Cu掺杂P2型Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.67)O_(2)钠离子电池正极材料的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了一系列形貌规则、表面光滑的Cu掺杂层状P2型Na_(0.67)Ni_(0.33-x)Cu_(x)Mn_(0.67)O_(2)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)。采用SEM、XRD、EDS、XPS对材料进行了形貌、结构和成分表征。将材料用作钠离子电池正极材料,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了其电化学性能,获得了最佳掺杂比例。研究发现,掺杂未改变材料的层状结构和形貌,通过Cu掺杂引入了高电化学活性的Cu^(2+)作为取代基,增加材料的表面活性储钠位点,材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能。在2.0~4.3 V的电压范围和0.1 C的倍率下,Cu掺杂比例x=0.15时Na_(0.67)Ni_(0.18)Cu_(0.15)Mn_(0.67)O_(2)的初始放电比容量为126.74 mAh/g,100次循环后容量保持率为79.10%,与未掺杂材料相比提高了50.92%。材料电化学性能的增强可归因于Cu^(2+)插入过渡金属层,由于Cu^(2+)(0.73A)的半径大于Ni^(2+)(0.69A),过渡金属层间距扩大,为Na+扩散提供了通道,进而提高了Na+扩散速率。当充电到高压时可抑制Na+脱/嵌过程中Na^(+)空位的产生,从而稳定材料的晶体结构并抑制材料发生P2-O2相变,提高了材料的循环稳定性。

Cu掺杂对Inconel 718合金Laves相稳定性的影响

采用第一性原理计算与实验相结合的方法,研究了Cu掺杂对Inconel 718合金中Laves相的影响。构建了Laves相Fe_(8)Nb_(4)晶胞的掺杂模型,计算分析了Cu掺杂前后体系的平衡晶格常数、形成热、结合能、电荷差分密度以及弹性常数等。计算结果表明,Cu元素掺杂Laves相后,体系发生晶格畸变,稳定性降低;Cu原子掺杂增加了Laves相的硬度,但对体系塑性的影响比较复杂。实验结果表明,Cu能够固溶到Laves相中,降低Laves相的固溶温度,Cu掺杂Laves相导致体系原子间结合强度的降低是造成Laves相固溶温度降低的本质原因。

Cu元素掺杂对MnNiInCoCu合金相变滞后的影响

采用快淬甩带技术制备Mn_(50)Ni_(38)In_(9)Co_(3)、Mn_(49)Ni_(38)In_(9)Co_(3)Cu_(1)以及Mn_(47)Ni_(38)In_(9)Co_(3)Cu_(3)合金薄带样品,并对其微观组织、马氏体相变行为和磁滞损耗进行分析。结果表明,随着Cu含量的提高,MnNiInCoCu合金马氏体转变温度逐渐升高,相变滞后和磁滞损耗降低,这是因为Cu元素促进合金晶格几何兼容性提高所致。

Cu掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的制备及紫外探测性能

β-Ga_(2)O_(3)作为第三代宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大(4.9 eV)、击穿电场强,吸收边正好位于日盲紫外波段(波长200—280 nm)内,且在近紫外以及整个可见光波段具有较高的透过率,使得β-Ga_(2)O_(3)是一种非常适合制作日盲紫外光电探测器的材料.目前在p型β-Ga_(2)O_(3)材料方面的研究还较少,但p型β-Ga_(2)O_(3)材料的制备对于其光电器件的应用至关重要,因此成功制备p型β-Ga_(2)O_(3)材料就显得尤为关键.采用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长出不同Cu掺杂量的β-Ga_(2)O_(3)薄膜,并对薄膜的形貌、晶体结构和光电特性进行了测试.发现随着Cu掺杂量的增加,样品(201)晶面的衍射峰向小角度方向发生了移动,这说明Cu2+替代了Ga3+进入到了Ga2O3晶格中.此外,在Cu掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜上蒸镀Au作为叉指电极,制备出了金属-半导体-金属结构光电导型日盲紫外探测器,并对其紫外探测性能进行了研究.结果表明,在10 V偏压、254 nm波长紫外光下,器件的光暗电流比约为3.81×102,器件的上升时间和下降时间分别是0.11 s和0.13 s.此外,在光功率密度为64μW/cm2时,器件的响应度和外部量子效率分别是1.72 A/W和841%.

Cu掺杂在钠离子电池正极中的研究进展

钠离子电池(SIBs)由于其原料丰富以及成本较低,被认为是最有前途的锂离子电池(LIBs)替代品之一,在过去的几年中吸引了人们的广泛关注。正极作为钠离子电池中不可分割的一部分,其性能对电池的稳定性以及使用寿命起着非常重要的作用。目前,常见的SIBs正极材料主要包括层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物等,这些电极材料容量较高、成本较低、对环境友好,但普遍存在导电性差、循环稳定性差、电池寿命短等缺点。为了改善SIBs性能,人们采用元素掺杂的方法来改变正极材料的晶格结构,增强SIBs的循环稳定性,延长电池寿命。Cu因具有良好的导电性且结构稳定而被人们广泛应用于元素掺杂研究。讨论了Cu掺杂对以上3种SIBs正极材料性能的影响,并总结了近年来Cu掺杂正极材料的设计制备及研究进展。

Cu、N共掺杂TiO_(2)纳米管光催化重整甘油制备合成气

通过碱性水热-离子交换法制备了Cu、N共掺杂TiO_(2)纳米管(Cu/N-TNT),对其光催化重整甘油制备合成气性能进行了研究。结果表明,Cu/N-TNT具有富含氧空位(O_(v))的管状结构,N以Ti-N形式取代部分O形成杂质能级,Cu以Cu^(2+)形式掺杂在催化剂晶格间隙和表面,Cu、N共掺杂促进TiO_(2)表面电荷有效分离,有利于其光催化重整甘油制备合成气活性和选择性的提高。紫外光照射8h时,掺Cu量为0.15%的Cu/N-TNT催化剂上CO和H_(2)产量分别为7.3和8.5 mmol·g^(-1),是原始TiO_(2)的9.1和70.8倍,nH_(2)/nCO从0.52提高为1.18,nCO/nCO_(2)从0.21提高至0.42。Cu/N-TNT表面N和OV为醛类脱羰和甲酸脱水生成CO提供反应活性位点,Cu作为浅势阱提高光生电子-空穴分离效率。光生空穴(h+)是光催化重整甘油制备合成气过程中的主要活性物种,大量经基自由基(·OH)和超氧自由基(·O_(2)-)会导致甘油过度氧化,使CO选择性降低。

Cu掺杂β-Si_(3)N_(4)的力学性能和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法研究了(Si_(3-x)Cu_(x))N_(4)(x=0,0.25,0.5,0.75,1)晶体的稳定性、力学性能和电子结构,分析了Cu掺杂对β-Si_(3)N_(4)力学性能的影响机制.结果表明,(Si_(3-x)Cu_(x))N_(4)为热力学稳定结构,Cu掺杂降低了β-Si_(3)N_(4)的稳定性.由弹性常数和Voigt-Reuss-Hill近似看出,(Si_(3-x)Cu_(x))N_(4)满足波恩力学稳定性判据,Cu掺杂使得β-Si_(3)N_(4)的体模量、剪切模量和杨氏模量降低,当x=0时,(Si_(3-x)Cu_(x))N_(4)的体模量、剪切模量和杨氏模量最大,分别为234.3 GPa、126.7 GPa和322.1 GPa.根据泊松比和G/B值判断出(Si_(3-x)Cu_(x))N_(4)属于韧性材料,Cu掺杂增强了β-Si_(3)N_(4)的韧性,(Si_(2)Cu)N_(4)的韧性最好.由能带结构、态密度、布局电子数和重叠布居数可知,Cu掺杂降低了β-Si_(3)N_(4)的共价键和离子键强度、提高了金属性,这是Cu掺杂降低β-Si_(3)N_(4)稳定性、增强其韧性的主要原因.

沉积温度对纯钛表面制备Cu掺杂羟基磷灰石涂层的影响

在钛和钛合金表面制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAp)涂层能够显著提升其生物活性。HAp中进一步掺杂Cu,可以获得抗菌效果,有效避免术后感染。为研究温度对纯钛表面制备Cu掺杂羟基磷灰石(CuHAp)涂层形貌的影响,采用电化学沉积的方法,在不同温度下制备CuHAp涂层。采用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、X射线衍射仪对涂层的表面形貌、元素含量和物相组成进行表征。结果表明:随着沉积温度的升高,沉积过程中的电流密度也随之增大。沉积温度由25℃升高至45℃,会加快CuHAp涂层致密均匀的生长;但温度升高到55℃时,CuHAp涂层变得疏松,并且出现裂纹。沉积温度低于45℃时,Ca+Cu与P的物质的量比小于1.67,有利于骨生长。适当提高沉积温度,可以得到均匀致密的CuHAp涂层。

Cu掺杂SnSe晶体生长及热电性能研究

利用坩埚下降法成功制备了具有标准Pnma空间群结构的Cu掺杂SnSe晶体,其尺寸为φ18 mm×55 mm,Cu元素在晶体中均匀分布。该晶体为P型半导体材料,电导率在600 K附近具有最低值4.53 S·cm^(-1),载流子浓度在830 K下达到1.69 cm×10^(19) cm,Seebeck系数最大值为739.5μV·K^(-1),出现在500 K附近。功率因子PF随温度升高始终增加,830 K下为4.80μW·cm^(-1)·K^(-2)。热电性能ZT在800 K附近达到最高值0.83,说明该晶体是一种潜在的中温区热电材料。

Cu掺杂Ru/Al_(2)O_(3)催化剂催化环己醇空气氧化合成环己酮的研究

环己酮作为一种重要的有机化工原料,常用于制造己二酸和己内酰胺,并且广泛应用于纤维、合成橡胶、工业涂料、医药、农药和有机溶剂等工业领域。以H_(2)O_(2)做氧化剂,通过相转移催化剂催化或杂多酸为催化剂可实现环己醇氧化制备环己酮。然而,高浓度H_(2)O_(2)的强腐蚀性和易爆危险性,以及制备工艺的繁琐性使其应用受到限制。因此,寻求安全且成本低廉的催化工艺成为研究重点。本文以Cu掺杂Ru/Al_(2)O_(3)作为催化剂,空气为氧化剂,在釜式工艺下研究环己醇的氧化反应,考察了反应溶剂、温度、压力、催化剂组分等对反应的影响。

Cs_(2)(Ag∶Cu)BiBr_(6)双钙钛矿太阳能电池

采用水热法合成了Cu^(+)掺杂的Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿并基于其制备了太阳能电池。通过紫外-可见光吸收光谱、荧光发射光谱、X射线光电子能谱、单色光量子效率光谱及光电流-电压曲线等手段对其光电性能进行探究。研究发现,Cu^(+)掺杂能够显著增强Cs_(2)AgBiBr_(6)粉末样品的光学吸收,但对于薄膜样品几乎没有效果,这是由于Cu相双钙钛矿在溶于二甲基亚砜的过程中会发生分解。实验结果表明,当Cu^(+)掺杂量较低时,太阳能电池的光电转化效率显著提升,这是由于Cu^(+)掺杂对Cs_(2)AgBiBr_(6)薄膜结晶过程的调控作用,微量Cu^(+)掺杂能够显著降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度。最终,基于Cu^(+)掺杂的太阳能电池获得了最高1.93%的能量转化效率。

Cu掺杂对ZnO纳米薄膜的结构及其光学特性的影响

采用磁控溅射法(RF)在玻璃基底上制备了未掺杂和不同Cu掺杂浓度的ZnO薄膜.使用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)分别对样品的形貌进行了表征,并对ZnO薄膜进行了应力分析.结果显示:所有样品都呈现出(002)衍射峰,有较好的c轴择优取向;所有样品出现有3个发光峰,分别对应于400 nm(3.14 eV,紫光),444 nm(2.78 eV,蓝光),484 nm(2.56 eV,蓝光).紫峰的存在与激子的存在有极大关系,而蓝光发射主要是由于电子从导带上向锌空位形成的浅受主能级上的跃迁.随着Cu掺杂量的增加,薄膜的带隙宽度Eg随之减小,样品光学带隙值由3.26 eV逐渐减小为2.99 eV.实验中还发现,随着Cu掺杂量增加,薄膜的透射率也随之减小.

Cu掺杂二氧化钛纳米管阵列的研究

采用阳极氧化法在Ti表面构建出TiO2纳米管阵列,然后将材料完全浸没在硝酸铜溶液中制备出Cu掺杂TiO2纳米管阵列。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射吸收光谱(DRS)技术对材料结构特征进行表征,结果表明,钛表面均匀分布TiO2纳米管状阵列,管径50～90nm,管长约250nm;Cu元素在TiO2纳米管中部分取代TiO2晶格中的Ti元素以Cu2+形式存在,形成Cu-O;同时,Cu的掺杂使TiO2纳米管阵列的激发波长扩展到可见光的范围内,有助于提高TiO2纳米管阵列对可见光的利用效率。

内在缺陷与Cu掺杂共存对ZnO电磁光学性质影响的第一性原理研究

采用基于自旋密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了Cu掺杂ZnO (简称Cu_(Zn))与内在缺陷共存对ZnO电磁光性质的影响.结果表明,Cu是以替位受主的形式掺入的;制备条件对Cu_(Zn)及内在缺陷的形成起至关重要的作用,富氧条件下Cu掺杂有利于内在缺陷的形成,且Cu_(Zn)-O_i最易形成;相反在缺氧条件下,Cu掺杂不利于内在缺陷的形成.替位Cu的3d电子在价带顶形成未占据受主能级,产生p导电类型.与Cu_(Zn)体系相比,Cu_(Zn)-V_O体系中载流子浓度降低,导电性变差;Cu_(Zn)-V_(Zn)体系中载流子浓度几乎不变,对导电性没影响;Cu_(Zn)-O_i体系中载流子浓度升高,导电性增强.纯ZnO体系无磁性;而Cu掺杂ZnO体系,与Cu原子相连的O原子,电负性越小,键长越短,对磁矩贡献越大;Cu_(Zn)与Cu_(Zn)-O_i体系中的磁矩主要是Cu的3d电子与Z轴上O的2p电子耦合产生的;Cu_(Zn)中存在空位缺陷(V_O,V_(Zn))时,磁矩主要是Cu 3d电子与XY平面内O的2p电子强烈耦合所致;Cu_(Zn)中存在V_(Zn)时,磁性还包含V_(Zn)周围0(5, 6)号原子2p轨道自旋极化的贡献;所有体系中Zn原子自旋对称,不产生磁性.Cu_(Zn)-V_(Zn)和Cu_(Zn)-O_i缺陷能态中,深能级中产生的诱导态是0-0 2s电子相互作用产生的.Cu_(Zn)模型的光学带隙减小,导致吸收边红移;Cu_(Zn)-V_(Zn)模型中吸收和反射都增强,使得透射率降低.

Co，Cu共掺杂ZnO薄膜的结构及发光特性

采用电子束蒸发沉积成膜工艺在单晶Si(111)衬底上制备出Co,Cu共掺杂的Zn0.85-xCo0.15CuxO(x=0,0.04,0.06)多晶膜。采用X射线衍射(XRD)研究了Co、Cu掺杂对其微结构的影响;室温下测量了Zn0.85-xCo0.15CuxO薄膜的光致发光谱,发现随着Cu掺杂量的增加,样品发光增强,当Cu掺杂x=0.06时,Zn0.85-xCo0.15CuxO薄膜的PL谱中出现了较强的双峰蓝光发射;分析了掺杂含量对其发光性能的影响,并对样品的发光机制进行了探讨,并推断出蓝光峰来源于电子由导带底到锌空位(VZn)能级的跃迁及锌填隙(Zni)能级到价带顶的跃迁。

Cu掺杂对ZnO氧化物电子结构与电输运性能的影响

采用平面波超软赝势密度泛函理论计算方法研究了p型Cu掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的电子结构,在此基础上分析了其电输运性能。计算结果表明,Cu掺杂ZnO氧化物具有0.6 eV的直接带隙,且为p型半导体,在导带和价带中都出现了由Cu电子能级形成的能带,体系费米能级附近的能带主要由Cu p态、Cu d态和O p态电子构成,且他们之间存在着强相互作用。电输运性能分析结果表明,Cu掺杂的ZnO氧化物价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小;其载流子输运主要由Cu p态、Cu d态、O p态电子完成,且需要载流子(空穴和电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小。

Cu离子掺杂TiO_2光催化材料的研究进展

随着对光催化材料研究的深入,金属掺杂在近几年的研究中发展迅速,其应用前景备受关注。文章结合近年来Cu掺杂TiO2光催化材料的研究情况,分析了Cu掺杂的掺杂机理,综述了Cu掺杂和Cu+X共掺杂TiO2光催化材料在制备,检测和性能表征方面发展现状,并对该研究方向的发展前景进行了展望。

Cu掺杂TiO_2纳米粒子的溶胶-水热法制备及其SPV和PL研究

采用溶胶-水热法合成掺杂Cu的TiO2纳米粒子,利用XRD,SPS和PL等测试手段对样品进行了表征,重点研究了Cu掺杂对样品表面光电(SPV)和光致发光(PL)性质的影响,并探讨了Cu的作用机制。结果表明,Cu掺杂能够促进TiO2晶型转变,这可能与CuO微晶能够促进金红石成核有关;Cu掺杂使TiO2的SPS和PL信号强度均下降,这可能与Cu2+易于捕获光生电子生成具有全充满结构的Cu+有关。并且掺Cu量越大,SPS和PL信号均下降越显著,但当掺Cu量大于0.5%时,下降缓慢,说明Cu2+捕获光生电子效率接近极限。

PLD制备的Cu掺杂SnS薄膜的结构和光学特性

利用脉冲激光沉积(PLD)在玻璃衬底上制备了Cu掺杂SnS薄膜。靶材是由SnS和Cu2S粉末混合压制而成(Cu和Sn的量比分别为0%、2.5%、5%、7.5%和10%)。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、Keithley4200-SCS半导体参数分析仪研究了Cu掺杂量对SnS薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质和电学性能的影响。结果表明:所制备的SnS薄膜样品沿(111)晶面择优取向生长,SnS∶5%Cu薄膜的结晶质量最好且具有SnS特征拉曼峰。随着Cu掺杂量的增大,平均颗粒尺寸逐渐增大。不同Cu掺杂量的薄膜在可见光范围内的吸收系数均为105cm-1数量级。SnS∶5%Cu薄膜的禁带宽度Eg为2.23eV,光暗电导率比值为2.59。同时,在玻璃衬底上制备了p-SnS∶Cu/n-ZnS异质结器件,器件在暗态及光照的条件下均有良好的整流特性,并具有较弱的光伏特性。

Cu掺杂TiO_2(101)和(001)面调制效应的第一性原理研究

文章采用周期性密度泛函理论,研究了Cu掺杂于锐钛矿TiO_2晶体、吸附和掺杂于TiO_2(001)和(101)表面及次表面后晶体结构的变化及形成能,并讨论了能带结构及态密度的变化.通过形成能的比较发现,Cu最佳掺杂位为TiO_2(001)表面空穴位,且掺杂后TiO_2禁带宽度明显减小并出现半金属性.通过态密度分析可以看出最佳掺杂位Cu-O之间发生较强p-d杂化,证明CuO相的出现.上述结果与实验吻合较好。