离子液体辅助N,S,F共掺杂纳米TiO_2的制备与表征

以TiCl4、硫脲和离子液体([C6mim]+[BF4]-)为原料,采用微波催化水解法合成掺杂的纳米TiO2前驱体,在NH3/N2气氛中经程序升温煅烧处理制得N,S,F共掺杂TiO2光催化剂(N—S—F—TiO2)。采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis/DRS)等对该光催化剂的结构和性能进行表征。结果表明,该光催化剂为锐钛矿晶型,具有较高的纯度和结晶度,掺杂在TiO2晶体中形成Ti—O—N键,Ti—O—S键,Ti—S键,而F以TiOF2形态掺杂。在可见光区400～550nm具有强吸收,且在600～800nm出现一个较强的吸收带。实验表明,使用[C6mim]+[BF4]-与H2O的体积比为5/95所制得的光催化剂对甲基橙降解的催化活性最高,可见光照射200min降解率达95%。多掺杂的协同效应使得N—S—F—TiO2具有对可见光的强烈吸收和较高的可见光催化活性。

N、F共掺杂TiO_2可见光响应光催化剂的酸催化水解法制备及表征

采用酸催化水解法由TiCl4、NH4F混合液合成N、F共掺杂可见光响应TiO2光催化剂(TONF).以苯酚为模型物,考察了催化剂在可见光区、紫外光区的催化活性.采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及低温氮物理吸附对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构等进行表征.结果表明,适量的N、F共掺杂TONF催化剂表现出较高的可见光催化活性.N、F共掺杂可显著提高TiO2分散性能,促进锐钛矿相的形成,抑制其向金红石相转变,提高相转变温度.N掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收;F掺杂可使TiO2能隙变窄.

N、F共掺杂可见光响应介孔TiO_2光催化剂:纤维素模板剂合成及活性

以纤维素为模板剂,TiCl4为钛源,采用液相水解-沉淀法制备了浅黄色的N、F共掺杂可见光响应介孔TiO2催化剂(TiONF)。以苯酚为模型物,考察了TiONF在紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性;采用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线衍射(XRD)、热重/量热扫描(TG/DSC)、透射电镜(TEM)及低温N2物理吸附-脱附等技术对TiONF催化剂的结构进行了表征。结果表明,以纤维素为模板剂合成适量N、F共掺杂的TiONF催化剂在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性,且高于无模板剂合成的TiONF催化剂的活性。N、F共掺杂提高了TiO2表面羟基数量和锐钛矿相TiO2向金红石相转变的温度;N掺杂形成新的能级结构,诱发TiO2可见光催化活性;F掺杂促进TiO2粒子表面氧空穴产生,致使TiO2粒子表面酸度和Ti3+增加。另外,纤维素的加入可减小TiONF颗粒平均尺寸,改善催化剂分散性,提高催化剂比表面积。

退火气氛对Al-F共掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

通过溶胶．凝胶法，采用Al、F共掺杂的方法在4种不同的气氛下制备ZnO薄膜，研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电阻率和透光性随退火气氛的变化关系．制备的Al：F：ZnO薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜．4种退火气氛相比，在空气气氛下退火时，平均晶粒尺寸最大，为43．4nm，导电性能最好，电阻率可低达6．5×10^-2Ω·cm。4种退火气氛下，薄膜在可见光范围内的平均透过率均达到了75％以上，其中，空气气氛下退火时薄膜的透光性最好。

N和F共掺杂C_(3)N_(4)的制备及其可见光催化性能

针对氮化碳(C_(3)N_(4))光生电荷易复合、光催化性能有限的不足,我们制备N和F共掺杂C_(3)N_(4)(NF⁃C_(3)N_(4)),以提升其光催化性能。利用NH_(4)F在高温下原位分解产生的HF和NH_(3),对C_(3)N_(4)刻蚀的同时实现N和F双元素共掺杂。以氯化铵(NH_(4)Cl)为对照,制备N掺杂C_(3)N_(4)(N⁃C_(3)N_(4))。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、比表面积测试和电化学表征手段研究N、F共掺杂对C_(3)N_(4)形貌、成分、结构和物化性质等的影响规律。相比于C_(3)N_(4)和N⁃C_(3)N_(4),NF⁃C_(3)N_(4)呈多孔状,比表面积增大,光生电荷的生成、分离和转移均被促进,NF⁃C_(3)N_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)的速率是C_(3)N_(4)的2.6倍、N⁃C_(3)N_(4)的1.7倍。进一步考察了不同前驱体(尿素、双氰胺和三聚氰胺)对制备C_(3)N_(4)的影响,发现以尿素为前驱体的C_(3)N_(4)与NH_(4)F的质量比为3∶2时,NF⁃C_(3)N_(4)呈现最佳的光催化性能。催化剂用量、光照强度、空穴捕获剂浓度的增加和pH的降低均能提高Cr(Ⅵ)还原速率。在NF⁃C_(3)N_(4)浓度为0.1 g·L^(-1)、pH=3、c_(EDTA⁃2Na)=2 mmol·L^(-1)、40 min可见光照射后,Cr(Ⅵ)去除率达到90%。5次循环实验表明,优化制备的NF⁃C_(3)N_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)的性能保持良好,具有较高的稳定性。

可见光响应型S，F共掺杂TiO2纳米管的制备

为了拓展TiO2的光响应波长至可见光区,采用阳极氧化法开发了具有可见光响应特性的S,F共掺杂TiO2纳米管光催化剂.样品经400℃煅烧2h后,分别经SEM,XRD,XPS和UV-visDRS分析.结果表明,纳米管的平均管径为150nm,平均管长为400nm,对可见光有较强吸收.在可见光条件下光电催化降解4-CP的实验中,S,F共掺杂TiO2纳米管的4-CP去除率比单F掺杂纳米管高39.7%.XPS分析表明,非金属S和F成功掺杂进了TiO2晶格,S,F共掺杂的协同效应导致了TiO2纳米管对可见光的强烈吸收和较高的催化活性.

F和Co共掺杂羟基磷灰石增强α-Fe2O3光阳极光电催化水氧化的性能研究（英文）

表面修饰产氧助催化剂是提高α-Fe2O3光电催化水氧化反应效率的重要手段.通过水热法在α-Fe2O3表面构筑F掺杂羟基磷灰石(F-HAP),并在此基础上通过离子交换法制备了F、Co共掺杂HAP表面修饰的α-Fe2O3光阳极(FCo-HAP/α-Fe2O3).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱、电化学阻抗谱等表征了FCo-HAP/α-Fe2O3结构、电化学性质和光电催化水氧化性能,并与F-HAP/α-Fe2O3和Co-HAP/α-Fe2O3等进行了对比.结果表明,F掺杂能降低α-Fe2O3表面HAP晶粒的尺寸,提高Co-HAP/α-Fe2O3的电化学活性面积,促进光生电荷向电解质转移,最终提高了α-Fe2O3表面的光电催化水氧化性能.

F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究

本文采用磁控溅射技术,对F和Al共掺杂ZnO(FAZO)薄膜进行研究,系统地研究了溅射气压对薄膜结构、形貌、光电等特性的影响.实验研究结果表明:F,Al共掺入并未改变ZnO的生长方式,所制备的薄膜都呈(002)择优生长;随着溅射气压增加,FAZO薄膜的沉积速率降低,结晶质量恶化,表面形貌由“弹坑状”逐渐变为“弹坑状”与“颗粒状”并存的形貌特性,表面粗糙度增加.在0.5 Pa时制备的FAZO薄膜性能最优,迁移率40.03 cm2/(V·s),载流子浓度3.92×1020 cm–3,电阻率最低,为3.98×10–4 ΩW·cm,380-1200 nm平均透过率约90%.理论模拟结果表明:F和Al的共掺杂兼顾了F,Al单独掺杂的优点,克服了以往金属元素掺杂仅依靠金属元素轨道提供导电电子的不足,实现了既增加载流子浓度又减少了掺入原子各轨道间相互作用对载流子散射的影响.掺入的F 2p电子轨道对O 2p及Zn 4s电子轨道产生排斥,使它们分别下移,提供导电电子;同时掺入的Al的3s和3p电子轨道也为导电电子提供了贡献.F和Al共掺之后载流子浓度提升更加显著,导电性能增强.

F掺杂、N掺杂和F+N共掺杂NaNbO_3的电子结构和光催化性能的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了F掺杂、N掺杂和F+N共掺杂NaNbO_3的晶体结构、形成能、电子结构和带边位置。结果表明F、N单掺杂和共掺杂使得NaNbO_3的晶格发生畸变,且共掺杂时晶胞体积最大。F掺杂的形成能大大低于N掺杂,共掺杂的形成能低于N掺杂,因而F的引入可增加N的掺杂量。F掺杂在导带底部形成了Nb 4d的部分占据态使带隙降低了0.46 eV;N掺杂在价带上方形成了部分占据的N 2p电子态,使其光吸收扩展到可见光范围;F+N共掺杂消除了F、N单掺杂的部分占据态,且具有较强的氧化还原能力,其很有可能在可见光下催化裂解水。

柔性衬底上制备氟、镓共掺杂氧化锌透明导电薄膜及其光电性质研究

采用脉冲激光沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上制备了Ga、F共掺杂的Zn O透明导电薄膜。采用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、原子力显微镜和霍尔测试仪等手段对薄膜性能进行了表征。制备过程中通过控制沉积时间、Ga掺杂量、衬底温度和氧气流量等实验条件,比对研究了各参数对薄膜性能的影响。为了分析各参数对实验结果影响的重要性,采用正交实验法设计实验,并对结果进行正交分析、极差方差分析。得出了各个实验条件对结果影响的大小顺序和最优的制备条件。结果表明,掺杂量和沉积时间对于薄膜的光电性能影响较大,Ga掺杂量取1.0%(原子比),且沉积时间较短的薄膜透光率较好;Ga掺杂量取1.0%,且沉积时间较长的薄膜导电性能较好。

基于柔性衬底的Ti、F共掺ZnO透明导电薄膜的制备及其性能研究

为了制备出高性能的可挠透明导电薄膜,采用脉冲激光沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上制备了Ti、F共掺的Zn O(TFZO)透明导电薄膜。研究了不同衬底温度、氧分压及F的掺杂量对TFZO薄膜电学性能和光学性能的影响。实验结果表明,在衬底温度为150℃,氧分压为0.5 Pa,Ti、F掺杂量各为1%(原子比)时,制备的TFZO薄膜的电阻率达到1.69×10-3Ω·cm,可见光范围内平均透过率为81%。对薄膜进行弯曲可靠性测试和疲劳测试,向内、向外弯曲半径大于10mm时,薄膜电阻基本没有变化,在15 mm条件下弯曲1000次后薄膜亦无明显的电阻变化。

丙烯酸盐自聚合法共掺Co/F对改性正极材料LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响

采用丙烯酸盐自聚合法,确保原料主体各组分和微量Co/F掺杂物,按化学计量比均匀分布并保持结构稳定,实现Co/F共掺获得对锂离子电池LiNi0.5Mn1.5O4改性。经X射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电循环和电化学循环伏安测试。结果表明:由Co/F共掺杂制备LiCo0.09Ni0.45Mn1.46O3.88F0.12,其在大倍率充放电下具有良好的循环稳定性。在3C充放电循环下,首次放电容量为122mAh/g,循环60次后容量保持率为93%,具有满足未来电动汽车快速充电技术的应用前景。

高温固相法制备LiMnO_2及其掺杂改性

采用高温固相法合成了正交LiMnO2及其掺杂改性的Li1.08MnO1.92F0.08和Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08正极材料。通过X射线衍射对材料的晶体结构进行了分析,通过扫描电镜对材料的表面形态进行了分析,通过恒电流充放电和电化学阻抗测试技术对材料的电化学性能进行了测试。实验结果表明,Li1.08MnO1.92F0.08、Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08的结构比未掺杂的LiMnO2表现出较少的阳离子混排和跺堆层错,其中材料Li1.08Al0.0625Mn0.9375O1.92F0.08的电化学性能最佳,该材料以0.2C的倍率循环充放电,最大放电比容量可达129.28mAh/g,50次循环后放电比容量仍保持在124.26mAh/g以上,容量保持率为96.12%。

NF-Bi_2O_3/SBA可见光催化还原Cr(Ⅵ)

本文以分子筛SBA-15为载体,预先吸附Bi(NO_3)_3,然后与NH_4F均匀混合,一步煅烧法制备了可见光响应型NF-Bi_2O_3/SBA.研究发现,高温煅烧时,吸附在SBA上的Bi(NO_3)_3分解形成Bi_2O_3.与此同时,NH_4F分解生成的HF优先刻蚀SBA,生成的NH_3优先掺入Bi_2O_3晶格.Bi_2O_3负载在SBA-15上比表面积显著提升,共存NH_4F能对Bi_2O_3进行N、F共掺杂改性,进一步窄化带隙,提升可见光响应,并调控Bi_2O_3的晶面结构,得到均匀片状的NF-Bi_2O_3,最终促进电子-空穴对的分离和传递.与Bi_2O_3、NF-Bi_2O_3和Bi_2O_3/SBA相比,NF-Bi_2O_3/SBA具有最佳的可见光催化活性,光催化还原Cr(Ⅵ)的速率常数是Bi_2O_3体系的6.3倍.

泡沫镍上原位合成N-F@Co_(3)O_(4)超级电容器电极

文章在泡沫镍上原位制备了N、F共掺杂的Co_(3)O_(4)纳米松针,具有高度均匀的形状和尺寸以及丰富的氧空位。制备的N-F@Co_(3)O_(4)@NF电极在5 mA/cm2可提供2320 mC/cm^(2)(1260 F/g)的超高比容量,经过5000次循环后,其比电容的保持率为110%,具有优异的循环耐久性。均匀的形状和尺寸、丰富的氧空位以及N、F共掺杂是获得优异电化学性能的关键因素。具体来说,这些特性有利于电子快速转移、活性界面完全暴露、增加电导率和提供丰富的法拉第氧化还原活性。其优异性能表明,N-F@Co_(3)O_(4)@NF电极是一种优良的高性能超级电容器材料。

水热法制备F/Mn共掺杂SnO2纳米粒子的合成与表征

采用水热法制备了具有金红石结构的F-Mn共掺杂SnO2纳米粒子,研究了碱源、pH值、掺杂剂、表面活性剂、煅烧温度对F/Mn共掺杂SnO2纳米粒子晶相、微观形貌、分散性和光学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外/可见/近红外分光光度计对F-Mn共掺杂SnO2纳米粒子进行了表征。结果表明,该方法可以获得较高的结晶度、较小的粒径和分散良好的F-Mn共掺杂SnO2纳米粒子。F-Mn共掺杂SnO2涂层具有较好采光的同时有较好的近红外屏蔽性能,其中可见光透过率约为90%,近红外阻隔率约为93%。