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金属钛酸盐基压电催化剂的最新进展:改善压电性能和调节载流子输运以提高催化性能
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作者 王凯琪 何益明 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期111-134,共24页
压电催化技术是一种新兴的催化方法,能够有效地将清洁、丰富的机械能(如水流动能、潮汐能和风能)转化为化学能,在化学催化领域展现出显著潜力,为环境修复和能源管理提供可持续的解决方案.金属钛酸盐因其良好的压电响应、环保特性和成本... 压电催化技术是一种新兴的催化方法,能够有效地将清洁、丰富的机械能(如水流动能、潮汐能和风能)转化为化学能,在化学催化领域展现出显著潜力,为环境修复和能源管理提供可持续的解决方案.金属钛酸盐因其良好的压电响应、环保特性和成本效益,在压电催化领域备受关注.然而,压电催化活性的不足限制了其实际应用.为克服这一挑战,提高机械能响应效率和减少能量转换过程中的损失成为关键.研究人员通常从两个核心策略出发:一是优化压电性能,二是调控载流子传输.深入理解这些策略在提高压电催化活性中的核心作用,对于设计高效压电催化剂并推动压电催化技术发展具有重要意义.本文系统地总结了金属钛酸盐的分类、合成方法和设计策略.首先,根据其在压电催化中的应用,将金属钛酸盐分为单金属钙钛矿钛酸盐、多金属钙钛矿钛酸盐和层状类钙钛矿钛酸盐,并从结构角度揭示了其压电特性的起源.其次,概述了金属钛酸盐的主要制备方法,包括水热法、固态反应法、熔盐法和静电纺丝法,并从提升催化性能角度比较了它们的优缺点.在金属钛酸盐的设计策略部分,探讨了构建准同型相界、应变工程、居里点控制、外场诱导极化和定向晶体生长等方法对改善压电性能的可行性.特别是,构建准同型相界和采用外场诱导极化,可以分别降低极化旋转的能垒和诱导宏观极化,在提升金属钛酸盐压电催化性能方面表现出显著效果.此外,还强调了助催化剂负载、碳材修饰和半导体异质结构在促进载流子分离中的重要作用.其中,空间分离的助剂修饰能够较大程度地提高载流子的分离效率,进而显著增强压电催化性能.最后,本文对基于金属钛酸盐的压电催化剂的技术发展进行了展望,旨在推动压电催化剂的合理设计和实际应用.具体建议包括:(1)规范压电催化性能评价体系,以实现不同系统间催化剂性能的统一、合理评价;(2)综合评估影响压电催化的因素,寻求最优解,并加强多种策略的耦合设计;(3)加强有限元模拟和密度泛函理论等理论支撑,开发应用原位技术,以深入探究压电效应在催化过程中的具体贡献,加深对压电催化机理的理解;(4)发展基于低速搅拌、水冲洗、机械刷等微弱动力的压电催化技术,并设计对低频机械能敏感的新型催化剂,以适应自然界的能量条件;(5)研究宏观支撑的压电催化剂设计,以提高在应力条件下的稳定性,同时增强可持续利用性;(6)耦合其他先进的氧化工艺,以加速活性物质的生产.综上,本文聚焦环境修复和能源应用,深入分析了从压电特性改善和载流子运输调节两个角度出发的多种策略在提升金属钛酸盐压电催化性能中的关键作用,并对该领域的未来发展趋势和面临的挑战进行了展望.本文旨在为高效压电催化剂的设计提供参考和借鉴. 展开更多
关键词 压电催化 金属钛酸盐 增强策略 压电响应 载流子传输
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纳米碱土金属钛酸盐对MnO_2电极电化学行为的影响 被引量:4
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作者 刘献明 姚海军 +1 位作者 张校刚 夏熙 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2003年第11期1797-1802,共6页
采用溶胶 -凝胶法制得钙钛矿型MTiO3 (M =Mg ,Ca ,Sr,Ba)纳米粉体 ,并将所得纳米MTiO3 用于 40 %KOH电解液中MnO2 电极的物理改性 .恒流放电测试结果表明 ,掺杂 5 %的纳米MTiO3 能部分抑制MnO2 电极第二步放电过程中电化学惰性物质Mn3 O... 采用溶胶 -凝胶法制得钙钛矿型MTiO3 (M =Mg ,Ca ,Sr,Ba)纳米粉体 ,并将所得纳米MTiO3 用于 40 %KOH电解液中MnO2 电极的物理改性 .恒流放电测试结果表明 ,掺杂 5 %的纳米MTiO3 能部分抑制MnO2 电极第二步放电过程中电化学惰性物质Mn3 O4的生成 ,可使MnO2 电极放电提高 40 %以上 ;改性电极的可充性能也得到一定的改善 .循环伏安测试表明 ,在充放电过程中 ,纳米MTiO3 只是填充到MnO2 空隙中 ,并未参与电极反应 ;纳米MTiO3 的掺入改善了电极的传质和传荷环境 ,增大了改性电极的氧化还原电流 ,提高了电活性物质的利用率 ;但经多次循环充放 ,纳米MTiO3 不能有效地阻止MnO2的结构崩溃 。 展开更多
关键词 碱土金属钛酸盐 MNO2 电极 电化学行为 纳米粉体 溶胶-凝胶法 放电容量 改性机理 电池
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碱土金属钛酸盐的合成及Eu^(3+)在其中的荧光性质 被引量:2
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作者 刘应亮 李沅英 杨燕生 《暨南大学学报(自然科学与医学版)》 CAS CSCD 1996年第3期65-69,共5页
研究了碱土金用钛酸盐的合成及Eu3+在其中的荧光性质.结果表明,碱土金属钛酸盐均为具有确定结构的单一物相;EU3+在除镁外的其他碱土钛酸盐中没有电荷迁移带存在,相对发射强度按Mg、Ca、Sr、Ba顺序减弱,在Mg、C... 研究了碱土金用钛酸盐的合成及Eu3+在其中的荧光性质.结果表明,碱土金属钛酸盐均为具有确定结构的单一物相;EU3+在除镁外的其他碱土钛酸盐中没有电荷迁移带存在,相对发射强度按Mg、Ca、Sr、Ba顺序减弱,在Mg、Ca钛酸盐中Eu2+存在两种发射中心,MgtiO3:Eu3+有希望成为新型红色发光材料. 展开更多
关键词 碱土金属钛酸盐 荧光性质 合成
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碱土金属钛酸盐和锆酸盐中钐离子的光谱特性 被引量:1
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作者 朱国贤 庄国雄 蒋毅民 《湛江师范学院学报》 2003年第6期46-49,共4页
采用高温固相反应法,在空气中合成了Sm3+激活的碱土金属钛酸盐和碱土金属锆酸盐磷光体:MM′O3:Sm3+(M∶Ca,Sr,BaM,:Ti,Zr).结果表明,合成的碱土金属钛酸盐和锆酸盐均为具有确定结构的单一物相,Sm3+在MM′O3中的相对发射强度按Ca→Sr→B... 采用高温固相反应法,在空气中合成了Sm3+激活的碱土金属钛酸盐和碱土金属锆酸盐磷光体:MM′O3:Sm3+(M∶Ca,Sr,BaM,:Ti,Zr).结果表明,合成的碱土金属钛酸盐和锆酸盐均为具有确定结构的单一物相,Sm3+在MM′O3中的相对发射强度按Ca→Sr→Ba顺序减弱,可能与碱土金属离子半径和原子的元素电负性有关. 展开更多
关键词 碱土金属钛酸盐 锆酸盐 钐离子 光谱 相对发射强度 单相结构 离子半径 元素电负性
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碱土金属钛酸盐中镨离子的光谱特性
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作者 朱国贤 莫凤珊 +1 位作者 庄国雄 陈毅昭 《湛江师范学院学报》 2006年第3期83-85,118,共4页
采用高温固相反应法,在空气中合成了Pr3+激活的碱土金属钛酸盐磷光体:MTiO3:Pr3+(M:Ca,Sr,Ba).系统地研究了Pr3+在MTiO3中光谱性质.发现,1D2→3H4跃迁发射(613 nm)强度随Ca2+→Sr2+→Ba2+半径增大而降低.体系中加入Al3+,Pr3+的613 nm发... 采用高温固相反应法,在空气中合成了Pr3+激活的碱土金属钛酸盐磷光体:MTiO3:Pr3+(M:Ca,Sr,Ba).系统地研究了Pr3+在MTiO3中光谱性质.发现,1D2→3H4跃迁发射(613 nm)强度随Ca2+→Sr2+→Ba2+半径增大而降低.体系中加入Al3+,Pr3+的613 nm发射强度都有不同程度的增强,这种增强除电荷补偿作用外,能量传递可能也是主要因素.这一结果为提高Pr3+红光发射强度提供了实验途径.另外,确定稀土离子Pr3+在CaTiO3基质中的自身浓度猝灭机理为电偶极—偶极相互作用. 展开更多
关键词 碱土金属钛酸盐 镨离子 光谱
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Catalytic effects of [Ag(H_2O)(H_3PW_(11)O_(39))]^(3-)on a TiO_2 anode for water oxidation 被引量:1
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作者 Jiansheng Li Lei Wang +3 位作者 Wansheng You Meiying Liu Lancui Zhang Xiaojing Sang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期534-541,共8页
A[H3AgI(H2O)PW11O39]3?‐TiO2/ITO electrode was fabricated by immobilizing a molecular polyoxometalate‐based water oxidation catalyst,[H3AgI(H2O)PW11O39]3?(AgPW11),on a TiO2electrode.The resulting electrode was charac... A[H3AgI(H2O)PW11O39]3?‐TiO2/ITO electrode was fabricated by immobilizing a molecular polyoxometalate‐based water oxidation catalyst,[H3AgI(H2O)PW11O39]3?(AgPW11),on a TiO2electrode.The resulting electrode was characterized by X‐ray powder diffraction,scanning electron microscopy,and energy dispersive X‐ray spectroscopy.Linear sweep voltammetry,chronoamperometry,and electrochemical impedance measurements were performed in aqueous Na2SO4solution(0.1molL?1).We found that a higher applied voltage led to better catalytic performance by AgPW11.The AgPW11‐TiO2/ITO electrode gave currents respectively10and2.5times as high as those of the TiO2/ITO and AgNO3‐TiO2/ITO electrodes at an applied voltage of1.5V vs Ag/AgCl.This result was attributed to the lower charge transfer resistance at the electrode‐electrolyte interface for the AgPW11‐TiO2/ITO electrode.Under illumination,the photocurrent was not obviously enhanced although the total anode current increased.The AgPW11‐TiO2/ITO electrode was relatively stable.Cyclic voltammetry of AgPW11was performed in phosphate buffer solution(0.1mol L?1).We found that oxidation of AgPW11was a quasi‐reversible process related to one‐electron and one‐proton transfer.We deduced that disproportionation of the oxidized[H2AgII(H2O)PW11O39]3?might have occurred and the resulting[H3AgIIIOPW11O39]3?oxidized water to O2. 展开更多
关键词 Water oxidation ELECTROCATALYSIS PHOTOELECTROCHEMISTRY TIO2 POLYOXOMETALATE Ag+ complex
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