不同离子掺杂策略下的无铅卤化物钙钛矿发光性质及其应用

综述不同离子掺杂策略下无铅卤化物钙钛矿于可见及近红外区域的发光性质及其应用研究进展。无铅卤化物钙钛矿因其独特的光学性质在照明、显示、防伪和生物成像等技术领域有着广泛的应用。针对荧光材料发光性能进行调控,有利于拓展其在温度传感、防伪识别、静脉成像等技术领域的应用。普通的无铅卤化物钙钛矿自身发光效率低且发光性质单一,限制了其实际应用。为解决这一问题,研究人员采用不同离子掺杂策略以实现针对可见及近红外区域的发光调控,拓展无铅卤化物钙钛矿的应用场景。随着无铅卤化物钙钛矿在可见及近红外光领域的广泛应用,具有高效荧光量子产率的荧光材料被不断研发出来,但现阶段的报道大多仅集中在发光效率的研究上。当前的研究工作还应侧重于对发光热∕水稳定性、合成原料价格及合成工艺复杂性的改善,以进一步挖掘高效发光材料的商用价值。

离子掺杂调控双钙钛矿量子点发光性能的研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有灵活的晶体结构、带隙可调性、缺陷容忍性和高荧光量子产率等优异性能而备受关注.但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性一直是阻碍其商业应用急需解决的问题.因此,需要探索更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料.近年来,通过替换铅离子发展起来的非铅双钙钛矿结构成功实现了低毒性和高稳定性,但由于其是间接带隙或因为宇称禁阻的直接带隙而造成光致发光效率极低.为了解决此问题,研究人员开发了离子掺杂策略,实现了光致发光效率的提升.本文综合评述了非铅双钙钛矿材料的晶体结构和发光性能,归纳了主族金属、稀土金属和过渡金属掺杂对非铅双钙钛矿发光性能的影响及其发光机制.最后,对离子掺杂策略的应用和进一步提升非铅双钙钛矿发光材料的性能进行了总结和展望.

Mn离子掺杂Pr_(0.5)Ba_(0.5)Fe_(0.9)Mn_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿SOEC阴极电解CO_(2)性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO_(2)时其阴极是CO_(2)还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_(0.5)Ba_(0.5)Fe_(0.9)Mn_(0.1)O_(3-δ)(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO_(2)的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^(-2),较使用未掺杂的Pr_(0.5)Ba_(0.5)FeO_(3-δ)(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO_(2)SOEC阴极材料。

Cr离子掺杂超宽带近红外发光材料的设计方法

【目的】Cr离子掺杂近红外(near-infrared,NIR)荧光材料在食品安全、医疗诊断、现代农业与环境保护等各领域广泛应用,获得研究人员的大量关注。NIR荧光材料的发射带宽对近红外光谱技术检测分析的灵敏度和检测范围至关重要,为获得Cr离子激活的超宽带NIR荧光材料,分析Cr离子的价态和晶格格位占据,理解发光构效关系,对实现新型Cr离子激活的超宽带NIR荧光材料具有重要意义。【研究现状】综述NIR荧光材料中Cr离子的常见价态,总结Cr离子掺杂超宽带NIR荧光材料的设计方法,概括不同方法制备材料的发光机制,对比不同近红外荧光材料设计方法的优缺点。【结论与展望】认为选取弱晶体场环境基质材料,进行晶格位点调控是获得高效Cr离子掺杂超宽带近红外发光材料的有效方法。

偏钛酸型钛锂离子筛离子掺杂改性研究进展

偏钛酸型钛锂离子筛是一种能够从盐湖中高效提锂的吸附材料,具有很高的理论锂吸附容量,极具应用潜力。但在实际使用过程中发现其实际吸附容量难达到理论值,这阻碍其进一步推广。离子掺杂改性被证明是优化吸附剂的有效手段,但目前对于偏钛酸型钛锂离子筛进行离子掺杂改性的研究处于起步阶段。文章对离子掺杂改性偏钛酸型钛锂离子筛的研究现状进行综述,旨在为开发具有更高性能的偏钛酸型钛锂离子筛提供参考。

离子掺杂型复合导电水凝胶的制备

复合导电水凝胶是近几年导电水凝胶的一个重要研究分支。文章通过在聚N-异丙基丙烯酰胺中掺杂海藻酸钠得到海藻酸钠/聚N-异丙基丙烯酰胺(即SA/PNIPAM)复合水凝胶,在SA/PNIPAM复合水凝胶中掺杂金CuCl_(2)、FeCl_(3)进行进一步的改性,分别测试制备出的复合导电水凝胶的了其导电性能、机械性能、应力/应变传感性能测试。发现海藻酸钠与聚N-异丙基丙烯酰胺的复合导电水凝胶具有良好的机械性能。复合导电水凝胶对于压力反映明显,可用于制备不同传感器,满足不同需求。复合导电水凝胶可以导电,并且导电性能理想,可用于导电材料。

镧系离子掺杂Li_(0.9)K_(0.1)NbO_(3)荧光粉的多色多模荧光调控及防伪应用

多色多模荧光材料在信息安全加密领域具有重要的应用价值,然而目前多色多模荧光材料的设计合成仍然是一个挑战.本文采用高温固相法制备了一系列Li_(1–x)K_(x)NbO_(3):Pr^(3+)/Er^(3+)/Tm^(3+)单掺及双掺荧光粉.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪以及自搭建的加热装置,对其结构、形貌、光谱学特性以及热释光性能进行表征.研究了Li_(0.9)K_(0.1)NbO_(3)基质中Pr^(3+),Er^(3+),Tm^(3+)单掺及共掺调控的多色多模荧光特性与上/下转换、余辉和光激励荧光机理.基于优异的光谱特性,将三基色荧光粉设计成蝴蝶图案,采用不同波长光选择激发,展现了图案和色彩的动态变化,具有高阶多色多模防伪能力.

高载量钴离子掺杂MnO_(2)用于高性能锌离子混合电容器

通过恒流电沉积的方法在柔性碳布上制备了钴离子掺杂的MnO_(2),其负载量达到13.8 mg/cm^(2)。利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)和电化学工作站等对材料的结构和性能进行表征,探究了钴离子掺杂对MnO_(2)电化学性能的影响。结果表明,当该电极与活性炭组装成液态锌离子混合电容器(zinc ion hybrid capacitors,Zn-HCs)时,Zn-HCs在2 mA/cm^(2)的电流密度下,面积比电容高达5883.0 mF/cm^(2),面积能量密度为3154.9μWh/cm^(2),与锌离子电池的能量水平相当。当该电极与活性炭组装成准固态柔性Zn-HCs时,Zn-HCs具有较好能量密度(在1 mW/cm^(2)的功率密度下达1351.1μWh/cm^(2))的同时具有优异的机械柔韧性,使Zn-HCs有望应用于新一代的柔性可穿戴设备。

阳离子掺杂措施优化铜锌锡硫硒电池性能的研究进展

铜锌锡硫硒(Cu_(2)ZnSn(S,Se)_(4),简称CZTSSe)薄膜太阳能电池因其组成元素地壳含量丰富,低毒环保等优点被科学家们认为是适合未来大面积发展的一类太阳能电池。当前,该类太阳能电池的效率一直受到吸收层中高的阳离子无序度和器件的低开路电压的限制。为此,科学家们提出“阳离子掺杂措施”,即:通过引入其他阳离子,减少本身的阳离子无序度,从而提高电池器件的光电转换效率。事实也证明,阳离子掺杂措施在提升电池器件性能方面有着重大的意义。基于此,详细阐述了阳离子掺杂措施在优化铜锌锡硫硒电池器件性能方面的研究进展,包括:阳离子(如:钠、钾、锑)的额外添加和阳离子取代(如:锂/银取代铜、锰/镁/钡/镉取代锌、锗取代锡)措施,并得出结论:最有前景的阳离子是镉和锗离子,考虑到镉的有毒性,所以锗应该是优化CZTSSe电池性能方面最有应用前景的一种元素。

亚铜离子掺杂增强氯化镍高温放电性能研究

氯化镍(NiCl_(2))作为一种高电位热电池正极材料,自身不佳的导电性限制了其在热电池中的应用。在本研究中,利用液相混合-低温煅烧工艺制备了亚铜离子掺杂的氯化镍(NiCl_(2)-Cu_(x))。其中NiCl_(2)-Cu5具备最佳的电化学性能,与NiCl_(2)相比,NiCl_(2)-Cu5展现出高电压、高比能量优势,尤其是在500 mA cm-2电流密度下,NiCl_(2)-Cu5展现出724 Wh kg-1的高比能量,相比于NiCl_(2)约提升了82%。脉冲测试证明,NiCl_(2)-Cu5正极材料具备更低的内阻,能够缓解放电过程中的欧姆极化,实现高比能量输出。这项工作为高性能热电池正极材料的开发提供了一种新的思路。

低冰镍衍生的具有高结构稳定性和快速扩散动力学的钠离子掺杂层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极

通过共沉淀法合成钠离子(Na^(+))掺杂的高稳定性Li_(1−x)NaxNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(NCM-Na)正极材料。首先论证采用低冰镍提取镍作为合成材料镍源的可行性。其次,在化学试剂合成的NCM(Ni,Co,Mn)材料中预先引入最优含量的Na^(+),占据部分Li^(+)位点,实现具有更低Li^(+)/Ni^(2+)阳离子混排的稳定结构,从而提高其电化学性能。结果表明,当Na+掺杂量为1%(质量分数)(x=0.01)时,获得的NCM-Na正极材料在1C电流密度下,循环100次后容量保持率从76.84%提高至89.21%。特别是在5C大电流密度下,循环200次后,可逆放电比容量依然维持在110 mA·h·g^(-1)。这为杂原子掺杂耦合材料化冶金开发低成本、高性能锂离子电池三元LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料提供具有前景的策略。

金属阳离子掺杂对羟基磷灰石微球性能的影响

金属离子掺杂能给羟基磷灰石赋予独特的性能,如磁性、抗菌性、骨诱导性等。本工作采用气动挤出打印法制备了毫米级羟基磷灰石-海藻酸钠复合微球,然后用二价金属阳离子(Ca^(2+)、Sr^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+))交联复合微球并烧结实现金属阳离子的掺杂,详细研究了不同离子掺杂对微球性能(宏微观结构、物理化学性能和生物学性能)的影响。结果表明,不同离子掺杂对羟基磷灰石性能的影响存在一定的差异。四种离子对微球宏观形貌的影响不大,但是铜和锌的存在可促进HA在烧结过程中向β-TCP相的分解,导致微球的降解速率提高。5%Cu-HA-1200和5%Zn-HA-1200微球抑菌率显著高于5%Ca-HA-1200、5%Sr-HA-1200微球。细胞在四种微球表面生长良好。本研究获得的HA/β-TCP双相微球有望在骨缺损修复领域得到应用。

金属离子掺杂的硅磷酸钙陶瓷在骨修复领域的研究进展

因牙周疾病、肿瘤、外伤、先天畸形所致的口腔硬组织缺损给口腔功能重建带来极大困难。硅磷酸钙[Ca5(PO4)2SiO4,简称CPS]生物陶瓷因其良好的生物相容性、可降解性、骨传导性和骨诱导性,成为新一代骨缺损修复材料的研究热点。天然人体矿化组织中含有Cu^(2+)、Fe^(3+)、Zn^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)等多种金属离子,具有其独特的生物特性,将这些金属离子加入到硅磷酸钙中对于材料改性有着巨大的潜力。本文概述了目前针对硅磷酸钙性能的研究进展,重点介绍了离子掺杂对生物陶瓷理化性质的影响及金属离子在抗菌、促进成骨和新血管生成等方面的作用及其可能机制,并对硅磷酸钙类材料今后的发展方向做一展望。

Cr^(3+)、In^(3+)、Sb^(3+)离子掺杂BiVO_(4)电催化氧化水产过氧化氢

过氧化氢(H_(2)O_(2))作为一种环境友好的化学品被广泛应用于多个领域。相对于传统的蒽醌法,基于双电子水氧化过程电催化制备H_(2)O_(2)具备反应过程简单、毒副产物少、可原位合成等优点。采用旋涂法制备掺杂不同浓度、不同种类金属离子(Cr^(3+)、In^(3+)、Sb^(3+))的钒酸铋(BiVO_(4))薄膜,并系统探究其电催化氧化水产H_(2)O_(2)性能。实验结果表明,掺杂Cr^(3+)可以提高BiVO_(4)的电流密度,其中3%Cr:BiVO_(4)在3.08 V vs RHE偏压下的电流密度约为29 mA/cm^(2);掺杂In^(3+)和Sb^(3+)可以提高BiVO_(4)对双电子水氧化反应的选择性。

二甲基胺阳离子掺杂甲胺铅溴钙钛矿材料的固体NMR研究

本文利用氘核磁共振((2)^H NMR)技术对阳离子掺杂铅溴钙钛矿MA_(0.6)DMA_(0.4)PbBr_(3)中内嵌阳离子的运动状态进行了较为深入的研究.通过对二甲基胺(DMA)和甲胺(MA)阳离子的选择性氘代,我们实现了对上述材料中不同内嵌阳离子的选择性NMR观测.研究结果显示,在低温下,该材料中的DMA与MA阳离子都接近于双重旋转模型;随着温度升高,DMA与MA阳离子的运动自由度增加,其运动逐步转变为快速各向同性运动.且在相同温度时,DMA阳离子比MA阳离子运动更快,表明该材料中阳离子运动状态不一致.在对阳离子运动研究的基础上,我们对该材料相结构转变的分子机制进行了探讨.

非金属离子掺杂纳米二氧化钛复合光催化材料降低水中污染物的研究进展

对非金属离子掺杂纳米二氧化钛复合光催化材料降低水中污染物的研究进展进行论述;非金属离子掺杂纳米二氧化钛复合光催化材料相较于纳米二氧化钛,其禁带宽度变窄,提高了在可见光区的吸收性能,提高了光催化活性,提高了污染物降解率。

阴离子掺杂Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)的制备及储锂性能

层状富锂锰基氧化物在首次放电过程中晶格结构会发生相转化而引发晶格氧的不可逆损失,导致其低的首圈库伦效率(ICE)以及差的循环稳定性.减少表面活性氧(O^(2-))来抑制不可逆氧气的析出是提高该类材料电化学性能的关键.基于HSAB软硬酸碱理论,分别以FCl,FBr、FI三种不同的阴离子组合对Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)材料进行协同掺杂.得益于更稳定的反应界面,掺杂后的材料在充放电过程中的相转变得到了抑制,减少了不可逆氧的释放,基于此,阴离子掺杂材料的ICE从73.4%提高到了81.5%.此外,F-离子更强的相互作用抑制了过渡金属向Li位的迁移,从而提升了其循环稳定性.

离子掺杂羟基磷灰石的抗菌改性研究进展

骨修复材料植入术所造成的局部感染是手术并发症中之一,会导致手术失败并且增加患者治疗或二次手术的痛苦和费用。羟基磷灰石(Hydroxyapatite)材料具有与生物硬组织相似的结构与化学组成,具有优异的生物活性,备受国内外研究者们的关注。羟基磷灰石本身无抗菌特性,然而离子的掺杂赋予了羟基磷灰石出色的抗菌特性以及其他各类特性。当前研究的热点主要是常见金属离子元素掺杂羟基磷灰石的特性,近年来,一些类金属、重金属和部分镧系稀土元素掺杂的羟基磷灰石也开始获得研究。本文综述了一些常见的金属离子,镧系稀土金属离子,非金属离子还有其他离子单一掺杂和多种离子共掺杂羟基磷灰石的抗菌性能的研究进展,最后对存在的问题及未来的发展做了总结及展望。

离子掺杂钙钛矿量子点玻璃研究进展

近年来,全无机钙钛矿量子点因其优异的光电性能受到研究者的广泛关注,但其较差的稳定性极大地限制了其应用。利用玻璃优异的稳定性,控制钙钛矿量子点在玻璃中原位析出,使玻璃包覆在钙钛矿量子点周围,隔绝其与外界环境的接触,有效地提高了其稳定性。通过在钙钛矿量子点玻璃中掺杂特定的离子可以调控钙钛矿量子点的析晶情况和发光峰位,并可引入新的发光中心。本文根据掺杂离子的目的,综合介绍了离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究进展,为近期关于离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究提供了思路和参考。

石墨烯复合金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化材料的研究进展

对石墨烯复合金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化材料在污染物治理、CO_(2)还原和资源化、H_(2)生产等方面的研究进展进行了论述。石墨烯复合金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化材料相较于纳米二氧化钛,其禁带宽度变窄,提高了在可见光区的吸收性能,提高了光催化活性,提高了污染物降解率、CO_(2)还原和资源化的产率和H_(2)生产效率。