基于共沉积法的高结晶反蛋白石g-C_(3)N_(4)制备及其产氢性能分析

为获得光催化产氢性能优异的g-C_(3)N_(4),采用共沉积法,通过二氧化硅微球/单氰胺混合溶液制备具有高结晶反蛋白石结构的g-C_(3)N_(4),并通过扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪和比表面积及孔径分析仪等表征手段对其结构和形貌进行分析,采用气相色谱仪对其光催化产氢性能进行表征。结果表明:当二氧化硅微球/单氰胺混合溶液的离心速率为5500r/min和单氰胺溶液质量分数为70%时,所制备的高结晶反蛋白石结构的g-C_(3)N_(4)(CN5500-70%)层间距为3.23Å,比表面积为32m^(2)/g,光催化产氢性能显著提升,产氢速率为7217.01μmol/(g·h)。该方法制备的高结晶反蛋白石结构g-C_(3)N_(4)具有良好的结晶性和优异的光催化产氢活性,为g-C_(3)N_(4)基催化材料的实际应用提供参考。

复合型反蛋白石结构制备及电催化氧还原研究——一个研究型综合实验设计

设计了一个与科研工作紧密相关的综合性实验。通过硬模板法和催化自生长法制备含钴碳纳米管原位嵌入的复合型反蛋白石结构,利用SEM、TEM、XRD、XPS等对催化剂的形貌结构进行表征,并采用线性扫描伏安、塔菲尔曲线等手段对其氧还原电催化活性进行评价。本实验的开展及文献调研,将提高学生对电催化相关新能源材料与设备的认识,发展学生对组分-结构-性能关系的科学思维与认知。

反蛋白石结构光子晶体制备技术

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料 ,由于其可以控制和抑制光子运动的特性 ,在光通讯领域具有广阔的应用前景。反蛋白石结构是光子晶体一种重要的结构 ,由于其制备方法简便、成本低廉而受到人们的普遍关注。本文在介绍目前常用的几种制备光子晶体技术的基础上 ,详细阐述了制备反蛋白石结构光子晶体的各种技术和方法。

二氧化钛反蛋白石薄膜的制备及其在化学传感器中的应用

用提拉成膜法将单分散295nm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球自组装成蛋白石光子晶体膜.在PMMA蛋白石光子晶体膜的空隙里填充15nm二氧化钛纳米颗粒,经500℃的处理除去PMMA膜板,制备出大面积,结构均一的二氧化钛反蛋白石光子晶体膜.扫描电子显微镜(SEM)观察和X射线光电能谱(XPS)分析表明,这种二氧化钛反蛋白石光子晶体薄膜是六方紧密堆积.用这种二氧化钛反蛋白石光子晶体膜对溶液折射率的检测实验表明该传感膜分辨率可达0.01.

反蛋白石光子晶体凝胶的pH响应

首先采用Stber方法制备了一系列亚微米级单分散二氧化硅小球,而后通过垂直沉降自组装方法制备了颜色鲜艳的二氧化硅三维有序结构胶体晶体模板,最后再采用模板聚合法在220 nm二氧化硅小球自组装的阵列间隙中共聚甲基丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯,经氢氟酸刻蚀二氧化硅模板后得到多孔有序的反蛋白石光子晶体.当pH值从5升至8时,反蛋白石凝胶光子晶体的反射峰波长从514 nm移动至590 nm,颜色变化显著,从蓝绿色变成红色,突变点为pH=6.5,而且pH响应在100 s左右即可达到平衡.对交联剂用量的研究结果表明,随着交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯用量从4%增加到16%,光子晶体响应pH时的红移量减小.

反蛋白石结构光催化剂的制备与应用进展

光子晶体是一种具有光子禁带的周期性结构,在一定的波长范围内,光在晶体的某些方向上是不允许传播的;反蛋白石结构作为一种典型的光子晶体结构,具有慢光效应、多次散射效应和放大光子吸收、发射等特性,可以提高催化剂的传质效率、活性中心的曝光率和其集光性能,因此其在光催化领域受到越来越多的关注.我们综述了反蛋白石结构的光学性质;将反蛋白石结构光催化剂的制备方法归结为三步法和两步法两大类,列举了所包含的具体方法,总结了各自的优缺点;同时阐述了反蛋白石结构光催化剂的应用领域,最后对其在光催化领域的研究和发展趋势做出了展望.

蛋白石、反蛋白石结构光子晶体的制备进展

近30年来,蛋白石结构光子晶体(简称蛋白石)和反蛋白石结构光子晶体(简称反蛋白石)成为光波导、光催化、化学及生物传感器、光伏电池等研究领域的热点。对蛋白石制备方法进行了归纳,从毛细管力、电磁场力及其他外加力的作用方面对自组装方法进行了分类和讨论;将反蛋白石制备方法归纳为三步法和两步法,详细地介绍、分析了三步法中反蛋白石前驱体充填方法,总结了两步法制备大面积、无缺陷反蛋白石研究进展,并进行了讨论;最后对蛋白石、反蛋白石制备进行了总结和展望。

低压化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散SiO2微球组装形成三维有序胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料锗,酸洗去除SiO2模板,获得了锗反蛋白石三维光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征.结果表明:锗在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀.通过改变沉积工艺,可控制锗的填充率;制备的锗反蛋白三维光子晶体具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应.测试的光学性能与理论计算基本吻合.

等离子体增强化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体(英文)

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散二氧化硅(SiO2)微球组装形成三维有序胶体晶体模板,以锗烷(GeH4)为先驱体气用等离子增强化学气相沉积法在350℃填充高折射率材料锗,获得了锗反蛋白石光子晶体。通过扫描电镜、X射线衍射仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构进行了表征。结果表明:锗在SiO2微球空隙内填充均匀,得到的锗为多晶态。锗反蛋白石光子晶体为三维有序多孔结构。等离子体增强化学气相沉积的潜在优势在于可实现材料的低温填充,从而以高分子材料为模板进行复型,得到多种结构的三维光子晶体。

溶胶-凝胶法制备PLZT反蛋白石材料

介绍了一种sol-gel方法合成PLZT反蛋白石结构。以单分散的聚苯乙烯亚微米球人造蛋白石为模板,通过调整的溶胶-凝胶方法制备PLZT溶胶,再将溶胶前驱体填充在模板中。填充后的模板缓慢升温到750℃煅烧,排除有机成分并使PLZT结晶。通过这种方法,可以借助微球直径为400nm的模板得到孔隙直径在280nm的PLZT反蛋白石结构材料。

反蛋白石结构大孔碳材料的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极中的应用

以胶体晶体为牺牲模板合成反蛋白石结构碳(Inverted opal carbon,IO-C)材料,借助扫描电镜和透射电镜分析IO-C材料样品的形貌和微观结构,考察对电极中IO-C负载量对染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSC)光电转化性能的影响。结果表明:IO-C对电极DSSC的光电性能随着碳负载量的增加而提高,这可能与电荷转移电阻的降低有关。在本研究条件下,当碳负载量超过332μg/cm2时,进一步增大负载量对电池性能的提高并无明显帮助。相对于商用铂对电极电池(η=5.61%),IO-C对电极电池可以获得相近的光电转化效率(η=5.27%)。

反蛋白石结构光子晶体材料中光传输的仿真研究

单分散胶体球可自组装出面心立方结构(周期常数为a)的三维光子晶体材料,进一步用高折射率光学材料填充其间隙再除去胶体球则可制得高折射率差、反蛋白石结构的三维光子晶体材料,从而应用于集成光子器件。了解其光子带隙以及光在缺陷中的传输性质是设计与制造该光子晶体材料与器件的基础,因此采用时域有限差分法仿真,研究不同波长λ的光在完整与含直线、L形线缺陷的反蛋白石结构光子晶体材料中的传输性质。研究结果表明该材料光子禁带的归一化频率a/λ在0.45~0.55之间,光在直线缺陷和L形线缺陷中传输的透过系数分别为~65%和~72%。

反蛋白石结构光子晶体及其应用的研究

反蛋白石结构光子晶体因具有完全光子带隙、制备材料广泛、特殊的周期结构、大的比表面积和连通的孔洞结构,近年来在自发辐射的调制、提高光催化反应速率和染料敏化太阳能电池反应速率等领域成为研究热点之一,并且在光、电、催化、传感、显示、检测等领域有着巨大的应用价值。介绍了反蛋白石结构光子晶体的基本概念及制备方法,阐述了反蛋白石结构在材料自发辐射的调制、能量传递的调制、促进物理化学反应、外界环境响应材料等方面的作用及其应用。

硅凹槽中硅反蛋白石光子晶体直角半波导的制备

探索了利用PECVD方法和ICP技术制备硅凹槽中硅反蛋白石(opal)结构光子晶体直角半波导的工艺条件,研究了射频功率、气体流量、反应室压力、沉积时间等PECVD工艺条件及基底状态对填充效果的影响。结果表明,降低沉积速率有利于在蛋白石结构内外均匀填充,同时在自由基扩散通道不被堵塞的前提下,增加沉积时间及蛋白石结构的规整程度,有助于反opal结构的形成。

基于Mie散射理论的反蛋白石光子晶体定域化研究

根据Mie散射理论和低浓度近似,对金属氧化物构成的反蛋白石光子晶体的光子定域化区进行了研究。结果发现,该光子晶体在14～18μm区域出现多个光子禁带,讨论了影响定域化参量的各种因素,为实现光子定域化现象提供理论参考。

HCl/NH_3敏感的卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体荧光传感器

将反蛋白石结构的光子晶体引入到腐蚀性气体检测体系,制备得到卟啉-二氧化硅反蛋白石光子晶体(TPP-SiO_2IOPCs)荧光传感器。相对于空白样,TPP-SiO_2IOPCs传感器实现了氯化氢(HCl)气体检测信号200倍的增强,这主要归因于反蛋白石型光子晶体的大孔结构和慢光子效应。同时,TPP-SiO_2IOPCs传感器对于HCl气体的猝灭效率可达75%,比空白样的提高了25%,而且经HCl气体处理后的传感器通入氨气(NH_3)后,初始的荧光强度几乎完全恢复。在HCl和NH_3条件下进行5个循环后,TPP-SiO_2IOPCs传感器表现出良好的可重复使用性。该研究对于发展高效的荧光传感器提供了新的思路。

纳米银分散的玻璃反蛋白石结构的制备与表征

作者通过溶胶凝胶填充方法、利用胶体晶体为模板,制备纳米银掺杂的氧化硅反蛋白石结构.其中胶体晶体模板通过单分散的胶体微球以垂直沉积法自组装而成.由胶体晶体模板制得的反蛋白石结构拥有与胶体晶体反结构相同的长程有序,并反射不同的色彩,其反射光谱随角度变化并满足布拉格关系.

中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3～15.3μm范围内出现了光子定域化现象,并随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动;同时,定域化参量先增大后减小.研究结果为实验上在该类光子晶体中实现光子定域化现象提供了理论参考.

具有反蛋白石结构的准固态电解质制备及其光电性能研究

针对提高染料敏化太阳能电池(DSC)的光捕获和能量转换效率,利用SiO2蛋白石模板制备了具有反蛋白石结构的聚合物凝胶,并将其作为骨架制备了具有光子禁带的准固态电解质。通过研究基于不同电解质的DSC的光电性能,揭示了电解质的反蛋白石结构对电池光捕获、能量转换效率、阻抗和稳定性的影响。结果表明:该结构可通过对透过光阳极的入射光的散射和反射来增强电池的光捕获能力和能量转换效率,而且其多孔结构还降低了电池的离子扩散阻抗,有利于提高电池的稳定性。

反蛋白石结构多孔g-C_(3)N_(4)的制备及光催化性能综合实验

利用多孔材料的吸附扩散性能与半导体材料的光催化性能的协同效应处理水体污染技术是当前的研究热点之一。首先,以正硅酸四乙酯为硅源,经水解、离心自组装制备的蛋白石结构SiO_(2)胶晶为硬模板剂,单氰胺为前驱体制备了反蛋白石结构多孔g-C_(3)N_(4)材料;其次,利用XRD、SEM、TEM以及氮气吸-脱附等手段对产物进行了表征;最后,以罗丹明B(RhB)为模拟污染物对样品进行光催化降解性能测试,并提出了其光催化作用机理。结果表明:所制备的三维有序大孔g-C_(3)N_(4)样品具有典型的反蛋白石结构形貌;与块状g-C_(3)N_(4)相比,最优原料配比条件下所得反蛋白石结构多孔g-C_(3)N_(4)样品(IOCN-1.0)的比表面积和催化降解RhB的效率均明显提升。该综合实验操作简单且安全高效,不但能锻炼学生的综合实践动手能力,还能培养学生的科研意识和创新思维。