Ga-N共同掺杂CoP催化氨硼烷制氢机理的理论研究

本文通过密度泛函理论(DFT),计算研究了金属原子Ga和非金属原子N共同掺杂磷化钴(CoP)作为催化剂催化氨硼烷(NH_(3) BH_(3))的脱氢过程.在这里,我们设计了四条可行的反应路径,并且计算了每条路径中间体过渡态的能量.通过研究结果得出结论,路径Ⅱ为最优反应路径.这将为金属和非金属共同掺杂CoP催化NH_(3) BH_(3)脱氢反应提供一定的理论基础.

基于Nb掺杂Co_(3)O_(4)的高性能对二甲苯气体传感器

p型Co_(3)O_(4)具有优异的挥发性有机化合物(VOC)催化氧化活性,但其在空气中呈现空穴累积层(HAL)构型,导致本征Co_(3)O_(4)传感器的VOC响应较弱。利用共沉淀法合成了0~5%Nb掺杂的Co_(3)O_(4)纳米材料,缺陷与形貌表征结果表明高价Nb掺杂剂可诱导p型Co_(3)O_(4)发生晶格畸变及形貌改变,为对二甲苯气敏特性的提升发挥了重要作用。气敏测试结果表明:在最佳工作温度150℃下,3%Nb-Co_(3)O_(4)传感器对体积分数为100×10^(-6)的对二甲苯的响应从1.3(纯Co_(3)O_(4))提高到14;其选择性也得到了改善,可通过线性判别分析(LDA)准确识别9种不同气体。在为期15 d的稳定性测试中,其性能未有明显衰减。3%Nb-Co_(3)O_(4)表现出优异的对二甲苯传感器特性,为高性能p型金属氧化物半导体VOC传感器的设计提供了参考。

Mn掺杂CoB催化剂在NaBH_(4)液相释氢中的应用研究

CoB非晶催化剂制作成本低,性能良好被广泛应用于NaBH4水解制氢反应中。本文通过液相共还原法制备了一种Co-Mn-B多元非晶合金催化剂,系统研究了过渡金属Mn掺杂对CoB非晶催化剂的影响,采用XRD、SEM、EDS和XPS等手段对Mn掺杂催化剂的晶相结构、微观形貌和元素价态进行了系统分析,同时对催化剂进行了产氢性能测试,探究了Co-Mn-B催化剂催化NaBH4水解的催化活性和动力学参数。研究结果表明:大范围掺杂Mn得到的三元非晶催化剂依然保持了材料的非晶态结构,Mn掺杂能够明显降低催化剂非晶粒子的团聚现象;当掺杂摩尔比为5%时,Co-Mn-B三元非晶催化剂表现出了最佳的催化性能,在30℃条件下,其水解产氢速率可达1300 mL·min^(-1)·g^(-1);通过阿伦尼乌斯曲线可知,基于该催化剂硼氢化钠水解反应活化能为34.1 kJ·mol^(-1)。

Al掺杂CoCrNiAlY金属黏结层的高温抗氧化行为研究

采用电弧离子镀技术在GH4169高温合金表面制备CoCrNiAlY和Al掺杂CoCrNiAlY涂层,系统开展涂层的高温抗氧化行为与机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层的物相结构特征、氧化反应产物及表/截面微观形貌。研究结果表明,未掺杂CoCrNiAlY涂层表现较差的结构稳定性和抗氧化性能,涂层呈持续氧化增重趋势,200 h涂层质量增重达0.38 mg/cm^(2)。然而,Al掺杂显著提升CoCrNiAlY涂层的高温抗氧化性能与结构稳定性,质量增重率先迅速增大后趋于稳定,200 h涂层的质量增重约0.30 mg/cm^(2)。本研究结果充分证实Al元素掺杂可显著改善CoCrNiAlY金属黏结层抗氧化性能。

Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应(OER)作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物(AB_(2)O_(4))具有特殊的电子结构和优异的OER性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂Mn-Co_(3)O_(4),研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co_(3)O_(4)的OER催化性能。制备的Mn-Co_(3)O_(4)催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA·cm^(-2)下,其过电位分别为270和335 mV。Mn-Co_(3)O_(4)同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV·dec^(-1)。此外,Mn-Co_(3)O_(4)还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA·cm^(-2)下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路。

ZIF-67衍生的花状Ga掺杂Co_(3)O_(4)用于增强三乙胺传感性能

基于Ga^(3+)对Co-MOF(ZIF-67)进行掺杂的策略,衍生制备了具有花状结构的Ga掺杂Co_(3)O_(4)气敏材料,并应用于三乙胺(TEA)选择性气敏传感。采用X-射线衍射仪表征了气敏材料的晶体构型,结果表明,Ga离子成功地掺杂到Co_(3)O_(4)晶格中。采用扫描电镜以及透射电镜对气敏材料的微观形貌进行表征,结果表明,含有1%Ga掺杂比例的Co_(3)O_(4)具有更为疏松多孔的花状结构。采用X-射线光电子能谱以及氮气吸脱附测试对材料的氧空位含量以及比表面积进行表征,结果表明,含有1%Ga掺杂比例的Co_(3)O_(4)具有丰富的氧空位含量以及较大的比表面积。最后,采用CGS-8气敏测试分析系统对含有不同Ga掺杂比例的Co_(3)O_(4)气敏材料进行三乙胺选择性气敏测试,结果表明,Ga掺杂比例为1%的Co_(3)O_(4)气敏传感器显示出最优的TEA气敏响应特性,包括优异的灵敏度(42.3~100 ppm)以及极佳的选择性。

锚定在中空碳纳米笼上的Fe掺杂Co_(3)O_(4)用于高效电催化析氧

本研究采用[Fe(CN)_(6)]^(3-)阴离子交换2-甲基咪唑再于空气气氛下退火衍生的策略,制备了一种负载在氮掺杂中空纳米笼碳骨架上的Fe掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂(Fe-Co_(3)O_(4)/NC),用于电催化OER。XRD和HRTEM表征证实了Fe掺人Co_(3)O_(4)的晶格中。XPS表征明确了Fe引入后Co价态升高,这是基于Co^(2+)/Co^(3+)和Fe^(3+)的价电子构型诱导的电子由Co^(2+)/Co^(3+)向Fe^(3+)的转移,这会促使Co位点在OER过程中衍生为CoOOH活性物种,作为真正的电催化活性中心,这也被OER稳定性测试后的HRTEM和XPS表征所证实。电化学性能测试显示,该电催化剂的OER过电位仅有275 mV且能够在100 mA/cm^(2)的电流密度下稳定维持20 h,兼具优异的电催化活性和稳定性,与20%Pt/C组成的两电极体系在自制膜电极装置中电催化全解水,仅需2.041 V施加电位即可实现100 mA/cmCo_(3)O_(4)的电流密度,具有工业应用前景。

B掺杂Co基氧化物/氢氧化物电极材料的制备及其赝电容性能

采用先化学镀再电化学氧化的工艺在薄铜片基体表面制备出了掺杂B和未掺杂B的2种Co基氧化物/氢氧化物电极材料,并对其进行了结构表征和电化学性能测试。研究结果表明,2种电极材料表面相均由Co3O4和Co(OH)3构成,掺杂B的电极材料中B以氧化物的形式掺杂其中,掺杂量可达2.6wt%。电化学性能测试表明,2种电极材料均具有良好的可逆性,B掺杂后其比电容较未掺杂时提高了至少2.5倍,经历10 000次充放电循环实验后,掺杂B的电极材料的比电容保有率从98%提高到106%,说明B的掺杂有利于提高电极材料的比电容性能和电化学性能;阻抗谱实验表明,B的掺杂降低了电极材料表面电化学反应的电荷传递电阻,从而提高了其比电容。

化学法制备掺杂CoO的NiO及其电容性能研究

采用醇-水法制备了掺杂CoO的纳米级N iO粉体,研究了在N i(NO3)2中添加不同比例的Co(NO3)2对所得氧化镍电极电容性能的影响。对所制模拟电容器的容量测试表明,掺杂一定比例的氧化钴能显著提高比容量的值,并且有效降低了循环中比容量的衰减,增强了模拟电容器大电流充放电的稳定性。当Co(NO3)2与N i(NO3)2的体积比为1∶9时所得掺杂CoO的N iO电极的比容量最高,在放电电流密度为1mA/cm2时,比容量稳定值可达548F/g;30mA/cm2时可达410F/g。研究还表明,在小电流放电情况下,制备N iO前驱体所需不同的洗涤方式对制得的模拟电容器比容量的大小影响不大,但在大电流放电时,最后一遍醇洗制得的模拟电容器电容性能较好。

掺杂Co(Ⅱ)非晶态Ni(OH)_2的制备及其电化学性能

采用微乳液快速共沉淀法制备了掺杂Co非晶态氢氧化镍超细粉体样品材料,对其晶态、结构形貌进行了表征分析,研究了材料合成条件对其充放电等性能的影响,讨论其相应的作用机理,并测定了合成掺杂材料的循环伏安特性.所制材料样品的氧化还原可逆循环性和稳定性好:样品电极在恒流100 mA/g下充电4 h,50 mA/g放电,终止电压为1.0 V时,放电电压稳定于1.240 V,放电比容量达317.75 mAh/g,电化学活性较高.

掺杂Co的纳米TiO_2光催化降解水中五氯苯酚的研究

采用溶胶-凝胶法制备的掺杂Co纳米TiO_2粉体(Co/TiO_2),在紫外光照射下光催化降解水中五氯苯酚(PCP)。研究了光照反应时间、催化剂加入量、PCP溶液初始浓度等因素对纳米Co/TiO_2光催化降解五氯苯酚的影响。在溶液中五氯苯酚初始浓度为0.01mg/mL,pH=9～10,纳米Co/TiO_2加入量达到0.25mg/mL,光照时间为150min时,溶液中的PCP降解率达到了97%;纳米Co/TiO_2粉末与纳米TiO_2相比,在紫外光和可见光下对水中PCP的降解效果均有一定提高。

Mn^(4+)掺杂Co_3O_4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn^(4+)掺杂的Co_3O_4复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn^(4+)掺杂,Co_3O_4复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当nCo∶nMn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m2·g-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g-1,这比纯Co_3O_4纳米纤维的416 F·g-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co_3O_4纳米纤维则是76.4%。

Mn掺杂Co氧化物用于碱性氧还原与氧析出反应双功能催化剂

寻找具有氧还原(ORR)/氧析出(OER)双功能活性的非贵金属催化剂是突破可再生能源装置材料瓶颈的关键,本研究基于简单水热法对Co-Mn氧化物的有效制备途径进行探讨,并分析其性能与双金属成分、多价态、晶体结构间的关系.当Co/Mn摩尔比为3或2时,可以得Mn掺杂的单一立方晶相结构.XPS分析发现Mn的加入不仅作为活性位点,并且可以有效调控Co的电子结构,提供了更多活性更优的Mn^3+及Co^3+离子,从而提升了电催化性能.通过比较发现,Co0.75Mn0.25O具有最佳的ORR及OER催化活性,其ORR的半波电势(E1/2)为0.73 V,电流密度10 mA·cm^-2时的OER超电势(ηOER)为469 mV,OER与ORR电势差ΔE为0.97 V,相对于单金属CoO有明显提升(E1/2为0.61 V,ηOER为503 mV).

掺杂Co^(2+)和Sm^(3+)对纳米ZnFe_2O_4铁氧体的电磁损耗性质的影响

采用NaHCO3与FeCl3?6H2O,ZnSO4?7H2O,Co(NO3)2?6H2O和Sm(NO3)3?6H2O进行室温固相反应制得碱式碳酸盐和氢氧化铁混合前驱物,先微波加热,再热分解分别制得复合氧化物ZnFe2O4,Co0.5Zn0.5Fe2O4和Co0.5Zn0.5Fe1.95-Sm0.05O4.由激光粒度分析仪、XRD和SEM表征:获得了颗粒分布均匀、平均粒度为62nm左右的立方晶系尖晶石结构的纳米铁氧体粉体.并测试样品的相对介电常数和相对磁导率,研究了它们的电磁损耗特性.结果表明:在ZnFe2O4中,掺入Co2+,Sm3+元素可以在100～1800MHz测试频率范围内不同程度提高材料的电磁损耗特性.

掺杂Co对K_2Nb_4O_(11)光催化性能的影响

采用高温固相法合成了不同Co掺量的K2Nb4O11,通过XRD分析了所合成化合物的物相组成。光催化降解酸性红G的实验结果表明,Co掺量对K2Nb4O11光催化性能有较大的影响,确定了Co的最佳掺量;K2Nb4O11和CoNb2O6等氧化物的复合效应可能对光催化性能的改善起主要作用;掺Co的K2Nb4O11光催化降解酸性红G的反应动力学符合一级反应。

Nb_2O_5掺杂Co_2Z六角铁氧体的烧结行为和电磁特性(英文)

采用固相反应法制备Nb2O5掺杂Co2Z六角铁氧体[Ba3(Co0.4Zn0.6)2Fe24O41,Z-型]。通过显微结构观察和电磁性能的测试分析,研究了不同Nb2O5掺量对Z-型铁氧体烧结特性和电磁特性的影响。结果表明:由于Nb5+固溶于铁氧体中,增加了空穴浓度,使体扩散加剧,进而促进材料的烧结。适当添加Nb2O5可提高样品的致密化程度,改善Z-型六角铁氧体的显微结构和电磁特性。在Nb2O5掺量为Co2Z一次预烧料质量(下同)的0～0.8%内,随Nb2O5掺量增加,在Z-型六角结构相生长的同时,伴生M-相六角结构。六角结构致密度增加,磁导率增大,铁磁共振频率点移向低频。掺量为0.8%Nb2O5的样品在1260℃烧结6h,得到材料的相对密度为95%左右,起始磁导率为33,高μQ积,低损耗角tgδ和矫顽力Hcb。

表相掺杂Co的球形LiMn_2O_4制备及其电化学性能

通过CoSO4与LiOH溶液的沉淀反应,在球形Mn2O3前驱体表面包覆Co(OH)2,再与Li2CO3混合后于750℃下高温烧结20h,得到表相掺杂Co的尖晶石锰酸锂正极材料。SEM和XRD结果表明,合成样品为球形,表面粗糙,属于单一的立方晶系尖晶石结构,无其它杂相产生。与纯相LiMn2O4相比,表相掺杂Co的正极材料在室温和55℃时的循环比容量和电化学性能均得到一定提高。

掺杂Co纳米β-Ni(OH)_2的制备及其循环伏安行为

采用共沉积方法制备出掺杂Co的纳米β-Ni(OH)2,并对Co掺杂比例与材料性能的关系进行了研究。XRD、TEM测试结果表明,利用共沉积法可以制备出不同掺杂Co比例的纳米β-Ni(OH)2,随着Co掺杂比例的增大,材料的晶格缺陷明显增多,晶格参数和表面型貌也发生相应的变化。利用微电极的循环伏安(CV)行为研究表明,掺杂后材料的循环伏安性均较掺杂前有所改善,且Co的掺杂比例对材料的氧化峰电位(EP,a)、还原峰电位(EP,c)及质子扩散系数(D)均产生影响,当Co的掺杂比例为5%时,材料的质子扩散性能相对最好。

Sm^3＋掺杂Co0．6Zn0．4Ni0．8Fe1．2O4红外辐射陶瓷材料的研究

用常规固相合成法成功地制备出Sm^(3+)掺杂Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4红外辐射陶瓷材料,并通过XRD、FT-IR和IRE-2型红外发射率测量仪测试了材料的微观结构,分析了材料的结构特征与红外辐射性能的关系,发现Sm^(3+)的掺杂导致Sm^(3+)以一定的配位形式进入Co_(0.6)Zn_(0.4)Ni_(0.8)Fe_(1.2)O_4体系中,并形成了有限置换型固溶体结构。数据分析可知,Sm^(3+)掺杂浓度对材料的红外辐射性能存在一定的影响,样品Sm0.1在全波段的积分发射率为0.74,而在>8μm波段的平均发射率最高值可达0.94。

B_2O_3掺杂Co_2Z的低温烧结及磁性能研究

以掺杂B2O3与Cu2+取代相结合对Co2Z型高频软磁铁氧体材料的低温烧结规律进行了研究,并分析了掺杂B2O3降低Co2Z烧结温度及对磁性能影响的机理。研究表明,B2O3掺杂引起Co2Z型铁氧体材料中Z相向M相转化,且随着B2O3掺杂量的增大M相增多,磁导率减小。掺杂B2O3与Cu2+取代显著地降低了Co2Z陶瓷的烧结温度。950℃烧结时,其体积密度为5.02 g/cm3,相对密度为94%,起始磁导率为2.5,是制造高频多层片式电感器的理想介质材料。