加,Cu—O键键长增大,布居数减小,同时介电常数显著增大,表明Cu—O键刚性约束被打破后有助于CCTO光频介电常数的增加。研究揭示了TiO_(6)八面体的扭转对CCTO宏观介电性能的影响,为基于微结构调控优化CCTO的介电性能提供了新思路。

Ni_(2)O_(3)和ZrO_(2)共掺杂CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的介电性能研究

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)介电陶瓷因具有极高的介电常数(ε′)而受到了广泛的关注与研究,并在电容器材料领域展现出巨大潜力。然而,较高的介电损耗(tanδ)和较差的温度稳定性限制了其发展。为了降低CCTO陶瓷的tanδ并提高温度稳定性,通过溶胶-凝胶法制备了Ni_(2)O_(3)和ZrO_(2)共掺杂的CCTO陶瓷。研究发现:通过掺杂Ni_(2)O_(3)和ZrO_(2),样品在维持高ε′的同时,显著地提高了温度稳定性并降低了tanδ。特别是质量分数1%Ni_(2)O_(3)和1%ZrO_(2)共掺杂的样品,其ε′高达4710,在-125~200℃温度范围内变化小于±20%,符合X9S电容器的标准(在-55~200℃范围内,Δε′<±20%)。并且该样品在室温下的tanδ低至0.012,优于纯CCTO的0.025。这些优异的性能与较大的晶界活化能和较高的晶界电阻有着密不可分的关系。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)Z型异质结材料光催化降解氧氟沙星

利用溶剂热法合成了Z型异质结Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂。采用多种表征手段对其晶体结构、形貌和性能进行了表征,并以氧氟沙星(OFX)为降解对象考察了Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂的光催化活性。结果表明:Bi_(2)O_(3)负载在CaFe_(2)O_(4)表面,构建了Z型异质结构,这种结构能加速无效光生载流子的复合,促进有效光生载流子的分离,提升Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂的可见光催化活性;Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)复合催化剂对OFX的降解效果明显优于纯Bi_(2)O_(3)和CaFe_(2)O_(4)。在Bi_(2)O_(3)负载量为5%时,Bi_(2)O_(3)/CaFe_(2)O_(4)对OFX的降解效果最好,降解率可达78.7%,经过4次循环,依然可达到62.5%,说明其理化性能稳定,能够长期稳定循环使用。

B位Mn/W共掺杂对Bi_(4)Ti_(3)O_(12)铋层状压电陶瓷的电学性能影响

采用直接反应烧结法制备Mn/W共掺杂的Bi_(4)Ti_(3-x)(Mn_(1/3)W_(2/3))_(x)O_(12)(BITMW-100x,0.01<x<0.07)铋层状高温压电陶瓷,研究Mn/W掺杂含量对BITMW-100x陶瓷的结构和电学性能的影响。XRD图谱结果显示,所有样品均表现出单一相。随着Mn/W掺杂含量的增加,SEM图谱中观察到陶瓷晶粒的尺寸呈现先变大后变小的趋势。介温图谱中发现Mn/W的掺杂能有效抑制Bi_(4)Ti_(3)O_(12)陶瓷样品的介电损耗,同时居里温度也呈现小幅度下降。Mn/W在取代Ti离子后能减少Bi_(4)Ti_(3)O_(12)陶瓷的氧空位缺陷浓度,减少氧空位对电畴的钉扎效应,提升压电系数。当Mn/W掺杂含量x=0.05时,陶瓷样品具有最佳的综合性能:介电损耗(tanδ)为0.7%,居里温度为674℃,压电常数(d_(33))为18.1pC·N^(-1),同时压电常数具有良好的热稳定性。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

铈掺杂对α-Bi_(2)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂丙烯选择性氧化性能的影响

采用快速微波辅助水热法制备了4种不同的Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂。在制备过程中通过调节铈的掺杂量可以改变合成催化剂的形貌和结构,成功地提高了Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂的比表面积。结果表明,煅烧温度为500℃、pH为3、掺杂量x=0.05时制备的Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂具有最高的丙烯选择性氧化性能,丙烯转化率为42.1%,丙烯醛选择性为88.3%。Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)纳米片催化剂的性能与结晶度呈负相关。用XPS表征了Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)的氧迁移率,Bi_(2-x)Ce_(x)Mo_(3)O_(12)的催化性能与其氧流动性呈正相关。

快速冷却对Y^(3+)掺杂的CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷介电性能的影响

采用固相反应法制备了Ca Cu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)及Y^(3+)掺杂的Ca_(0.97)Y_(0.03)Cu_(3)Ti_(4)O_(12) (CYCTO)陶瓷,研究了陶瓷烧成过程中采用随炉冷却和在空气中快速冷却的工艺对陶瓷样品物相结构、微观形貌和介电性能的影响。结果表明,当采用随炉冷却工艺时,Y^(3+)掺杂的CYCTO陶瓷的介电常数(ε′)相对于未掺杂的CCTO陶瓷有所提高,同时介电损耗(tanδ)也得到同步降低。而当采用在空气中快速冷却的工艺时,CYCTO陶瓷的ε′和tanδ得到进一步优化。阻抗分析表明,在空气中快速冷却的CYCTO陶瓷的晶粒导电性和晶界的绝缘性得到同步提高,从而增强了CYCTO陶瓷的介电响应而提高了ε′;而晶界绝缘性地提高导致了tanδ的进一步降低。快速冷却的CYCTO陶瓷在1 k Hz时,其ε′高达4.06×10~4,tanδ降低到0.036,其介电性能比随炉冷却的CCTO陶瓷(ε′=1.68×10~4,tanδ=0.16)得到显著提升。

Cr^(3+)掺杂Ca_(4)HfGe_(3)O_(12)宽带近红外荧光粉的发光特性及应用

近红外荧光粉在生物活体成像领域展现出重要的应用前景。但活体成像用近红外荧光粉存在种类匮乏、耐温性差等瓶颈问题。采用固相法合成了宽带近红外Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):xCr^(3+)(0≤x≤0.09)荧光粉。X射线衍射和能谱分析的结果表明Cr^(3+)离子成功进入Ca_(4)HfGe_(3)O_(12)晶格。在469 nm蓝光激发下,Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):xCr^(3+)荧光粉发射出690~1200 nm的宽带近红外光,峰值波长为825 nm(4T2-4A2),半高宽达到141 nm,Cr^(3+)掺杂最佳浓度为0.03。依据激发光谱峰形和寿命衰减行为,证实Cr^(3+)仅占据基质中一种阳离子格位。Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):0.03Cr^(3+)荧光粉的荧光量子效率为33.63%,该荧光粉发射光谱在400 K下的积分面积为室温下的60.5%,表明该样品具有优良的热稳定性。采用自制近红外荧光粉转换器件照射人手掌和滤波片遮挡的水果,观察到清晰地静脉血管和遮挡水果的轮廓。

固相法制备Bi_(4)V_(2)O_(11)固体电解质在NH_(3)传感器中的应用

通过固相反应法制备了在中低温下具有高离子导电性的固体电解质Bi_(4)V_(2)O_(11),并以CuV_(2)O_(6)为敏感电极组装成混合电位型NH_(3)传感器。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了固体电解质的相组成和传感器的微观形貌。结果表明,在中低温(300℃~600℃)下Bi_(4)V_(2)O_(11)的电导率高于传统氧离子导体YSZ。传感器测试结果表明,基于Bi_(4)V_(2)O_(11)作固体电解质CuV_(2)O_(6)作敏感电极的传感器能在300℃~500℃的温度范围内对10 ppm~300 ppm的NH_(3)进行检测,而以YSZ作固体电解质的传感器在300℃~350℃性能下降明显;传感器在400℃下有着最高的灵敏度(-59.15 mV/decade),优于相同条件下以YSZ作固体电解质的传感器(-42.89 mV/decade)。传感器具有稳定的响应,传感器的响应值和NH_(3)浓度的对数值呈现良好的正比例关系。

ZnO掺杂对CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷介电性能的改善及其机理研究

现代科技的发展对于电子器件的小型化有着越来越高的要求,CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)是一种被认为具有开发潜力的介电材料,然而其介电损耗过高阻碍其投入应用,因此采用溶胶凝胶法制备了不同ZnO掺杂含量的CCTO陶瓷。使用了XRD、SEM、宽频介电谱仪和高阻计对所有样品的相组成、微观形貌和介电性能进行了表征,探讨了不同ZnO掺杂量对CCTO陶瓷介电性能的影响。结果表明,ZnO掺杂的CCTO陶瓷保持了单一的CCTO相结构和良好的晶粒分布,击穿特性有所增强。其中,ZnO掺杂浓度为摩尔分数6%的CCTO陶瓷,其相对介电常数为7471(1 kHz),tanδ最小值为0.018,并且在较宽的频率范围内(101~105 Hz)都具有较低的tanδ值(<0.05),击穿场强为2.95 kV/cm。分析表明,tanδ的改善主要是由于晶界电阻的增强和晶界弛豫极化损耗的降低所引起。ZnO掺杂的CCTO陶瓷具有良好的介电性能,对加快CCTO的广泛应用具有重要意义。

Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)光催化降解亚甲基蓝的反应动力学研究

采用Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)光催化剂,在可见光下处理亚甲基蓝溶液,考察了光催化剂投加量、废水pH值和光沉积时间等对降解效果的影响,进行光催化反应动力学拟合。结果表明,当光催化剂投加量为180 mg,pH值为10,光沉积时间为30 min时,用300 W氙灯光催化降解200 mL,10 mg/L亚甲基蓝溶液60 min时,其光催化脱色率达98.96%,Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)在可见光下催化降解亚甲基蓝溶液的一级反应动力学有较好的拟合度,其表面反应速率k达0.07411 min^(-1),半衰期t_(1/2)为9.35 min,证明Ag@AgCl/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)有较优的催化性能。

化学溶液分解法制备Bi_(4)Ti_(3)O_(12)纳米晶体材料

Bi4Ti3 O12 是一种典型的铁电材料 ,它具有优良的铁电、电光和压电等性能 ,广泛应用于电光器件、存储器及压电器件等方面 ,是制作铁电存储器的主要材料之一。化学溶液分解 (CSD)法是在溶胶凝胶 (Sol Gel)法和金属有机化合物分解 (MOD)法的基础上改进的一种方法 ,该方法不但继承了以上两种方法的优点 ,还弥补了它们的一些不足 ,工艺更简单、成本更低。本文以Bi(NO3 ) 3 ·5H2 O和Ti(OC4H9) 4为原料 ,用化学溶液分解法制备了纳米级Bi4Ti3 O12 晶体 ,用快速退火装置 (RTA)在不同退火温度和不同退火时间下对样品处理得到相应粒径的纳米晶体 ,并用X射线衍射和透射电镜对这些纳米晶体进行评估 ,研究了退火温度及时间对Bi4Ti3 O12 纳米晶体的结晶度和粒径大小的影响。

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷负温度系数电阻特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)粉体,压制成型工艺和传统烧结工艺制备了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷样品,研究了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的相结构与烧结工艺的关系,表征并讨论了CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的负温度系数(NTC,Negative Temperature Coefficient)电阻特性,如电阻率(ρ)、热敏常数(B)、线性度和迟滞。实验结果证明:所制备的陶瓷坯体经950℃、1000℃、1050℃和1100℃烧结后可得到纯钙钛矿相的CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷;同时具有良好的NTC特性,室温电阻率(ρ25)为1.5×107Ω·cm,热敏常数为6223~6874 K;线性度和迟滞分别为1.50%和1.00%。

高价B位掺杂Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷的铁电性能研究

用传统的固相反应方法制备了高价V掺杂的Bi4Ti3O12陶瓷样品,用X射线衍射对其结构进行了分析,并测量了样品的铁电和介电性能.结果发现,随着V的掺入,由氧空位引起的样品介电损耗峰的峰高被极大压制.氧空位的减少,使得样品中的畴钉扎效应减弱,从而提高了样品的抗疲劳特性和剩余极化.同时V的掺入,降低了材料的居里温度.

Bi_（4）Ti_（3）O_12铁电薄膜的MOCVD制备及其物理性质研究

采用常压ＭＯＣＶＤ技术在（１００）硅衬底上生长了具有（１００）及（００１）取向的钛酸铋（Ｂｉ＿（４）Ｔｉ＿（３）Ｏ＿１２）薄膜。在适当的生长条件下可获得（１００）取向膜，在７５０～８００℃下退火可获得（００１）择优取向膜。通过观察Ｐ－Ｅ电滞回线可确认膜的铁电性质，测得（１００）取向膜的剩余极化强度为３８μｃ／ｃｍ￣２，矫顽场为４５ＫＶ／ｃｍ。同时测量了钛酸铋薄膜的介电常数及损耗角正切。

聚合物热解法制备的Ca_(1-x)TbxCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的介电性能

CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)介电陶瓷具有巨介电常数和高温度稳定性等优点,在陶瓷电容器领域具有广阔的应用前景。然而,较高的介电损耗(tanδ)和较低的击穿场强(Eb)阻碍了其实际应用进程。为了降低tanδ并提高Eb,采用聚合物热解法制备了Ca_(1-x)TbxCu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷,并系统研究了不同浓度的Tb取代对陶瓷相结构、微观形貌和介电性能的影响。结果表明,Tb取代会抑制晶粒生长,并且在显著降低陶瓷tanδ的同时能大幅提高Eb。特别是Ca_(0.90)Tb_(0.10)Cu_(3)Ti_(4)O_(12)陶瓷的tanδ和Eb分别为0.020和40.0 kV/cm,较CCTO(0.071,8.3 kV/cm)有了明显的改善。经分析,tanδ和Eb得到改善的主要原因是Tb提高了陶瓷的晶界激活能和晶界电阻,抑制了载流子的产生与传输。此外,所有样品均符合X7R的电容器标准。该成果有助于促进CCTO陶瓷的商业化进程。

锂离子电池电极材料Li_(4)Ti_(5)O_(12)@TiO_(2)的制备及性能

用水热法制备Li_(4)Ti_(5)O_(12)@TiO_(2)复合材料与同样方法制备的尖晶石型Li_(4)Ti_(5)O_(12)进行对比.对2种材料采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光电子能谱仪(XPS)进行表征;N_(2)吸附-脱附曲线进行比表面积分析;恒电流充放电测试和电化学交流阻抗(EIS)技术进行电化学性能分析.结果表明,Li_(4)Ti_(5)O_(12),和Li_(4)Ti_(5)O_(12)均呈颗粒状,粒径分别约为50和70nm.XPS分析显示Li_(4)Ti_(5)O_(12)@TiO_(2)中的Ti为+4价态.电化学测试结果显示Li_(4)Ti_(5)O_(12),复合了锐钛型TiO_(2)后其充放电比容量较纯Li_(4)Ti_(5)O_(12)高,主要原因是嵌入到尖晶石型Li_(4)Ti_(5)O_(12)晶格中的Li_(4)Ti_(5)O_(12)分析显示Li_(4)Ti_(5)O_(12)复合TiO_(2)后降低了欧姆接触电阻和电化学反应中的电荷转移电阻,提高了电极表面与电解液间的固-液界面双电层电容,有利于Li的嵌入和脱出,增大其可逆比容量.两种材料中Li的扩散系数分别为3.36×10^(-10)和2.03×10^(-12 )cm^(2)/s.比表面积分析显示复合TiO_(2)后的Li_(4)Ti_(5)O_(12)具有较大的比表面积(73.65m/g),纯Li_(4)Ti_(5)O_(12)的比表面积为56.23m/g.Li_(4)Ti_(5)O_(12),复合TiO_(2)后作为锂电池的阳极材料更有利于Li扩散,为Li的脱嵌提供较好的通道,其比容量也得到提高。

熔盐法合成Yb^(3+)、Ho^(3+)掺杂CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)及其上转换发光温敏性研究

通过熔盐法合成了Yb^(3+)、Ho^(3+)共掺杂CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)荧光粉,研究其结构、形貌、上转换荧光和荧光温度传感特性。X射线衍射结果显示,所有样品都为纯相的铋层氧化物结构,随着Ho^(3+)掺杂浓度的提高,晶格收缩,引起了(119)衍射峰向高角度偏移。扫描电镜照片显示合成的粉末样品呈片状结构,长宽分布从百纳米到微米量级,厚度小于200 nm。合成的荧光粉末材料在980 nm红外激光激发下,发出明亮的可见光,其上转换发光对温度变化有明显的响应。基于归一化荧光强度的温敏发光实验结果表明,基于绿光发射带的温敏特征在488 K时有最大灵敏度0.00497 K^(-1),在583 K时有最大相对灵敏度1.01%K^(-1)。研究表明,熔盐法合成的具有片状结构的Yb^(3+)、Ho^(3+)共掺杂CaBi_(4)Ti_(4)O_(15)荧光粉在上转换荧光温度传感领域有很大的应用价值。