Co^3+-modified Surface of LiMn2O4 Spinel for its Improvement of Electrochemical Properties

Cobalt was used to modify the surface of spinel LiMn2O4 by a solution technique to produce Co3+-modified surface material (COMSM). Cobalt was only doped into the surface of LiMn2O4 spinel. XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) analysis confirms the valence state of Co3+. COMSM has stable spinel structure and can prevent active materials from the corrosion of electrolyte. The ICP(inductively coupled plasma) determination of the spinel dissolution in electrolyte showed the content of Mn dissolved from COMSM was smaller than that from the pure spinel. AC impedance patterns show that the charge-transfer resistance (Rct) for COMSM is smaller than that for pure spinel. The particles of COMSM are bigger in size than those of pure spinel according to the micrographs of SEM(scanning electron microscopy). The determinations of the electrochemical characterization show that COMSM has both good cycling performance and high initial capacity of 124.1 mA/h at an average capacity loss of 0.19 mAh/g per cycle.

燃烧法制备亚微米Co^(3+)掺杂LaBO_(3)粉体及表征

以La(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、Co(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、H_(3)BO_(3)和C_(2)H_(5)NO_(2)为原料,采用燃烧法合成Co^(3+)掺杂LaBO_(3)粉体,其中原料摩尔比为[La(NO_(3))_(3)·6H_(2)O+Co(NO_(3))_(3)·6H_(2)O]:H_(3)BO_(3):C_(2)H_(5)NO_(2)=3:3:5,研究了目标产物La((1-x))Co_(x)BO_(3)(x=0.01~0.04)在750~950℃的合成反应过程及产物结晶形态,分析了合成条件对产物晶体形态的影响,得到了最佳的原料配比、反应温度、反应时间和掺杂量。结果表明,燃烧合成法可用于制备Co^(3+)掺杂LaBO_(3)粉体,且实验条件简单,煅烧温度较低,产率高,易于工业化。最佳反应条件为900℃、4 h,改性剂钴的掺杂量为x=0.03,产物为La_(0.97)Co_(0.03)BO_(3)粉体。在该反应条件下,产物颗粒大小均匀,为直径115~185 nm、长度400~600 nm的短棒状粉体。Co^(3+)掺杂LaBO_(3)粉体产物在330~440 nm处出现一个较宽的荧光激发带,说明具有较为均匀粒径和晶体形貌的Co^(3+)掺杂LaBO_(3)粉体可以作为制备发光粉体的基质材料。

K_(2)CO_(3)活化法油茶果壳活性炭的制备及表征

以油茶果壳(COS)为原料,K_(2)CO_(3)为活化剂,分别在空气和氮气中活化制备COS活性炭,探讨了活化温度、活化时间和K_(2)CO_(3)溶液浸渍COS的比例(浸渍比,mL∶g)对活性炭制备的影响,利用元素分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等手段对活性炭进行了表征。研究结果表明:在空气中活化,浸渍比值为1.5,温度为800℃,炭化活化时间为1 h的条件下,制得的活性炭得率为12.48%,BET比表面积为1080.94 m^(2)/g,亚甲基蓝(MB)吸附值为441.62 mg/g;在氮气中活化,浸渍比值为2.5,温度为800℃,炭化活化时间为1 h时,制得的活性炭得率为18.00%,BET比表面积为942.42 m^(2)/g,MB吸附值为428.77 mg/g。元素分析结果表明氮气气氛下制备的活性炭H/C元素比低,芳香性提高;FT-IR和SEM分析表明活化促进了活性炭—CH、—COOH热解和孔隙生长;相比N_(2)气氛下的样品,空气作热解气制备的活性炭孔隙更发达,吸附性能更好。

制备方法对ZnMnO_(3)/N-CNT复合材料电化学氧化还原反应催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法、共沉淀法以及水热法制备了ZnMnO_(3)/N-CNT钙钛矿型催化剂,研究不同制备方法对催化材料结构和性能的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积测定仪(BET)等分析手段对催化剂材料的微观结构进行了表征,利用电化学测试系统评价催化剂的氧还原反应(ORR)催化活性,并考察了催化剂在铝-空气电池中的催化性能.测试结果表明,水热法制备的ZnMnO_(3)/N-CNT催化剂起始电势(Eonset)与半波电势(E1/2)高于商业Pt/C催化剂,且具有较好的稳定性.此外,使用其制备的铝-空气电池具有较高的放电电压,释放的总能量为55.59MWh·cm^(-2).

氢氧化钴中Co^(3+)含量的测定

研究并提供了用间接碘量法测定氢氧化钴中Co3+占总钴元素含量的具体实验方法。实验发现:样品溶解步骤是整个分析过程中的关键,样品溶解时的酸度、酸的用量以及实验温度等对分析结果有较大的影响。该方法所用试剂简单,操作简便,准确度高,结果可靠。标准偏差≤0.41% (n=8,即重复测量8次),相对标准偏差≤0.49%(n=8)。

高热稳定CaGdAlO_(4)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

获得具有良好热稳定性和发光性能的非接触式光学温度传感材料是目前的研究热点之一,本工作通过高温固相法制备了Er^(3+)/Yb^(3+)共掺CaGdAlO_(4)∶Er_(x),Yb_(0.10)(x=0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)荧光粉,尺寸大小分布在0.6~4.2μm。在980 nm激光激发下,该荧光粉在500~700 nm发射谱由两个发射带组成,528和550 nm处两个较强的绿光发射带,归属于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁,663 nm处较弱的红光发射带,归属于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁。上转换发光强度最大组分为CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)。300~573 K变温发射谱表明,基于荧光强度比FIR_(528/550)参数,温度传感绝对灵敏度S_(A)从44.4×10^(-4) K^(-1)(@300 K)先增大到52.0×10^(-4) K^(-1)(@445 K)随后减小到49.0×10^(-4) K^(-1)(@573 K)。相对灵敏度S_(R)则从0.95×10^(-2) K^(-1)(@300 K)单调减小到0.27×10^(-2) K^(-1)(@573 K)。冷热循环实验表明该材料的热重复性优于98%。结果表明,CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)荧光粉在光学温度传感领域具有潜在的应用前景。

Fe/g-C_(3)N_(4)表面改性及其对CO加氢产物分布的影响

采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C_(3)N_(4)),经H_(2)O_(2)、NH_(3)·H_(2)O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C_(3)N_(4),对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO_(2)-TPD、CO-TPD、H_(2)-TPR、接触角测试和N_(2)物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C3N4催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C_(3)N_(4)具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C_(3)N_(4)相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H_(2)O_(2)、 NH_(3)·H_(2)O处理后亲水性增强,H_(2)O_(2)处理增强了表面羟基,NH_(3)·H_(2)O处理增加了表面氨基,促进了CO吸附,促使Fe(NCN)物相生成;预处理后的催化剂表面碱性增强。在CO加氢反应中,两步改性后的Fe/AM-g-C3N4催化剂,CO_(2)选择性降至11.61%;Fe/AM-g-C_(3)N_(4)表面碱性增强,抑制了烯烃二次加氢,烯烃选择性较高,C_(2)^(=)-C_(4)^(=)达32.37%,O/P值3.23。

双金属Ag-Cu纳米粒子负载的Fe_(3)O_(4)磁性复合材料的制备及其催化性能

通过溶剂热法合成中空多孔性Fe_(3)O_(4)@乙二胺四乙酸(EDTA)磁性载体;以柠檬酸钠和NaBH_(4)为共还原剂将双金属Ag-Cu纳米粒子负载于Fe_(3)O_(4)@EDTA磁性载体(Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs)的孔道内外,并采用XRD、SEM、TEM、EDX和VSM等技术对制备的磁性复合材料进行详细表征。t=25℃考察了Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs在NaBH_(4)体系中对4-硝基苯胺的催化还原性能。结果表明,Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs的表观速率常数分别为Fe_(3)O_(4)@EDTA@Cu NPs、Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag NPs的6.5、2.1倍,均符合一级动力学方程,证实了Ag和Cu NPs之间具有明显的协同效应。Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs经过5次循环利用后其催化降解率仍高于95%,表明该复合材料在水处理领域中具有潜在的应用价值。

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。

Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的共沉淀法制备及其性能研究

目的:开发高效、清洁、经济的磁性纳米颗粒,进一步推动磁絮凝法在污水处理中的应用。方法:采用共沉淀法制备了四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))纳米颗粒,研究了n(Fe^(3+))∶n(Fe^(2+))配比及反应温度对颗粒形貌、粒径、结构、表面官能团、Zeta电位等的影响,并测试了样品的磁性能。结果:n(Fe^(3+))∶n(Fe^(2+))配比为1.75∶1,反应温度为50℃时,共沉淀法制备Fe_(3)O_(4)纳米颗粒粒径为10~80 nm,晶型稳定,表面基团-OH较多,Zeta电位绝对值小;其饱和磁化强度为67.18 emu·g^(-1),矫顽力为3242.00 A·m^(-1),剩余磁化强度为4.47 emu·g^(-1)。结论:采用共沉淀法制备获得Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,可作为优良的磁絮凝材料促进水中的絮凝反应。

BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)复合材料对PMS体系降解的效能优化

目的研究添加剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对所得BaTiO_(3)/Co_(3)O_(4)(BT/Co)复合材料表面Co^(2+)相对含量及催化活性的影响。方法采用溶胶-凝胶法结合高温焙烧合成了铁电BT/Co复合材料,用于激活过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)氧化降解水相中的亚甲基蓝(Methylene Blue,MB);通过有机污染物MB的氧化降解实验,探讨了CTAB与EDTA-2Na对获得BT/Co复合材料催化活性的影响。结果CTAB与EDTA-2Na作为添加剂,对所得BT/Co复合材料的相组成与微观结构无明显影响,但催化剂表面Co^(2+)相对含量呈现出明显变化。结论当EDTA-2Na为添加剂时,所得BT/Co复合材料表面Co^(2+)相对含量提高,活化PMS生成了较多的活性氧化物种,加速了MB的降解,10 min内MB的降解率达到99%。

高分散Ru/Si_(3)N_(4)催化剂的制备及其在CO_(2)加氢中的应用

氮化硅是一种良好的载体,具有较高的水热稳定性和机械稳定性,其表面的氨基基团能够较好地锚定金属,显著提高金属分散度。但是,商品氮化硅比表面积较低,对金属分散作用仍然有限。因此,以自制的高比表面积氮化硅(Si_(3)N_(4))为载体,通过浸渍法制备了不同Ru负载量(质量分数分别为0.5%、1.0%和2.0%)的催化剂(分别为0.5%Ru/Si_(3)N_(4)、1.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)),并以商品氮化硅(Si_(3)N_(4)-C)为载体制备了2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C催化剂作为对照组。表征了催化剂的理化性质,测试了其在300℃、0.1 MPa下的CO_(2)加氢反应活性。结果显示,与Si_(3)N_(4)-C相比,Si_(3)N_(4)的比表面积较高(502 m^(2)/g),Si_(3)N_(4)作为载体显著提高了金属分散度,降低了金属粒径,催化剂暴露出更多的活性位点。0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的金属粒径较小,展现出强的H_(2)吸附能力,H难以解吸,抑制了中间物种CO加氢生成CH_(4)。随着Ru负载量增加,金属粒径增大,催化剂的CH_(4)选择性更好。Ru/Si_(3)N_(4)系列催化剂中,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)的CH_(4)选择性较高(98.8%)。空速为10000 m L/(g·h)时,0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的CO选择性为88.2%。与2.0%Ru/Si_(3)N_(4)相比,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的金属粒径更大,活性位点较少,活性更低。2.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的CO_(2)转化率分别为53.1%和9.2%。Si_(3)N_(4)有效提高了金属分散度,提高了催化剂的CO_(2)加氢反应活性;通过调控Ru负载量控制催化剂金属粒径,可实现对产物CO或CH_(4)选择性的调控。

Lu-Eu共掺杂Ga_(2)O_(3)的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂的β-Ga_(2)O_(3)以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga_(2)O_(3)结构的能态总密度、介电函数、吸收谱以及反射率等.由计算结果得知β-Ga_(2)O_(3)的带隙为4.24 eV,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为2.23 eV,Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为0.9 eV,均为直接带隙半导体,掺杂并未改变β-Ga_(2)O_(3)的带隙方式.光学性质计算结果表明在低能区掺杂浓度为12.5%的Lu和Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率均强于本征β-Ga_(2)O_(3),Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率又略强于Lu掺杂β-Ga_(2)O_(3),表明Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的材料有望应用于制备红外光电子器件.

预氧化处理对MP35N合金高温氧化行为的影响

目的 探索并优化合金成分、工艺以获得致密稳定的预氧化膜,提高合金抗氧化能力。方法 利用非自耗真空电弧炉熔炼合金,在真空容器中加热金属及其氧化物粉末获得平衡氧压。通过莱茵装置进行预氧化实验。通过FactSage计算Co-Ni-Cr-Mo-Al-Si体系的合金组织相图及其氧化相图,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜对预氧化的试样进行物相分析。结果 在1000℃、10^(–17)atm氧压下预氧化,未含Si的MP35N合金表面出现Cr_(2)O_(3)氧化物;随着Si添加量的增加,表面氧化物变为(Al,Cr)_(2)O_(3),以Cr_(2)O_(3)为主,内氧化物为Al_(2)O_(3);当Si含量(质量分数)为3%时,内部形成了近乎连续的带状Al_(2)O_(3)氧化膜。在1 000℃、10^(–25) atm氧压下,合金表面形成连续的Al_(2)O_(3)膜;在1 000℃、10^(–17) atm氧压下,Co-Ni-20Cr-10Mo-4Al-1Si合金预氧化后的外氧化膜为Cr_(2)O_(3),内氧化物为Al_(2)O_(3);随着氧压的提高,在空气气氛下合金表面生成尖晶石相氧化物。在1 000℃、10^(–17)atm氧压下预氧化1、5、10h,Co-Ni-20Cr-10Mo-4Al-1Si合金表面外氧化膜为Cr_(2)O_(3),内氧化物为Al_(2)O_(3),随着时间延长至20 h,合金表面形成连续的Al_(2)O_(3)膜。结论 随着Si添加量的增加,Al元素的活度不断升高,从而提高了Al_(2)O_(3)的形成驱动力,提升了Al元素的扩散系数,有更多的Al元素扩散至合金表层,有利于Al元素的选择性氧化。预氧化氧压的降低和氧化时间的延长,有利于保护性外氧化Al_(2)O_(3)膜形成,可有效提高合金的抗高温氧化性能。

纳米花状MoO_(3−x)负极的制备及电化学性能

三氧化钼(MoO_(3))由于自身理论比容量高、热稳定性好以及二维层状结构,成为目前广受关注的锂离子电池负极材料之一。但是,由于MoO_(3)自身的本征导电率低以及转换反应过程中严重的体积膨胀,限制了MoO_(3)的大规模应用。本文通过质子−电子共掺杂以及高能纳米化方式,在MoO_(3)中引入了氧空位和纳米花结构,制备了纳米花MoO_(3−x)材料,并将其用作锂离子电池负极。通过引入氧空位以及进行纳米化处理,有效改善了材料的导电性能,扩大了范德华间隙,缓冲了材料在长期充放电过程中的体积膨胀。结果表明,所制备的纳米花MoO_(3−x)具有良好的锂离子存储性能,在2 A/g的电流密度下能够循环500圈,比容量能够达到591 mA∙h/g,显著高于以往报道的三氧化钼基负极材料。

不同方法制备的CO^(2-)_3替换磷灰石固溶体晶体化学的FTIR研究

采用不同方法制备了CO2 -3替换的磷灰石固溶体 ,利用FTIR结合XRD对其进行了晶体化学研究 ,结果表明 :均相沉淀法制备的碳羟磷灰石 (CHAP)属B型替换且替换方式是 [CO3·OH]四面体替换 [PO4 ]四面体 ;固相离子交换法制备的CHAP属A型替换且替换方式是 [CO3]三角形配位体替换通道位置的OH- ;固相反应法制备的碳氟磷灰石 (CFAP)属B型替换 ,其替换方式是 [CO3·F]四面体替换 [PO4 ]四面体 ;sol gel法制备的CHAP属AB混合型替换 ,其Ψ3分裂为Ψ3 1 ,Ψ3F,Ψ3 4 。高斯函数法拟合表明Ψ3F 峰是A型替换的Ψ3 2 与B型替换的Ψ3 3的叠合。当WCO2 -3<3 34%时 ,随CO2 -3含量增加 ,A型替换量增大 ,且当WCO2 -3=3 34%时达最大值 ,当 3 34% <WCO2 -3<7 5 2 %时 ,随CO2 -3含量增加 ,B型替换量增大 ,且当WCO2 -3=7 5 2 %时亦到饱和。

颗粒Co_(3) O_(4)-g-C_(3) N_(4)吸附剂的制备及其对甲基橙的吸附性能研究

本文采用简单的一步热聚合法制备了钴掺杂碳基材料Co_(3) O_(4)-g-C_(3) N_(4),并对其作为吸附剂的性能进行研究。所制备的材料通过XRD、XPS、BET对晶体结构、形貌、价态分布、比表面积以及孔径分布进行表征分析,实验以甲基橙为目标污染物进行吸附,其最大平衡吸附容量为118.83mg/g。Co_(3) O_(4)-g-C_(3) N_(4)吸附剂对甲基橙溶液吸附的动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温线。

α-丙氨酸Co^(3+)配合物旋光异构及水溶剂效应的理论研究

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,研究了α-丙氨酸(α-Ala)与Co^(3+)配合物的旋光异构及水溶剂效应.反应通道的研究结果显示:气相α-Ala·Co^(3+)可在2个通道a和b实现旋光异构,a是羰基氧作质子迁移媒介;b是羰基氧和甲基碳联合作质子迁移媒介.水液相下α-Ala·Co^(3+)可在3个通道a、b和c实现旋光异构,a和b通道与气相的相同;c是羰基氧和氨基氮联合作质子迁移媒介.势能面计算结果表明:气相α-Ala·Co^(3+)在a和b通道旋光异构的活化能都是113.2 kJ·mol^(-1);隐性水溶剂效应下α-Ala·Co^(3+)在a、b和c通道旋光异构的活化能都是235.6 kJ·mol^(-1),显性水溶剂效应下该能垒降到143.5 kJ·mol^(-1).结果表明:气相α-Ala·Co^(3+)可以缓慢地消旋,水液相下的α-Ala·Co^(3+)很难消旋.

Co^(2+)离子在CsMgCl_3晶体中的g因子和超精细结构常数研究

用基团模型的 3d7离子在三角对称下的高阶微扰公式计算了CsMgCl3 晶体中Co2 + 杂质中心的 g因子g∥ ,g⊥ 和超精细结构常数A∥ 和A⊥ .计算中 ,不仅考虑了基态和激发态间的组态相互作用效应 ,而且考虑了 3d7离子d轨道与配体 p轨道之间的共价效应 ,与这两种效应相关的参数可由所研究晶体的光谱和结构数据得到 .在考虑了键长与键角的微弱畸变后 。

(NH_2)_2CSO_2与Co^(2+)-NH_3体系定向反应的研究

研究了温度、酸碱度、Hg( )等因素对 ( NH2 ) 2 CSO2 与 Co2 +- NH3体系定向反应的影响 ,发现该体系同时存在单电子反应和双电子反应 ,并相互竞争 ,( NH2 ) 2 CSO2 的双电子反应率随着体系温度、p H值增大和 Hg( )离子的加入而增高 .探讨了反应机理 ,并对两种反应的变化方向作了机理解释 .