g-C_(3)N_(4)负载双金属Rh@Ru催化氨硼烷析氢反应机理研究

本文采用密度泛函理论,研究了双金属Rh@Ru在g-C_(3)N_(4)上不同负载位点,确定了稳定的催化剂构型,并详细研究了该催化剂催化氨硼烷析氢的反应机理.通过比较氨硼烷析氢反应三条路径所需活化能,发现路径Ⅲ控制步骤活化能较低,而路径Ⅰ、Ⅱ所需活化能较高,反应路径Ⅲ更容易进行,Ⅰ为最优析氢路径.从微观角度揭示双贵金属Rh@Ru负载g-C_(3)N_(4)催化氨硼烷析氢的三条机理,希望为氨硼烷析氢催化剂的优化和设计提供理论信息.

CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及光催化性能研究

采用溶剂热法成功合成了一种新型的Z型CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)三元复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS和紫外-可见漫反射光谱仪对光催化材料的相结构、形貌、原子价态和光响应性能等进行表征,通过可见光降解苯酚评价其光催化活性。结果表明,具有零维结构的CdS、一维结构的In_(2)O_(3)和三维结构的g-C_(3)N_(4)形成了0D/1D/3D三元复合材料,该材料在180 min可有效降解90%的苯酚,降解速率是CdS的2.9倍、g-C_(3)N_(4)的6倍,且具有较高的稳定性。复合材料光催化能力的增强主要归因于三维多孔g-C_(3)N_(4)与CdS和In_(2)O_(3)形成的三维空间电场。三维多孔结构不仅有利于污染物的高效吸附,而且为光催化反应提供活性位点,三维空间和网络互连结构有利于光生电荷的定向迁移,增加载流子寿命。

Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co_(3)O_(4)种子层和Co_(3)O_(4)薄膜,再在Co_(3)O_(4)薄膜上水热生长Fe_(2)O_(3)纳米棒,获得了高质量的Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料。通过改变Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe_(2)O_(3)组分的含量。结果表明,Fe_(2)O_(3)纳米棒覆盖在呈网状结构的Co_(3)O_(4)薄膜上,随着Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度即Fe_(2)O_(3)组分含量的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10^(10)Jones)。

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。

鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。

棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光性能的研究

以乙二胺四乙酸二钠(EDTD-2Na)为螯合剂,采用水热法合成了棒状结构的NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末。分别借助X射线衍射(XRD)、荧光光谱仪(PL)和扫描显微镜(SEM)对其晶体结构、发光强度和表面形貌进行分析和表征。探究了稀土前驱体、水热温度和水热时间的实验条件对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)纳米粉末上转换发光强度的影响;研究了氟源和钠源对NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)晶体形貌和上转换发光强度的改善;同时,采用煅烧处理的方法,进一步探究样品的形貌和发光强度收到的影响。实验结果表明NH4F与NaOH作为氟源和钠源及200℃煅烧1 h得到的棒状结构NaGdF_(4):Yb^(3+),Er^(3+)的发光强度最好,色坐标(CIE)绿色发光强度从84%提升到94.88%。

新型氮空位g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)异质结的构建及广谱光催化降解有机染料的性能

本研究设计了一款不含贵金属、宽光谱响应的氮空位异质结催化剂g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)(VCN/Cu),并考察了其对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。采用扫描电镜/透镜(SEM/TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)等分析手段对产物形貌、结构、元素能态等性质进行了表征。结果表明,VCN/Cu异质结催化剂对250~1800 nm的光均有较强吸收。VCN/Cu光催化降解RhB最大反应速率常数达到0.052 min^(-1),分别是Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)和g-C_(3)N_(4)的12.7倍和5.8倍,且具有优异的光催化稳定性。Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)一方面作为红外光吸收材料,提高了对太阳光全光谱的利用率;另一方面与VCN构成异质结,提高了光生电子-空穴的分离效率,同时VCN上的氮空位强化了对光生电子的捕获、对氧的吸附及还原作用。此外,本研究还考察了VCN/Cu异质结催化剂光催化降解RhB的机理。

自牺牲法合成氮空位g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)异质结及其广谱光固氮性能

本研究采用原位自牺牲法合成了N空位掺杂的g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)(VCN/Cu)异质结催化剂,该催化剂体现出优异的可见-近红外宽光谱驱动性。实验结果表明,g-C_(3)N_(4)与Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)之间的电荷迁移遵循“Z”型机制。氮空位的存在抑制了电荷载流子的重组,降低了界面电荷转移的能量屏障,对N 2和O_(2)的吸附和活化激发了固氮还原反应的进行,并提供了更多的反应活性位点。体系中甲醇作为空穴清除剂时O_(2)的添加对制备的催化剂的光固氮性能有显著的促进作用,在50%O_(2)和50%N_(2)混合气氛下VCN/Cu异质结催化剂的铵离子产率高达14.52 mg·L^(-1)·h^(-1)·g^(-1),是纯N 2气氛下的2.7倍,且按照“三线”光固氮机理运行。本研究为低耗、绿色环保固氮工艺提供了一条新途径。

Zn_(3)(VO_(4))_(2):xDy^(3+)黄色荧光粉的制备与性能

以氧化锌和五氧化二钒为原料,氧化镝为掺杂离子,利用高温固相法合成了一系列的掺杂稀土镝的钒酸锌黄色荧光粉。对其光学性能进行了研究,结果表明,所制备的粉体都保持了矾酸锌的结构,并且荧光粉的发射光是VO_(4)^(3+)基团和Dy所致。当激发波长为350 nm时,其发射峰是位于510~595 nm的宽带状光谱,主峰位于563 nm处。研究了合成温度和Dy掺杂浓度对发光性能的影响,结果表明,当合成温度为800℃和Dy掺杂摩尔分数为6%时,Dy^(3+)能很好地进入到矾酸锌的晶格中,减小了荧光材料光学带隙,增强了光的吸收性能。暗室环境下封装后的荧光粉LED芯片具有良好的黄色发光性能。

亲水性CIT-NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+)纳米粒子的制备及其发光性能研究

采用溶剂热法制备了油溶性稀土掺杂上转换纳米粒子NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+),并利用TEM、XRD、IR、荧光光谱法等考察了反应温度、反应时间、掺杂比等反应条件对纳米粒子形貌、结构、发光性能的影响。结果表明,在反应温度为300℃、反应时间为50 min、稀土离子掺杂比为NaYF_(4)∶20%Yb^(3+),2%Ho^(3+)条件下,制备出的油溶性NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+)纳米粒子呈标准六方晶型,尺寸均一、单分散性好,平均粒径为31.55 nm。通过表面配体交换法成功将柠檬酸修饰在其表面,转为亲水性CIT-NaYF_(4)∶Yb^(3+),Ho^(3+)纳米粒子。

准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

Ag_(3)PO 4@WO_(3)/AC复合物的制备及其光催化降解罗丹明B的研究

以二水钨酸钠、市售椰壳活性炭(AC)和硝酸银为原料,采用先高温煅烧获得WO_(3)/AC、后共沉淀法制备Ag_(3)PO_(4)@WO_(3)/AC复合材料,并以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,考察WO_(3)/AC掺杂量对复合材料光催化性能的影响。结果表明:Ag_(3)PO_(4)@WO_(3)/AC光催化降解RhB是活性炭吸附作用和光催化降解协同作用的结果,掺杂WO_(3)能有效阻止电子-空穴对复合从而增加其光催化活性。随着WO_(3)/AC掺杂比例的增加,其光催化性能先增加后降低,当掺杂比例为20%时最优。当Ag_(3)PO_(4)@WO_(3)/AC投加量为0.5g/L、RhB溶液浓度为5mg/L时,在15W、254nm紫外光下降解60min其降解率达到94.3%,较WO_(3)和Ag_(3)PO_(4)分别提高85.1%和83.5%。经过3次循环实验,降解率仍能达到81.73%,表明Ag_(3)PO_(4)@WO_(3)/AC光催化剂具有较好的稳定性。

BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)复合材料对PMS体系降解的效能优化

目的研究添加剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对所得BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)(BT/Co)复合材料表面Co^(2+)相对含量及催化活性的影响。方法采用溶胶-凝胶法结合高温焙烧合成了铁电BT/Co复合材料,用于激活过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)氧化降解水相中的亚甲基蓝(Methylene Blue,MB);通过有机污染物MB的氧化降解实验,探讨了CTAB与EDTA-2Na对获得BT/Co复合材料催化活性的影响。结果CTAB与EDTA-2Na作为添加剂,对所得BT/Co复合材料的相组成与微观结构无明显影响,但催化剂表面Co^(2+)相对含量呈现出明显变化。结论当EDTA-2Na为添加剂时,所得BT/Co复合材料表面Co^(2+)相对含量提高,活化PMS生成了较多的活性氧化物种,加速了MB的降解,10 min内MB的降解率达到99%。

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。

g-C_(3)N_(4)/生物炭/nZVI还原水中硝酸盐的性能

通过在g-C_(3)N_(4)/生物炭(BC)材料表面还原沉积纳米零价铁(nZVI)制备了g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI复合催化剂.利用SEM、TEM、XPS、XRD、UV-Vis DRS、光电流等对所制备的催化剂进行了物化性质和光电性能的表征,考察了g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI在可见光照下对水中硝酸盐(NO_(3)^(-))的还原性能.结果表明,中性水体的最佳反应条件为g-C_(3)N_(4)/BC与nZVI的质量比为1:0.6,g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI的投加量为2g/L,NO_(3)^(-)的初始浓度为20mg/L.与nZVI,BC/nZVI,g-C_(3)N_(4)/nZVI相比,g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI表现出最快的NO_(3)^(-)还原速率(k=10.6×10^(-2)min^(-1))以及较高的脱氮性能(71.6%).实验进一步考察了g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI还原NO_(3)^(-)过程中氮的变化规律.推测还原机理为:可见光照下,光生电子通过BC转移到n ZVI表面,提高了nZVI的反应活性和稳定性,同时,BC材料抑制光生空穴对nZVI的氧化作用;nZVI表面的活性电子将NO_(3)^(-)还原为N2和NH4+,而光生空穴则进一步将部分NH4+氧化为N2和其他气态产物.

碱水热法制备Ti_(3)C_(2)-Ag_(3)PO_(4)光催化剂及其光催化性能研究

通过碱水热反应合成了Ti_(3)C_(2),并以其为载体制备了不同负载量的Ti_(3)C_(2)-Ag_(3)PO_(4)光催化剂。利用FT-IR、XRD、SEM、XPS等对光催化剂进行表征。结果表明,在240℃水热条件下,碱刻蚀法制备的Ti_(3)C_(2)为刻蚀程度较低的片层结构,同时材料中有微量的TiO_(2)存在,同时Ag_(3)PO_(4)以立方相的形式负载到Ti_(3)C_(2)载体表面。随着Ag_(3)PO_(4)负载量的增加,Ti_(3)C_(2)-Ag_(3)PO_(4)的光催化活性逐渐增大,在催化剂质量为0.01 g、反应时间为60 min时,Ti_(3)C_(2)-Ag_(3)PO_(4)-85%对亚甲基蓝的降解率达到95%。Ti_(3)C_(2)与Ag_(3)PO_(4)异质结的存在使其具有较强的电荷分离能力和优异的光催化性能。

受阻胺光稳定剂3-苯基丙烯酸(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯的合成研究

以3-苯基丙烯酸甲酯、2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶为原料,在溶剂和催化剂的作用下合成了3-苯基丙烯酸(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯。考察了反应时间、溶剂类型及用量、催化剂种类及用量、原料配比等对产品收率的影响。结果表明,优化工艺条件为:以钛酸四丁酯为催化剂,石油醚为溶剂,n(3-苯基丙烯酸甲酯)∶n(2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶)∶n(石油醚)∶n(钛酸四丁酯)为1∶1.15∶2.47∶0.05,反应温度为120~125℃,反应时间8 h,此条件下产品收率达96.09%。

Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)协同改性环氧树脂涂层的制备及耐磨防腐性能研究

目的解决油气装备管道面临的腐蚀磨损等失效问题。方法使用不同物质的量比的纳米Fe_(3)O_(4)、MoS_(2)通过硅烷偶联剂(APTES)结合为杂化填料,并将其填充至环氧树脂(EP)中,制备出复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)对杂化填料的显微结构、物相组成及成分进行了分析。同时,利用分散稳定性试验、显微维氏硬度、往复摩擦试验、表面轮廓测试、吸水率及接触角测试、电化学阻抗谱及动电位极化曲线综合评价复合涂层耐磨及防腐蚀性能。结果Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)纳米杂化物在环氧树脂中具有良好的分散稳定性。与Fe_(3)O_(4)/EP、MoS_(2)/EP相比,Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)/EP复合涂层的显微硬度与耐磨性提高,同时其耐水性和防腐性能也得到增强。当Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)物质的量比为1∶5时,复合涂层摩擦因数最低为0.337,相比于纯EP降低34.56%。当Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)物质的量比为1∶1,复合涂层阻抗值最高,并且显示出最大的腐蚀电位(E_(corr))和最小的腐蚀电流(Jcorr),Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)/EP涂层的阻抗(Rc)提高了近2个数量级。结论Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)是可用于制备高性能环氧耐磨防腐涂料的有效的纳米填料。复合涂料优异的减摩性得益于Fe_(3)O_(4)颗粒的纳米球滚动润滑效应和MoS_(2)片的滑移效应,而其高防腐性能归功于Fe_(3)O_(4)-MoS_(2)良好的分散性和阻隔性。

乙腈-水系混合电解液对Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池电化学稳定性的影响

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)正极材料具有稳定的三维框架结构、较高的工作电压和相对成熟的制备工艺,近年来也逐渐用于水系锌离子电池中。然而,二价Zn^(2+)的脱嵌和活泼的水系反应环境会加速磷酸盐晶格的破坏。本文在Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池体系的水系电解液中加入适量的乙腈(AN),研究电解液中AN与水的比例对离子溶剂化结构和电化学行为的影响规律,并通过非原位XRD探究Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)晶体结构的演变。结果表明:过少的AN会加快正极材料晶格框架的破坏,而过多的AN会减缓电极反应动力学;在含有适量AN的电解液中,Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池不但在50 mA/g的电流密度下具有91.4 mA·h/g的较高比容量,同时在500 mA/g的电流密度下可以稳定循环1000次且无明显容量衰退。

GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)和GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)荧光粉的上转换发光特性研究

为了探究Yb^(3+),Ho^(3+)分别共掺杂在GdVO_(4)和GdPO_(4)两种基质材料的发光差异性,采用高温固相法制备GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)和GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)上转换发光材料。并采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱(Raman spectroscopy,Raman)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和荧光光谱对材料的结构、组成、形貌和上转换发光性能进行测试分析。结果表明,合成样品均是纯相,GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品形状为不规则块状;GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品为米粒状。在980 nm激发下,两种样品都存在绿光和红光发射。与掺杂相同浓度的GdVO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)相比,GdPO_(4):Yb^(3+),Ho^(3+)样品的红绿比较大,色度坐标更接近红光,在生物成像领域具有更大的应用潜力。