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Internal electric field modulation by copper vacancy concentration of cuprous sulfide nanosheets for enhanced selective CO_(2) photoreduction
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作者 Xian Shi Weidong Dai +4 位作者 Xiaoqian Li Yang Bai Qin Ren Yao Lei Xing'an Dong 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期324-330,共7页
Although the internal electric field(IEF)of photocatalysts is acknowledged as a potent driving force for photocharge separation,modulating the IEF intensity to achieve enhanced photocatalytic performances remains a ch... Although the internal electric field(IEF)of photocatalysts is acknowledged as a potent driving force for photocharge separation,modulating the IEF intensity to achieve enhanced photocatalytic performances remains a challenge.Herein,cuprous sulfide nanosheets with different Cu vacancy concentration were employed to study IEF modulation and corresponding direct charge transfer.Among the samples,Cu_(1.8)S nanosheets possessed intensified IEF intensity compared with those of Cu_(2)S and Cu_(1.95)S nanosheets,suggesting that an enhanced IEF intensity could be achieved by introducing more Cu vacancies.This intensified IEF of Cu_(1.8)S nanosheets induced numerous photogenerated electrons to migrate to its surface,and the dissociative electrons were then captured by Cu vacancies,resulting in efficient charge separation spatially.In addition,the Cu vacancies on Cu_(1.8)S nanosheets accumulated electrons as active sites to lower the energy barrier of rate-determining step of CO_(2)photoreduction,leading to the selective conversion of CO_(2)to CO.Herein,the manipulation of IEF intensity through Cu vacancy concentration regulation of cuprous sulfide photocatalysts for efficient charge separation has been discussed,providing a scientific strategy to rationally improve photocata lytic performances for solar energy conversion. 展开更多
关键词 internal electric field intensity Cuprous sulfide photocatalysts Cu vacancies Charge separation Selective CO_(2) photoreduction
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SPONTANEOUS POLARIZATION AND THE DISTRIBUTION OF INTERNAL STRESS AND ELECTRIC FIELDS AROUND A TRIPLE POINT
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作者 Zhang Ying (Department of Materials Science,Xiamen University,Xiamen 361005,China) 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2000年第1期1-8,共8页
In this article, distributions of internal stress and internal electric fields around a triple point of ferroelectric polycrystals generated by the spontaneous deformation and spontaneous polarization were investigate... In this article, distributions of internal stress and internal electric fields around a triple point of ferroelectric polycrystals generated by the spontaneous deformation and spontaneous polarization were investigated. It was found that when all three grains consist of a single domain, the internal stresses and the internal electric fields do not vanish. Though it may be determined according to the principle of energy, the spontaneous configuration will not be unique without involving other conditions due to the symmetry of the crystal structure. 展开更多
关键词 spontaneous polarization internal stress internal electric field electric domain
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Revisiting N,S co-doped carbon materials with boosted electrochemical performance in sodium-ion capacitors:The manipulation of internal electric field 被引量:1
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作者 Shuli Li Jinqiang Zhang +2 位作者 Yanan Li Pengxiang Fan Mingbo Wu 《Nano Research Energy》 2024年第1期10-18,共9页
Heteroatom doping has emerged as a prevailing strategy to enhance the storage of sodium ions in carbon materials.However,the underlying mechanism governing the performance enhancement remains undisclosed.Herein,we fab... Heteroatom doping has emerged as a prevailing strategy to enhance the storage of sodium ions in carbon materials.However,the underlying mechanism governing the performance enhancement remains undisclosed.Herein,we fabricated N/S co-doped carbon beaded fibers(S-N-CBFs),which exhibited glorious rate performance and durableness in Na+storage,showcasing no obvious capacity decay even after 3500 cycles.Furthermore,when used as anodes in sodium-ion capacitors,the S-N-CBFs delivered exceptional results,boasting a high energy density of 225 Wh·kg^(-1),superior power output of 22500 W·kg^(-1),and outstanding cycling stability with a capacity attenuation of merely 0.014%per cycle after 4000 cycles at 2 A·g^(-1).Mechanistic investigations revealed that the incorporation of both pyridinic N and pyrrolic N into the carbon matrix of S-N-CBFs induced internal electric fields(IEFs),with the former IEF being stronger than the latter,in conjunction with the doped S atom.Density functional theory calculations further unveiled that the intensity of the IEF directly influenced the adsorption of Na+,thereby resulting in the exceptional performances of S-N-CBFs as sodium-ion storage materials.This work uncovers the pivotal role of IEF in regulating the electronic structure of carbon materials and enhancing their Na^(+)storage capabilities,providing valuable insights for the development of more advanced electrode materials. 展开更多
关键词 N/S co-doped carbon internal electric field Na^(+)adsorption sodium-ion storage sodium-ion capacitors
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Synergy of phosphorus vacancies and build-in electric field into NiCo/NiCoP Mott-Schottky integrated electrode for enhanced water splitting performance
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作者 Xiaochen Zhang Hui Xue +5 位作者 Jing Sun Niankun Guo Tianshan Song Jiawen Sun Yi-Ru Hao Qin Wang 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期604-610,共7页
Vacancy engineering and Mott-Schottky heterostructure can accelerate charge transfer,regulate adsorption energy of reaction intermediates,and provide additional active sites,which are regarded as valid means for impro... Vacancy engineering and Mott-Schottky heterostructure can accelerate charge transfer,regulate adsorption energy of reaction intermediates,and provide additional active sites,which are regarded as valid means for improving catalytic activity.However,the underlying mechanism of synergistic regulation of interfacial charge transfer and optimization of electrocatalytic activity by combining vacancy and Mott-Schottky junction remains unclear.Herein,the growth of a bifunctional NiCo/NiCoP Mott-Schottky electrode with abundant phosphorus vacancies on foam nickel(NF)has been synthesized through continuous phosphating and reduction processes.The obtained NiCo/NiCoP heterojunctions show remarkable OER and HER activities,and the overpotentials for OER and HER are as low as 117 and 60 mV at 10 mA/cm^(2) in 1 mol/L KOH,respectively.Moreover,as both the cathode and anode of overall water splitting,the voltage of the bifunctional NiCo/NiCoP electrocatalyst is 1.44 V at 10 mA/cm^(2),which are far exceeding the benchmark commercial electrodes.DFT theoretical calculation results confirm that the phosphorus vacancies and build-in electric field can effectively accelerate ion and electron transfer between NiCo alloy and NiCoP semiconductor,tailor the electronic structure of the metal centers and lower the Gibbs free energy of the intermediates.Furthermore,the unique self-supported integrated structure is beneficial to facilitate the exposure of the active site,avoid catalyst shedding,thus improving the activity and structural stability of NiCo/NiCoP.This study provides an avenue for the controllable synthesis and performance optimization of Mott-Schottky electrocatalysts. 展开更多
关键词 Mott-Schottky build-in electric field Phosphorus vacancies PHOSPHIDES Overall water splitting
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Rationally construction of atomic-precise interfacial charge transfer channel and strong build-in electric field in nanocluster-based Zscheme heterojunctions with enhanced photocatalytic hydrogen production
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作者 Qingtao Zhu Honglei Shen +5 位作者 Chao Han Liu Huang Yanting Zhou Yuanxin Du Xi Kang Manzhou Zhu 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2024年第6期5002-5010,共9页
The lack of effective charge transfer driving force and channel limits the electron directional migration in nanoclusters(NC)-based heterostructures,resulting in poor photocatalytic performance.Herein,a Z-scheme NC-ba... The lack of effective charge transfer driving force and channel limits the electron directional migration in nanoclusters(NC)-based heterostructures,resulting in poor photocatalytic performance.Herein,a Z-scheme NC-based heterojunction(Pt1Ag28-BTT/CoP,BTT=1,3,5-benzenetrithiol)with strong internal electric field is constructed via interfacial Co-S bond,which exhibits an absolutely superiority in photocatalytic performance with 24.89 mmol·h^(−1)·g−1 H_(2)production rate,25.77%apparent quantum yield at 420 nm,and~100%activity retention in stability,compared with Pt1Ag28-BDT/CoP(BDT=1,3-benzenedithiol),Ag29-BDT/CoP,and CoP.The enhanced catalytic performance is contributed by the dual modulation strategy of inner core and outer shell of NC,wherein,the center Pt single atom doping regulates the band structure of NC to match well with CoP,builds internal electric field,and then drives photogenerated electrons steering;the accurate surface S modification promotes the formation of Co-S atomic-precise interface channel for further high-efficient Z-scheme charge directional migration.This work opens a new avenue for designing NC-based heterojunction with matchable band structure and valid interfacial charge transfer. 展开更多
关键词 atomically precise metal nanocluster Z-scheme heterojunction interfacial charge transfer build-in electric field photocatalytic hydrogen production
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Regulating crystallinity in linear conjugated polymer to boost the internal electric field for remarkable visible-light-driven disinfection
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作者 Dawei Zhang Chengling Yang +6 位作者 Hanwen Wang Yukun Yan Zhanyong Wang Xiangrong Li Yan Liang Jinsong Zhang Jun Xiao 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期26-35,共10页
Conjugated linear polymers are promising metal-free photocatalysts for visible-light-driven photocatalytic water disinfection,but it was still bottlenecked by the insufficient photogenerated charge separation and tran... Conjugated linear polymers are promising metal-free photocatalysts for visible-light-driven photocatalytic water disinfection,but it was still bottlenecked by the insufficient photogenerated charge separation and transport(CST)process.Herein,we obtained the highly crystalline imine-linked conjugated linear poly-mer(ODA-BPAH)with a greatly enhanced CST process.The highly crystalline ODA-BPAH exhibited excel-lent broad-spectrum water disinfection efficiency up to 99.99999%in 1 h,which is among the reported highest of state-of-the-art photocatalysts.The crystallinity of ODA-BPAH was regulated by simply turn-ing the solvent and the experiment results revealed that the ODA-BPAH with high crystallinity exhibited higher internal electric field strength and photocatalytic performance than that with low crystallinity,which indicates that higher crystallinity in linear conjugated polymers contributes to superior CST ef-ficiency as well as the generation of reactive oxygen species.This work highlights the impact of poly-mer crystallinity on the internal electric field and proves that linear poly-imine could be a new type of promising metal-free photocatalyst for water treatment. 展开更多
关键词 Polymeric photocatalysts Water disinfection Imine-linked conjugated polymer High crystallinity internal electric field
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Superstable potassium metal batteries with a controllable internal electric field
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作者 Hongbo Ding Yanhong Feng +3 位作者 Jiang Zhou Xinzhi Yu Ling Fan Bingan Lu 《Fundamental Research》 CAS CSCD 2023年第5期813-821,共9页
Stable potassium metal batteries(PMBs)are promising candidates for electrical energy storage due to their ability to reversibly store electrical energy at a low cost.However,dendritic growth and large volume changes h... Stable potassium metal batteries(PMBs)are promising candidates for electrical energy storage due to their ability to reversibly store electrical energy at a low cost.However,dendritic growth and large volume changes hinder their practical application.Here,referring to the morphology and structure of a virus,a bionic virus-like-carbon microsphere(BVC)was designed as the anode host for a PMB.A BVC with a three-dimensional structure can not only control the electric field,which can suppress dendrite formation,but can also provide a larger space to accommodate the volume change during the cycle progress.The designed potassium(K)metal anode exhibits excellent cycle life and stability(during 1800 h of repeated plating/stripping of K at a current density of 0.1 mA cm−2,K-BVC can realize a very stable K metal anode with low voltage hysteresis).Stable cyclability and improved rate capability can be realized in a full cell using Prussian blue over 400 cycles.This research provides a new idea for the development of stable K metal anodes and may pave the way for the practical application of next-generation metal batteries. 展开更多
关键词 Bionic structures K metal anodes internal electric field Dendrite inhibition 3D scaffolds
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Strong interface interaction and internal electric field promote electron transfer of Bi_(2)O_(2)S/NiFe_(2)O_(4) heterojunction for photocatalytic antibiotic degradation
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作者 Shaoxuan Pang Yilin Dong +9 位作者 Dongyu Xu Qiuwen Wang Weihong Gao Lijun Zhang Kang Wang Guangming Zhang Longyi Lv Yuguo Xia Zhijun Ren Pengfei Wang 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第27期145-155,共11页
Heterojunction photocatalysts have shown considerable activities for organic pollutants degradation.However,the faint connection interface and inferior charge shift efficiency critically block the property of heteroju... Heterojunction photocatalysts have shown considerable activities for organic pollutants degradation.However,the faint connection interface and inferior charge shift efficiency critically block the property of heterojunction photocatalysis.Herein,Bi_(2)O_(2)S/NiFe_(2)O_(4) nanosheets heterojunction with ultrastrong inter-face interaction and high internal electric field are designed by an in-situ growth method.Tentative and theoretical consequences prove that the interfacial interaction and internal electric field not only act as the electron flow bridge but also decrease the electrons shift energy obstacle,thus speeding up electrons transfer and achieving effective spatial electron-hole separation.Therefore,a large amount of·O_(2)^(-)and holes as active species were generated.Remarkably,Bi_(2)O_(2) S/NiFe_(2)O_(4) establishes a considerably boosted photocatalytic performance for tetracycline degradation(0.032 min^(-1)),which is about 14.2-fold and 7.8-fold of the pristine BOS and NFO,respectively.This work provides a promising motivation for modulating charge transfer by interface control and internal electric field to boost photocatalytic performance. 展开更多
关键词 Bi_(2)O_(2)S/NiFe_(2)O_(4) S-scheme heterojunction Ultrastrong interface interaction internal electric field Active species Photocatalytic degradation
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The first-principles study of ferroelectric behaviours of PbTiO3/SrTiO3 and BaTiOn/SrTiO3 superlattices 被引量:4
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作者 朱振业 王彪 +2 位作者 王海 郑跃 李青坤 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第6期1780-1785,共6页
We have performed the first-principles calculation to investigate the origins of ferroelectricities and different po- larization behaviours of superlattices BaTiO3/SrTiO3 and PbTiO3/SrTiO3. The density of state (DOS... We have performed the first-principles calculation to investigate the origins of ferroelectricities and different po- larization behaviours of superlattices BaTiO3/SrTiO3 and PbTiO3/SrTiO3. The density of state (DOS) and electronic charge profiles show that there are strong hybridizations between atoms Ti and O and between atoms Pb and O which play very important roles in producing the ferroelectricities of superlattices BaTiO3/SrTiO3 and PbTiO3/SrTiO3. Ow- ing to the decline of internal electric field in SrTiO3 (ST) layer, the tetragonality and polarizations of superlattices decrease with increasing the fraction of SrTiO3 in the superlattices. We find that the polarization of PbTiO3/SrTiO3 is largerthan that of BaTiO3/SrTiO3 at the same ratio of components, because the polarization mismatch between PbTiO3 and SrTiO3 is larger than that between BaTiO3 and SrTiO3. The polarization and tetragonality are en- hanced with respect to those of bulk tetragonal BaTiO3 in the superlattices BaTiO3/SrTiO3, while the polarization and tetragonality are reduced with respect to those of bulk tetragonal PbTiO3 in superlattices PbTiO3/SrTiO3. 展开更多
关键词 FERROelectricITY spontaneous polarization polarization mismatch internal electric field
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通过晶面调控产生强内建电场以提高卟啉光催化剂的H_(2)O_(2)生成速率
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作者 邵韵航 张亚宁 +5 位作者 陈潮锋 窦帅 娄阳 董玉明 朱永法 潘成思 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期205-214,共10页
过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种重要的化工产品,广泛应用于污水处理、消毒杀菌和印染漂白等领域.在蒽醌法生产H_(2)O_(2)的过程中,易产生有毒气体并存在爆炸危险.因此,仅利用水、氧气和太阳光即可在合适的光催化剂上生成H_(2)O_(2)的光催... 过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种重要的化工产品,广泛应用于污水处理、消毒杀菌和印染漂白等领域.在蒽醌法生产H_(2)O_(2)的过程中,易产生有毒气体并存在爆炸危险.因此,仅利用水、氧气和太阳光即可在合适的光催化剂上生成H_(2)O_(2)的光催化技术备受关注.本课题组报道了通过酸碱自组装法制备的四(4-羧基苯基)卟啉(SA-TCPP)光催化剂,用于生产H_(2)O_(2).该催化剂克服了大部分H_(2)O_(2)光催化剂存在的需要牺牲剂、活性低和光利用率不足等问题,但其性能仍受限于较高的复合率.晶面调控已被证实是改善许多无机催化剂电荷复合的有效策略,然而,对于有机光催化剂,关于暴露晶面与其活性关系的研究仍然较少.本文采用溶解-重结晶法在水和三种有机溶剂的混合物中成功合成了三种具有不同暴露晶面的卟啉光催化剂.即利用卟啉在有机溶剂和水中的溶解度差异,将卟啉先溶解在四氢呋喃(THF)、甲醇(MeOH)或乙二醇(EG)溶液中,随后在水溶液中重新结晶.X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜及晶面模拟模型图的结果表明,三种催化剂具有相同的晶体结构,但分别暴露了(400)、(022)和(020)晶面.通过紫外分光光度计测量这些催化剂在氙灯(λ≥420 nm)照射下的光催化活性,结果表明,具有(400)暴露面的卟啉光催化剂的H_(2)O_(2)生产速率最高,可达29.33 mmol L h^(-1)g^(-1),分别是具有(022)暴露面和(020)暴露面的卟啉光催化剂的2.7倍和4.1倍,约是已报道的SA-TCPP光催化剂的1.3倍.通过紫外漫反射、莫特肖特基曲线分析以及LED灯照射下的光催化活性测试,排除了光吸收能力对这三种卟啉光催化剂活性的影响.开尔文探针力显微镜、光生电流密度谱图、晶面模拟模型图和密度泛函理论计算结果表明,活性的差异主要归因于(400)表面暴露的高羧基含量所引发的强内建电场,并且在该暴露面上的内建电场方向有利于空穴从吡咯氮向羧基碳的跃迁,因此阻碍了电荷的快速重组,促进了富有挑战性的水氧化过程,而(020)面由于暴露了最多的吡咯氮和最少的羧基碳,其产生的内建电场强度最弱,且内建电场方向阻碍了空穴向羧基碳的跃迁,因此H_(2)O_(2)生产速率最低.综上所述,本工作通过晶面调控产生强内建电场以加速空穴的迁移,降低了电子空穴复合速率,实现了高H_(2)O_(2)生产速率,为更高效的有机光催化剂的设计和开发提供了新思路. 展开更多
关键词 内建电场 晶面调控 纳米片 光催化产H_(2)O_(2) 卟啉
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电压波动条件下环氧树脂内部局部放电特性研究
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作者 韩锦春 李禹锋 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2024年第1期80-86,共7页
针对电力系统中可能出现的电压暂降/暂升现象,利用可编程电源对外施电压进行调制,分析了电压波动对环氧树脂内部局部放电特性的影响规律。结果表明:电压波动将导致空气间隙的局部放电模式发生改变,在正负半周表现出不对称特性;外施电压... 针对电力系统中可能出现的电压暂降/暂升现象,利用可编程电源对外施电压进行调制,分析了电压波动对环氧树脂内部局部放电特性的影响规律。结果表明:电压波动将导致空气间隙的局部放电模式发生改变,在正负半周表现出不对称特性;外施电压的波动程度越大,局部放电的不对称性则越显著。局部放电谱图发生改变的原因在于外部电场与累积在气隙内部表面电荷的共同作用,一方面,表面电荷产生的电场将与外部施加的电场叠加,对气隙内部的总电场进行调制;另一方面,随着放电的持续进行,表面电荷的消散和中和也将影响气隙内部的总电场,进而导致局部放电在外施电压的正负半周表现出不对称特性。 展开更多
关键词 环氧树脂 电压波动 局部放电 内部电场
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p-n型NiWO_(4)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光解水析氢性能
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作者 闫爱华 高埜 +4 位作者 张晓辉 黄飞 张同洋 张吉旭 赵文学 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期74-83,共10页
采用水热/水浴两步法构筑了p-n型NiWO_(4)(NWO)/ZnIn_(2)S_(4)(ZIS)异质结,研究了不同含量的NWO对ZIS物相组分、形貌结构、能带结构、光谱吸收及光解水析氢性能等的影响,并采用一系列表征手段探讨了NWO/ZIS异质结的光催化机理.结果表明... 采用水热/水浴两步法构筑了p-n型NiWO_(4)(NWO)/ZnIn_(2)S_(4)(ZIS)异质结,研究了不同含量的NWO对ZIS物相组分、形貌结构、能带结构、光谱吸收及光解水析氢性能等的影响,并采用一系列表征手段探讨了NWO/ZIS异质结的光催化机理.结果表明,负载NWO后,ZIS物相组分及形貌结构未发生显著变化,两种材料界面接触紧密且分布均匀;在可见光辐照下,NWO/ZIS异质结光解水析氢性能得到了显著提升,其中,最佳样品NWO-35/ZIS析氢速率达到5204.8μmol·g^(-1)·h^(-1),为纯相ZIS(1566.4μmol·g^(-1)·h^(-1))的3.32倍;循环实验结果表明,NWO/ZIS样品具有很好的光稳定性;能带结构和光电子动力学表征结果证实了p-n型异质结内建电场驱动的光生载流子的传输机制. 展开更多
关键词 ZnIn_(2)S_(4) NiWO_(4) p-n型异质结 内建电场 光解水析氢
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S型异质结BiOBr/ZnMoO_(4)的构建及光催化降解性能研究 被引量:3
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作者 马心全 李喜宝 +2 位作者 陈智 冯志军 黄军同 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期62-70,I0002-I0004,共12页
光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物,但是由于光生电子和空穴的复合率高,抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO_(4)复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获... 光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物,但是由于光生电子和空穴的复合率高,抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO_(4)复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获及电子顺磁共振(ESR)实验等证实了BiOBr/ZnMoO_(4)复合材料形成了S型异质结。实验结果表明,适当ZnMoO_(4)含量的BiOBr/ZnMoO_(4)异质结可以显著提高BiOBr的光催化性能。与纯BiOBr、ZnMoO_(4)相比,质量分数15%BiOBr/ZnMoO_(4)在可见光下表现出最佳的光催化活性,双酚A的光催化降解率达到85.3%(90 min),环丙沙星的光降解速率常数分别是BiOBr的2.6倍和ZnMoO_(4)的484倍。这可归因于BiOBr和ZnMoO_(4)之间形成了紧密的界面结合和S型异质结,使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。这项工作为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种简便有效的方法,对进一步理解Bi基多元异质结光催化材料的构效关系提供了新的理论和实验基础。 展开更多
关键词 S型异质结 内建电场 BiOBr ZnMoO4 光催化
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Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结应用于光催化CO_(2)还原的理论计算研究 被引量:3
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作者 罗铖 龙庆 +2 位作者 程蓓 朱必成 王临曦 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期135-144,共10页
光催化CO_(2)还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO_(2)还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO_(2)的活化需要较高的能垒... 光催化CO_(2)还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO_(2)还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO_(2)的活化需要较高的能垒。对此,研究人员作出了许多改进以提高CO_(2)还原性能。例如,发展S型异质结可以增强载流子的分离和光催化剂的氧化还原能力,引入金属单原子助催化剂可以优化反应热力学。因此,协同利用S型异质结和金属单原子修饰将能同时促进载流子的转移和CO_(2)还原反应过程。本文构建了由单原子Pt负载的g-C_(3)N_(4)和BiOCl组成的Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结模型。用密度泛函理论计算研究了其光催化性能,包括几何结构和电子性质的探索、CO_(2)转化过程的模拟。差分电荷密度结果表明g-C_(3)N_(4)中的电子转移至BiOCl,这是由于g-C_(3)N_(4)的费米能级比BiOCl的费米能级高。由此在g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结的界面处形成了由g-C_(3)N_(4)指向BiOCl的内建电场。在光照下,g-C_(3)N_(4)/BiOCl复合物中载流子的转移路径符合S型机制。具体而言,BiOCl导带的光生电子与g-C_(3)N_(4)价带的光生空穴复合,而g-C_(3)N_(4)导带的电子与BiOCl价带的空穴得以保留。在g-C_(3)N_(4)的空隙中添加Pt原子后,g-C_(3)N_(4)的功函数减小,由此增大了g-C_(3)N_(4)和BiOCl的费米能级差异。结果,有更多的电子从Pt-C_(3)N_(4)转移至BiOCl,内建电场的强度增大。这有利于Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结的电荷转移。此外,反应自由能计算结果表明,g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结上CO_(2)还原反应的限速步骤是CO_(2)氢化生成COOH,其能垒为1.13 eV。Pt原子修饰后,限速步骤变为CO氢化生成HCO,其能垒为0.71 eV。这些结果表明Pt单原子的引入能够增强界面电场、降低能垒,从而提高CO_(2)还原活性。本工作为构建金属原子修饰的S型异质结光催化剂以实现高效的CO_(2)还原提供了理论指导。 展开更多
关键词 S型异质结 密度泛函理论 光催化CO_(2)还原 单原子Pt 氮化碳 BiOCl 内建电场
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构建K_(3)PW_(12)O_(40)/CdS核壳S型异质结实现同步太阳能光催化分解水和选择性苯甲醇氧化反应
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作者 孙丽娟 于晓慧 +2 位作者 唐丽永 王伟康 刘芹芹 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期164-175,共12页
太阳能向化学能转化是能源催化研究领域中一项意义重大且具有挑战性的课题,实现由半导体光催化剂产生的电子和空穴同步高效利用是该领域的研究目标.在众多催化剂中,S型异质结具有高氧化还原能力和快速电荷分离能力,非常适合用于完成同... 太阳能向化学能转化是能源催化研究领域中一项意义重大且具有挑战性的课题,实现由半导体光催化剂产生的电子和空穴同步高效利用是该领域的研究目标.在众多催化剂中,S型异质结具有高氧化还原能力和快速电荷分离能力,非常适合用于完成同步的光解水反应和有机氧化反应,使电子和空穴得到同步高效利用.苯甲醇(BA)氧化是一种典型的有机氧化反应,BA可被选择性氧化为苯甲醛(BAD),其在合成药物、维生素、香料和其他有价值的化学品等方面具有重要作用.本文采用水热法合成了keggin型多金属氧化物H3PW12O40空心十二面体(KPW),将15 nm的Cd S纳米颗粒原位集成在KPW壳体上,形成KPW@CdSS型核-壳异质结.由于CdS和KPW之间的紧密界面和费米能级差异,形成了一个巨大的内部电场(IEF),促使载流子形成S型电荷转移机制.采用能带结构分析(原位辐照X射线光电子能谱(ISI-XPS)、价带X射线光电子能谱(VB-XPS)和电子自旋共振(ESR))等方法确定了S型异质结界面上的有效电子转移途径.光照条件下原位辐照的XPS结果表明Cd、S和W元素的结合能发生了变化.与普通XPS光谱相比,Cd和S向低结合能方向移动,K,P,O和W向高结合能方向运动.原位辐照XPS结果表明,KPW@CdS所含各元素的结合能偏移,这为光催化剂中的载流子迁移和IEF的形成提供有力的证据.此外,VB-XPS和ESR结果证实电荷转移途径遵循S型机制.在光照射下,IEF作为驱动力可以促进光生载流子的分离和迁移.优化后的复合材料的析氢速率为18.7 mmol g^(-1)h^(-1),增值产物(BAD)的产率为17.5 mmolg^(-1)h^(-1),远高于Cd S.光电实验结果表明,S型异质结界面处存在强内电场效应,且复合材料的IEF强度是纯CdS的27.2倍.优化后的样品在连续照射30 h后,光催化活性没有明显下降,说明KPW@CdS异质结可以作为一种潜在的光催化剂同时生成BAD和H_(2).此外,中空结构有利于提高光的吸收和利用,核壳结构提供了双重还原和氧化位点,空心核壳结构与S型机制的协同作用提高了光催化活性.综上,本文为设计空心S型异质结实现光催化氧化还原反应来提升太阳能的转化利用提供参考. 展开更多
关键词 S型异质结 内建电场 空心核壳结构 多金属氧酸盐 苯甲醇氧化
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Co纳米颗粒修饰的相结CdS光氧化还原合成氢化安息香和产氢
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作者 张美玉 李孔明 +4 位作者 胡春联 马康伟 孙万军 黄现强 丁勇 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期254-264,共11页
为了应对日益加剧的环境和能源危机,利用太阳能生产化学燃料迫在眉睫.太阳能光催化水分解产氢因其可利用阳光生产绿色H_(2)燃料被认为是一种廉价且环境友好的技术.但是,要实现理想的产H_(2)通常依赖于牺牲试剂的消耗,这会增加成本并会... 为了应对日益加剧的环境和能源危机,利用太阳能生产化学燃料迫在眉睫.太阳能光催化水分解产氢因其可利用阳光生产绿色H_(2)燃料被认为是一种廉价且环境友好的技术.但是,要实现理想的产H_(2)通常依赖于牺牲试剂的消耗,这会增加成本并会产生无利用价值的氧化产物.实际上,生物质(醇、胺和糖)可以替代牺牲试剂,在产生H_(2)的同时获得有经济价值的化学品.其中,苯甲醇的C–C偶联氧化产物包括安息香、脱氧安息香、氢化安息香等,这些氧化产物是合成具有生物活性聚合物引发剂的重要结构基序.然而,目前光催化氧化苯甲醇的主要产物是苯甲醛,很少得到高选择性的C–C偶联产物.因此,设计一种能够同时实现光催化产氢和C–C偶联产物的合成的新型光催化剂是光催化领域面临的重要挑战.本文制备了Co纳米颗粒负载的共暴露(001)/(101)晶面的相结Cd S,并应用于光催化氧化苯甲醇合成氢化安息香和产氢.可见光下照射9 h后,HC-Cd S2/Co的光催化产氢速率达到11 mmol·g^(-1),分别是C-Cd S/Co和HC-Cd S2产氢速率的4.7倍和34倍.在HC-Cd S2上负载Co后,氢化安息香的选择性由12%提高到97%.高分辨透射电子显微镜结果证实了相结和晶面结的存在.DFT计算得到H-Cd S(101)和H-Cd S(001)的能级位置和相应的功函数,可以确定在H-Cd S(101)和H-Cd S(001)之间形成了晶面结.当H-Cd S(101)和H-Cd S(001)形成晶面结时,热平衡条件下的载流子扩散在H-Cd S(101)和H-Cd S(001)界面处形成耗尽层,最终在界面处形成内置电场和能带弯曲,有助于加速载流子的分离.进一步探究了Co纳米颗粒在光催化氧化苯甲醇体系中所起的作用.利用紫外光电子能谱研究了HC-Cd S2与Co之间的界面电荷转移,结果表明,HC-Cd S2与Co之间形成了典型的肖特基结,从而有效促进载流子的分离,有利于驱动目标催化剂表面的光氧化还原催化反应.同时,Co纳米颗粒被认为是质子还原的活性位点.利用时间分辨光致发光光谱研究了Co纳米颗粒对HC-Cd S2光激发电子-空穴对寿命的影响.光激发载流子延迟的寿命证明Co助催化剂作为电子接收器,为电子传递提供了有效的中继站,从而抑制了载流子的复合.通过对电子顺磁共振(EPR)谱图进行分析,在乙腈-苯甲醇混合溶液中发现DMPO-·C_(7)H_(8)O自旋加合物的六重特征峰,证实了·C_(7)H_(8)O自由基的形成.综上,HC-Cd S2/Co增强的光催化合成氢化安息香和产氢性能源于HC-Cd S2/Co中相结、晶面结和肖特基结诱导的内置电场,极大地促进了光生载流子的分离. 展开更多
关键词 晶面结 内建电场 产H_(2) 氢化安息香 肖特基结
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氧化锌基梯型异质结光催化剂
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作者 江梓聪 程蓓 +2 位作者 张留洋 张振翼 别传彪 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期32-49,共18页
随着工业的快速发展和化石燃料的过度开发使用,能源危机和环境污染日益严重.光催化技术在能源与环境领域具有良好的应用前景,是人类社会可持续发展的有效策略之一.传统氧化锌(ZnO)光催化剂因其无毒性、良好生物相容性和低成本而备受关注... 随着工业的快速发展和化石燃料的过度开发使用,能源危机和环境污染日益严重.光催化技术在能源与环境领域具有良好的应用前景,是人类社会可持续发展的有效策略之一.传统氧化锌(ZnO)光催化剂因其无毒性、良好生物相容性和低成本而备受关注.然而,ZnO光催化性能受限于光生载流子复合严重和光生电子还原能力弱等问题.常规的改性方法,包括原子掺杂、缺陷调控、助催化剂负载等,很难兼顾载流子分离效率和氧化还原能力.相较而言,构建梯型异质结可以较好地解决上述问题.梯型异质结界面处的内建电场可以促进光生载流子的高效分离和转移,同时保留光催化体系最强的氧化还原能力,从而实现更高效的光催化反应.然而,尽管已有大量关于ZnO基梯型异质结的研究工作被陆续发表,却很少有评论性文章对该领域进行综述.因此,有必要对ZnO基梯型光催化剂的研究成果进行总结,并为这一研究方向的发展提供及时的指导.本文首先介绍了异质结的发展历程,讨论了II型异质结、传统Z型体系、全固态Z型异质结的光催化反应机理,并在此基础上指出了它们在热力学上的挑战.其次,深入分析了梯型异质结的理论基础,包括还原型半导体和氧化型半导体的选择,相互接触后的电子转移,梯型异质结中内建电场的形成,以及光激发后梯型异质结中光生载流子的分离和迁移,并诠释了梯型异质结在促进电荷载流子分离以及增强光催化体系的氧化还原能力方面的突出优势.此外,阐明了ZnO基梯型异质结的分类和设计原理.除了常见的ZnO基梯型n-n异质结,还讨论了以Zn O为还原型半导体的梯型n-p异质结以及以ZnO为氧化型半导体的梯型p-n异质结.归纳了目前ZnO基梯型异质结光催化剂的制备方法,包括水/溶剂热法、共沉淀法和静电自组装法等,剖析了这些制备方法的优缺点以及所制备的ZnO基梯型异质结的界面性质.概述了以ZnO基梯型异质结为代表的梯型异质结的表征技术,包括原位辐照X射线光电子能谱、开尔文探针力显微镜、电子顺磁共振波谱和第一性原理计算.总结了ZnO基梯型异质结近年来在不同光催化应用领域的研究进展,包括光催化环境修复、制氢、制备双氧水、二氧化碳还原、杀菌、固氮等.最后,对ZnO基梯型异质结的未来发展进行了展望,提出了其所面临的机遇与挑战,希望能为该领域带来新的启示. 展开更多
关键词 光催化 梯型异质结 氧化锌 内建电场 光催化应用
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漂浮型Bi_(2)WO_(6)/C_(3)N_(4)/碳布S型异质结光催化材料用于高效净化水体环境
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作者 蔡铭洁 刘艳萍 +2 位作者 董珂欣 陈晓波 李世杰 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期239-251,共13页
近年来,水污染成为人类生存面临的巨大危机,如何治理水污染,特别是如何有效去除水体中的抗生素和重金属存在着很多挑战.采用先进、绿色且高效的光催化技术可有效去除水污染,因而受到科研工作者的广泛关注,但粉末状光催化剂易团聚、难分... 近年来,水污染成为人类生存面临的巨大危机,如何治理水污染,特别是如何有效去除水体中的抗生素和重金属存在着很多挑战.采用先进、绿色且高效的光催化技术可有效去除水污染,因而受到科研工作者的广泛关注,但粉末状光催化剂易团聚、难分离回收等问题限制了其工业应用.近年来,人们发现将粉末状光催化剂固定在柔性大表面积且电荷传导性能良好的碳布上可以有效克服上述缺点.g-C_(3)N_(4)具有高光还原活性、高稳定性和低成本的优点,因而在环境净化领域具有突出的应用潜力.但单一组分的C_(3)N_(4)/碳布仍存在氧化能力弱、光生载流子分离效率低等问题.将其与高光催化氧化活性且能带位置匹配的Bi_(2)WO_(6)共同构筑具有强内建电场和保留最大氧化还原能力的S型异质结,是一种有效策略,有望开发出高效、可回收的可见光光催化体系.本文以柔性、大的碳布为基底,通过热聚合-溶剂热法将C_3N4和富含氧空位的Bi_(2)WO_(6)原位生长在碳纤维上,制备出了富含氧空位的S型Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂,并用于可见光照射下高效光催化降解抗生素和还原Cr(VI).宏观图像、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等结果表明,富含氧空位的Bi_(2)WO_(6)和C_(3)N_(4)纳米片均匀地生长在碳纤维上形成了2D/2D/1D分级易回收的布状结构.X射线光电子能谱(XPS)结果表明了Bi_(2)WO_(6)上氧空位、低价氧化态Bi^((3-x)+)和W^((5-x)+)的生成.与C_(3)N_(4)/CF(Bi_(2)WO_(6)CF)相比,Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF在可见光照射下的光催化降解盐酸四环素和还原六价铬的效率分别提高了0.5(1.1)倍和30.2(19.8)倍.系统实验证明Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂较好的光催化性能归因于三个方面:(1)碳纤维编织而成的分级Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布结构可以暴露丰富的活性位点、促进污染物的富集以及加强界面电荷转移和空间分离;(2)缺陷工程协同S型光生载流子分离路径促进了电子和空穴的高效分离;(3)柔性可漂浮的布状结构赋予了其良好的易回收性和可循环利用性.此外,该布状光催化剂具有较好的环境普适性和毒性缓释作用,可以在不同影响因素下保持良好的光催化活性且降解中间产物毒性减弱.XPS结果中电子结合能的变化和功函数分析进一步确认了其S型光生载流子分离路径,并通过自由基捕获实验和电子自旋共振波谱仪系统研究了光催化反应机理:Bi_(2)WO_(6)C_(3)N_(4)/CF布状光催化剂通过S型光生载流子分离路径促进了超氧自由基和羟基自由基的生成,在降解盐酸四环素的过程中空穴和超氧自由基为主要活性物种,而在还原六价铬过程中电子和超氧自由基为主要活性基团.综上,本文采用缺陷工程结合碳布基底的S型异质结构筑策略,开发出高性能、易回收、稳定的漂浮型光催化体系,为高效净化水体环境提供了新思路. 展开更多
关键词 Bi_(2)WO_(6)/C_(3)N_(4)/碳布 氧空位 S型异质结 可漂浮光催化剂 可回收利用 内部电场
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调控Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结的费米能级和内建电场促进光生电荷分离和二氧化碳还原
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作者 张志洁 王雪盛 +2 位作者 唐慧玲 李德本 徐家跃 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期227-240,共14页
近年来,卤化物钙钛矿材料由于具有合适的能带结构和良好的可见光捕获能力,被广泛应用于光催化还原CO_(2).然而,单一的卤化物钙钛矿的载流子辐射复合严重,导致其电荷分离效率较低,并且对CO_(2)的捕获能力较差,进而限制了其在光催化领域... 近年来,卤化物钙钛矿材料由于具有合适的能带结构和良好的可见光捕获能力,被广泛应用于光催化还原CO_(2).然而,单一的卤化物钙钛矿的载流子辐射复合严重,导致其电荷分离效率较低,并且对CO_(2)的捕获能力较差,进而限制了其在光催化领域的实际应用.构建异质结被认为是解决单一半导体光催化剂光生载流子分离效率低等问题的有效策略.研究表明,S型异质结不仅可以实现光生载流子的有效分离,而且其独特的光生电荷传输路径还可以使异质结体系保留较强的氧化还原能力,利于光催化反应进行.本文以提高Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)钙钛矿量子点的载流子分离效率和CO_(2)吸附能力为目标,构建了Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)(CBB@V_(O)-In_(2)O_(3))S型异质结,并探究了氧空位在该异质结光催化还原CO_(2)中的作用.首先,将Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)钙钛矿量子点(PQD)嵌入到介孔In_(2)O_(3)基体中,构建了CBB@In_(2)O_(3)S型异质结.然后,将氧空位(V_(O))引入到异质结的还原型半导体(介孔In_(2)O_(3))中,增大了CBB和V_(O)-In_(2)O_(3)之间的费米能级(EF)差异,进而增强了CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结的内建电场.电子自旋共振谱、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-visDRS)等结果表明,In_(2)O_(3)中成功引入了氧空位.表面电荷密度和表面光电压测试结果表明,CBB@In_(2)O_(3)异质结的内建电场强度为单一CBB的4.07倍,而CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)异质结的内建电场强度比单一的CBB提升了11.69倍,进一步证明在In_(2)O_(3)中引入氧空位可以增大两种材料的费米能级差异及内建电场强度.密度泛函理论(DFT)理论计算结果表明,氧空位的引入能够使In2O3的费米能级向上移动,使In_(2)O_(3)和CBB之间的费米能级差异增大,与实验结果相一致.这种增强的内建电场为光生载流子的定向迁移提供了更强的驱动力,从而有效提高了该S型异质结的电荷分离效率.采用UV-visDRS,Tauc曲线和莫特-肖特基图谱等分析了In_(2)O_(3)和CBB的能级结构,发现两种材料的能级位置交错排列,有利于形成S型异质结.瞬态吸收光谱、光辅助开尔文力显微镜和原位XPS等结果表明,该异质结的电荷转移模式为S型.该S型异质结的内建电场促进了电荷的高效分离,使得CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)异质结表现出较好的光催化CO_(2)还原为CO的性能,其生成CO的产率为130.96μmolg-1h-1.此外,该CBB@V_(O)-In_(2)O_(3)S型异质结表现出良好的光催化稳定性,经过10次循环实验后,其催化CO_(2)还原的性能未发生明显的下降.通过原位漫反射红外傅立叶变换光谱研究了反应中间体和CO_(2)光转化途径.结合DFT计算发现,V_(O)-In_(2)O_(3)中的氧空位作为活性位点,能够优化反应中间体的配位模式,从而降低了光催化还原CO_(2)的活化能.综上所述,调控S型异质结的内建电场是提高异质结电荷分离效率、提升材料光催化性能的有效策略.本文构建了Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)@V_(O)-In_(2)O_(3)(CBB@V_(O)-In_(2)O_(3))S型异质结,并探究了氧空位在该异质结光催化还原CO_(2)中的作用,为高效S型异质结光催化材料的设计提供了一种新思路,也为探索氧空位在S型异质结中的作用及人工光合成催化剂的制备提供一定参考. 展开更多
关键词 S型异质结 内建电场 氧空位 V_(O)-In_(2)O_(3) Cs_(3)Bi_(2)Br_(9)
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复合绝缘子沿面电场影响因素分析 被引量:13
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作者 张盈利 汪沨 +1 位作者 李锰 程宇 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2014年第10期31-36,共6页
研究不同状态下的绝缘子表面电场特征对提高绝缘子可靠性具有重要意义。笔者以220 kV交流复合绝缘子为例,借助于COMSOL有限元软件,对电场分布进行了计算分析,研究了均压环、表面污秽及内部缺陷对绝缘子沿面电场分布的影响。计算结果表明... 研究不同状态下的绝缘子表面电场特征对提高绝缘子可靠性具有重要意义。笔者以220 kV交流复合绝缘子为例,借助于COMSOL有限元软件,对电场分布进行了计算分析,研究了均压环、表面污秽及内部缺陷对绝缘子沿面电场分布的影响。计算结果表明:加装均压环可以大大降低沿面最大电场强度,有效改善表面电场不均匀程度;污秽条件下,伞群和护套交接处电场畸变严重,但畸变程度不足以引发局部放电;粘结面存在空气隙时,气隙附近电场明显畸变,护套内外存在一个较大的电场梯度,当达到一定程度时会造成护套击穿。 展开更多
关键词 复合绝缘子 电场畸变 均压环 污秽 内部缺陷
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