过渡金属掺杂对MnO_(x)-CeO_(2)低温SCR性能的影响

通过水解驱动氧化还原法合成了掺杂过渡金属的2Mn-Ce-M(M为Fe,Cu,Ni,Cr)催化剂,考察了过渡金属掺杂对低温SCR脱硝性能的影响.其中2Mn-Ce-0.2Cr催化剂比表面积较大,氧化还原能力适中,具有丰富的酸性位点和氧空位、最高的化学吸附氧含量及酸位强度,有利于低温下NH_(3)-SCR反应的顺利进行.2Mn-Ce-0.2Cr催化剂的低温NH_(3)-SCR活性最好,能在100~225℃的宽温度区间内保持80%以上的NO_(x)转化率,在125℃时NO_(x)转化率更是达到99.1%,为中低温催化还原烟气中的NO_(x)提供了新思路.此外,2Mn-Ce-0.2Cr还具有良好的抗硫抗水能力,在150℃下,加入40×10^(-6)的SO_(2)反应5 h,其催化活性稳定在98%;在3%的水蒸气下,其效率保持在95%以上.

过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)掺杂Janus Ga_(2)SSe的第一性原理研究

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga_(2)SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明:过渡金属掺杂Janus Ga_(2)SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的稳定性.其中Mn掺杂体系形成能在两种条件下皆为最低.本征Ga_(2)SSe是具有2.02 eV带隙的间接带隙半导体,在紫外区域有着很好的光伏吸收能力.与本征Ga_(2)SSe相比,Cr掺杂体系自旋向上通道出现杂质能级,自旋向上与向下通道不对称,呈磁矩为2.797μB铁磁性半金属.Mn掺杂体系在其自旋向上通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.645μB的磁性P型半导体.Fe掺杂体系自旋向下通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.748μB磁性P型半导体.在Tc与Re掺杂后,带隙皆由间接变直接带隙,呈无磁性的P型半导体.从光学性质来看,各掺杂体系与未掺杂Ga_(2)SSe在介电常数和折射系数上相比有着明显的增强,吸收系数在高能量区(3~10 eV)出现蓝移现象.有着在紫外探测器和光伏吸收领域潜在的应用前景.

氮掺杂石墨烯负载过渡金属催化CO_(2)RR的DFT研究

设计了氮掺杂石墨烯负载四种过渡金属单原子催化剂用于CO_(2)RR(金属为Cu、Rh、Ir、Mn),考虑了5种氮配位(N_(1)、N_(2-1)、N_(2-2)、N_(3)和N_(4)),并通过第一性原理研究反应机理。自由能曲线显示Ir-N_(4)具有-0.323e V的低极限电位,通过增加缺陷改性的Rh-N_(4)的CO_(2)RR性能也得到了改善。进一步通过Ir-N_(4)和Rh-N_(4)的差分电荷和态密度曲线分析吸附中间体COOH和金属原子之间的电荷转移和键合状态,发现金属原子和COOH之间的强烈相互作用形成了共价键,从而降低反应的总能量。本研究为设计高效的单原子CO_(2)RR催化剂提供了理论参考。

过渡金属掺杂TiO_(2)纳米片的制备及其增强光催化性能研究

以钛酸四丁酯(TBOT)为反应物前驱体,采用溶剂热法制备了一系列过渡金属(TM=Mn,Co,Ni,Cu,Zn)掺杂TiO_(2)(TM-TiO_(2))纳米片状结构光催化材料.利用XRD,TEM,UV-Vis DRS,XPS等手段表征了材料的结构、形貌及光学特性.通过罗丹明B(RhB)降解实验测试了上述材料的光催化活性并讨论了光催化作用机理.实验结果表明:与纯TiO_(2)相比,TM-TiO_(2)的光催化活性明显增强,不同的TM掺杂浓度对TM-TiO_(2)光催化性能的影响存在一定的差异,其中Cu-TiO_(2)表现出相较于其他4种过渡金属离子掺杂TiO_(2)更优的光催化性能.TM-TiO_(2)光催化性能的提高得益于离子掺杂在TiO_(2)晶格中引起的局部晶格畸变增强了TiO_(2)的光吸收能力,同时有效促进了光生电子与空穴的分离.

过渡金属掺杂MoS_(2)析氢性能研究

采用密度泛函理论研究了不同过渡金属掺杂对MoS_(2)析氢性能的影响。分析了掺杂元素为第4周期过渡金属时,掺杂对MoS_(2)的平面、Mo边缘及S边缘析氢性能的影响。结果表明:本征MoS_(2)的边缘析氢性能远优于平面析氢性能,而S边缘的析氢性能高于Mo边缘。无论掺杂还是表面吸附过渡金属原子均提高了MoS_(2)平面的析氢性能,但是不同元素掺杂对S边缘和Mo边缘析氢性能的影响不同,计算结果表明Co掺杂MoS_(2)的平面、S边缘、Mo边缘具有最优的析氢性能,氢吸附的自由能变化分别为0.01 eV、-0.03 eV和0.07 eV。

过渡金属(Ni)掺杂ZnV_(2)O_(4)的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论下的MS软件模拟了过渡金属Ni掺杂ZnV_(2)O_(4)前后的能带结构、态密度以及光学性质.结果表明:ZnV_(2)O_(4)具有间接的光学跃迁且能带间隙为0.355 eV,Ni掺杂后能带间隙增加为0.785 eV,且带隙类型不变,引入的Ni-3d轨道电子对ZnV_(2)O_(4)的价带和导带组成提供了较大贡献.光学性质结果表明ZnV_(2)O_(4)为一种低介电材料,在可见光区的吸收系数和折射率较低,主要表现为紫外吸收.掺杂Ni后,在可见光区的吸收特性和光电导率均增大,有效改善了ZnV_(2)O_(4)在可见光区的光电性能.

过渡金属掺杂SnO_2的电子结构与磁性

采用密度泛函理论及赝势平面波方法,对未掺杂SnO2以及过渡金属V、Cr、Mn掺杂SnO2的超原胞体系进行了几何优化,计算了晶格常数、电子结构与磁学性质.结果表明,6.25%与12.5%两种掺杂浓度时,体系的电子自旋和磁学性质没有发生很大的变化;相对于未掺杂SnO2,过渡金属掺杂后SnO2中O原子有向过渡金属移动的趋势,并使得O与掺杂金属之间键长变短;在V和Cr掺杂后,SnO2具有半金属性质,而Mn掺杂SnO2没有发现上述性质.6.25%与12.5%的杂质浓度对自旋和磁矩影响不大,掺杂产生的磁矩主要来自于过渡金属3d电子态,且磁矩的大小与过渡金属的电子排布有关.V、Cr、Mn掺杂SnO2后的总磁矩分别为0.94μB、2.02μB、3.00μB.磁矩主要来源于过渡金属3d轨道的自旋极化,当O原子出现负磁矩的时候,还有很小一部分磁矩来源于临近过渡金属的Sn原子.

过渡金属离子掺杂改性TiO_2研究进展

综述了近年来国内外利用过渡金属离子掺杂改性TiO2的光催化性能和光响应范围、掺杂机理及掺杂模型;分析了制备方法、掺杂金属离子种类、浓度对TiO2光催化性能的影响;归纳总结了针对光催化研究目前的现状和存在的问题讨论了今后的研究方向。

过渡金属掺杂金红石相TiO_2能带结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理能带计算方法和超晶胞模型计算金红石相TiO2掺杂过渡金属元素的电子结构。计算结果表明,Zn掺杂对TiO2的带隙宽度影响不明显,V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的掺杂都有可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中杂质原子的t2g态起了重要作用。

过渡金属离子掺杂纳米TiO_2的机理和光吸收特性

综述了过渡金属离子掺杂改性 Ti O2 的光催化性能及掺杂离子的原子摩尔分数、半径、化合价等因素对 Ti O2 光催化性能的影响。同时结合具体实验结果 ,分析了掺 Fe3+ Ti O2 的光吸收特性。结果表明 ,Ti O2 的吸收阀值随掺 Fe3+量的增加而增大 ,拓宽了光响应范围 。

第一过渡系金属离子掺杂的TiO_2纳米粒子光催化活性的研究(英文)

用溶胶-凝胶法制备纯的和分别掺杂第一过渡系金属离子(V5+、Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+和Zn2+)的TiO2纳米粒子,以甲基橙的光催化氧化评价纳米粒子的活性,借助XRD考察掺杂对TiO2相变及粒径的影响,探讨金属离子的物化性质与其对TiO2性能影响的关系,研究掺杂改性的机制.结果表明:除Cr3+外的其它离子掺杂均能提高TiO2活性且最佳掺杂量相近,反应过程中V2O5析出使0.1%V-TiO2活性逐渐降低;掺杂均能轻微抑制锐钛矿向金红石的转变,对晶粒长大轻微抑制或无影响;离子适中的Ea/r及全充满或半充满的电子构型均有利于TiO2活性提高,两者谁占主导地位随掺杂离子不同而不同;离子化合价高于+4时高化合价对催化剂活性的正效应能完全克服不适的Ea/r与电子构型的负效应.第一过渡系金属离子掺杂对TiO2活性的影响由金属离子的Ea/r、电子构型及价态共同决定,与掺杂对TiO2结构相变和粒径的影响关系不大.

过渡金属Fe^(3+)离子掺杂改性TiO_2的光催化性能研究进展

对近年来利用过渡金属Fe3+离子掺杂改性TiO2的光催化性能研究进行了综述.分析了掺杂金属Fe3+离子的电位、电子轨道构型、化合价、离子半径、浓度和掺杂制备方式对TiO2光催化性能的影响,并提出应用前景、存在问题和发展方向.通过掺杂过渡金属Fe3+离子改进TiO2光催化剂的禁带宽度,使反应的响应光谱向可见光扩展,并且有效地抑制电子-空穴的复合,提高半导体的光催化效率,通过改性可以直接利用太阳能.另外,针对掺杂机理尚不清楚、光量子效率仍然不高和回收困难的缺点.采用溶胶-凝胶法制备负载型掺杂改性纳米TiO2成为研究的热点,其中利用非耐热材料可以制成上浮型负载体,更利于回收,成为研究的新方向.

钼表面Cu掺杂MoS_(2)催化层的制备及其电催化性能研究

采用一步水热法在钼片表面原位合成过渡金属Cu掺杂的MoS_(2)催化层,比较不同比例Cu掺杂对催化层结构及电催化析氢性能的影响,讨论Cu掺杂用于提升电催化性能的作用机理。结果显示,过渡金属Cu掺杂对材料微观形貌有一定的影响,并且随着Cu掺杂比例的提高,表面形貌逐渐细化均匀,形成纳米结构。Cu的引入对材料在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中电催化性能有着较大的提升,仅需要183 mV的过电位即可达到10 mA∙cm^(-2)的电流密度。这种良好的电催化性能归因于以下3点:1)CuO/MoS_(2)异质结构改变了MoS_(2)电子结构,加速电子传递;2)导电基底及原位硫化工艺的使用有效减小了电荷转移电阻;3)纳米尺寸的片状结构对电化学活性面积的提高起到显著作用。综上所述,钼片表面原位合成Cu掺杂的MoS_(2)催化层制备方法简单,能够有效提高材料的电催化性能。

过渡金属离子掺杂Zn_3(OH)_2V_2O_7·2H_2O的合成及其光催化性质

利用水热法合成了3d过渡金属离子掺杂Zn3(OH)2V2O7·2H2O的微米花结构,其分子式可表达为Zn3-3xM3x(OH)2V2O7·2H2O(其中M=Cu,Co,Ni,Mn;0.001≤x≤0.20)。应用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS、EDX和BET等分析测试技术对产物进行了表征。结构和形貌分析结果显示过渡金属离子掺杂后产物仍保持Zn3(OH)2V2O7·2H2O的六方晶体结构,微米花由主晶面为(0001)的纳米片组装而成。紫外-可见漫反射光谱显示过渡金属离子掺杂后带边吸收红移,其中以Cu的掺杂产物Zn3-3xCu3x(OH)2V2O7·2H2O最为明显,带边吸收扩展到可见光区。首次对Zn3(OH)2V2O7·2H2O及其不同金属离子掺杂产物Zn3-3xM3x(OH)2V2O7·2H2O进行了可见光催化降解有机污染物的研究,结果显示与其它产物相比掺0.1at%Cu的Zn2.997Cu0.003(OH)2V2O7·2H2O对亚甲基蓝(MB)的可见光催化降解效果最好。对掺杂离子种类、掺杂离子浓度对产物可见光催化性质的影响也进行了考察。

过渡金属掺杂锐钛矿TiO2(101)表面的改性

采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对过渡金属Fe,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag和Au的中性原子在锐钛矿TiO_2(101)面上的掺杂改性开展了系统深入的理论研究.通过比较分析锐钛矿TiO_2(101)面掺杂前后的几何结构、电子结构和光学性质等,揭示了宏观催化活性与电子结构、光电子特性之间的关联.结果表明:过渡金属掺杂能减小禁带宽度或引入杂质能级,从而提高TiO_2(101)面的可见光响应;杂质能级通常位于禁带内,这主要是由过渡金属原子的d电子态贡献形成的;不同过渡金属掺杂的TiO_2(101)面具有不同的光催化性能,这与掺杂后的禁带宽度、费米能级位置、杂质能级的形成位置以及过渡金属原子的最外层电子排布等有关.本研究为TiO_2光催化剂结构设计与改性提供了指导性参考,并有利于加深人们对其他材料的过渡金属掺杂的理解.

CeO2负载过渡金属催化氧化甲苯

采用浸渍法制备了一系列过渡金属/CeO 2催化剂,通过催化活性评价和催化表征等方法考察了过渡金属/CeO 2催化剂催化氧化甲苯的活性。研究表明:过渡金属/CeO 2催化剂活性为Mn/CeO 2>Co/CeO 2>Cr/CeO 2>Fe/CeO 2>CeO 2。Mn/CeO 2催化剂具有最低的起燃温度,甲苯转化率达到50%时的温度(T 50)为180℃,其在215℃下甲苯的转化效率可稳定在80%。过渡金属/CeO 2催化剂的活性主要由过渡金属活性组分决定。Mn/CeO 2、Co/CeO 2、Cr/CeO 2和Fe/CeO 2催化剂中活性组分分别为Mn 3O 4、Co 3O 4、Cr 2O 3和Fe 2O 3,其中Mn 3O 4的催化活性最强,Co 3O 4次之。此外,催化剂活性与催化剂的物化结构及活性氧物种有一定的关系。Mn/CeO 2具有最大的比表面积、孔体积和Ce(Ⅳ)的3d 94f 2O2p 4形式比例及合适的活性氧物种比值(晶格氧、表面氧摩尔比为3.8)。

过渡金属(W、Mo、Nb、Fe、Ni)掺杂Cr_2N的结构稳定性及电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对未掺杂Cr_2N及掺杂过渡金属W、Mo、Nb、Fe、Ni于Cr_2N超晶胞形成的Cr_(23)MN_(12)(M=W,Mo,Nb,Fe,Ni)的结构稳定性及电子特性进行研究。从形成热和结合能来看,W、Mo、Nb、Fe和Ni替换Cr掺杂到Cr_2N超晶胞中均可形成稳定结构Cr_(23)MN_(12)(M=W,Mo,Nb,Fe,Ni)复合氮化物。在所有掺杂元素中,Nb最容易掺杂于Cr_2N中形成Cr_(23)NbN_(12)复合氮化物,而W、Mo掺杂后形成的Cr_(23)WN_(12)、Cr_(23)MoN_(12)具有更高的稳定性,这是W-5d、Mo-4d和N-2p轨道耦合产生的影响。Fe、Ni掺杂后形成的Cr_(23)FeN_(12)和Cr_(23)NiN_(12)复合氮化物稳定性降低,主要是由于N原子中电荷转移给了Fe、Ni,而使得Cr_(23)FeN_(12)和Cr_(23)NiN_(12)复合氮化物电化学活性增强。

过渡金属掺杂MgH_2的结构和磁性的第一性原理研究

为研究过渡金属掺杂对氢化物铁磁性的影响,采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,以Mg H2为基本材料,以过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)元素替代2×1×2超晶胞中的Mg原子建立掺杂模型Mg1-xMxH2(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni),并计算模型自旋极化的磁性、能带结构和态密度等性质.结果表明:与Mg H2中的Mg—H键相比,过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)—H间的相互作用明显增强,造成Mg—H间强烈的离子键和部分共价键的相互作用随着过渡金属的掺杂而被削弱.掺杂体系中,V和Cr是受主杂质,而Mn、Co和Ni体系中,自旋极化率相对较低,且穿过费米能级的子带的斜率较低.研究表明过渡金属(V、Cr、Mn、Co和Ni)掺杂的Mg H2体系虽然可以导电,但电导率较小,具有比较稳定的半金属性.

过渡金属的掺杂对于α-MnO2催化剂催化性能的影响

采用简单的水热法合成法成功制备了不同过渡金属(Fe、Co、Cu)掺杂的α-MnO2纳米线催化剂。过渡金属掺杂后催化剂晶体结构和形貌分别通过XRD和SEM进行表征,电催化性能通过循环伏安曲线,线性极化曲线,电化学阻抗谱等手段进行研究。研究表明,过渡金属掺杂能够提高催化剂再氧还原催化反应中的半波电位,极限电流密度等参数,表明催化剂的动力学性能得到了显著改善。在三种过渡金属中,Fe掺杂的效果最为明显,最具有期望成为高活性催化剂的替代品。

过渡金属离子掺杂改性Cu2ZnSnS4基薄膜太阳电池的研究进展

铜锌锡硫基(Cu2ZnSnS4-based)光伏材料因其优异的性能在太阳能电池中具有广泛的应用前景。然而由于CZTS体系中阳离子大小接近,Cu+和Zn2+化学失配较小,导致大量的点缺陷和缺陷簇存在,致使CZTS中有大的开路电压赤字限制了其效率的提升。过渡金属Cd、Fe、Mn、Co、Ni等元素的掺杂对于铜锌锡硫基(Cu2ZnSnS4-based)薄膜光电性能的改善具有重要意义,适当的阳离子取代能够克服CZTS材料中大的开路电压Voc赤字,同时改变阳离子取代浓度可以调节带隙结构。通过不同元素的掺杂,可实现光电性能更优的需求。本文通过分析不同掺杂元素及掺杂浓度对CZTS基薄膜光电性能的影响,综述了近年来利用过渡金属(Cd, Fe, Mn, Co, Ni)离子掺杂改性Cu2ZnSnS4基薄膜太阳电池的研究进展,并提出了CZTS基薄膜电池的应用前景、存在问题和发展方向。