La^(3+)掺杂TiO_(2)粉体的高分子网络凝胶法制备工艺优化及其光催化降解甲基橙性能(英文)

采用高分子网络凝胶法制备La^(3+)掺杂TiO_(2)粉体,通过正交实验优化制备工艺,采用比表面积测试(BET)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见光谱仪(UV-Vis)和扫描透射电子显微镜(STEM)对TiO_(2)粉体的晶体结构和光吸收性能进行了表征,并以甲基橙为目标进行了光催化降解实验。结果表明:高分子网络凝胶法制备La^(3+)掺杂TiO_(2)粉体时对TiO_(2)光吸收波长影响最大的是煅烧温度,其次是掺杂量,最后是保温时间;正交实验得到的最优制备条件为:La^(3+)掺杂量为0.5%mol、煅烧温度为800℃,保温时间为30 min;煅烧温度过高与过低都不利于提高La^(3+)掺杂TiO_(2)的光催化活性,其存在一个最佳的温度范围:650~700℃;La^(3+)掺杂抑制了锐钛矿相向金红石相的转变,也抑制了晶粒的长大,但当La^(3+)掺杂量为1.0%mol时,其光催化效果最好;二氧化钛光催化降解甲基橙是零级反应,掺杂并没有改变光催化反应类型。

La^(3+)对MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl_(2)O_(4)粉体为原料,La(OH)_(3)为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La^(3+)在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La_(2)O_(3)后,MgAl_(2)O_(4)光学和力学综合性能优异,所需的热等静压烧结温度由1650℃降低到1600℃,相应平均晶粒尺寸由7μm减小到3μm。

La^(3+)修饰对纳米ZnO/TiO_(2)复合粉体的光催化性能影响

以La_(2)(SO_(4))3、Ti(SO_(4))2和ZnSO_(4)·7H_(2)O为原料,体积分数为40%的乙醇作溶剂,用共沉淀法制备La^(3+)修饰纳米ZnO/TiO_(2)复合光催化材料,初步研究了La^(3+)修饰对ZnO/TiO_(2)光催化性能的影响。有实验可知,用最佳镧掺杂量为0.2%的Zn∶Ti=3∶10的ZnO/TiO_(2)样品,La^(3+)修饰ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体对甲基橙降解率可达到38.4%。掺入金属La^(3+)有效地抑制ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体粒子之间的团聚,比表面积增加,光催化活性明显增强。并采用XRD等测试手段对其进行表征。

La(OH)_(3)/SiO_(2)气凝胶的制备及其在净化含磷废水中的应用

采用浸渍沉淀法,制备了La(OH)_(3)/SiO_(2)气凝胶吸附材料,并利用XRD、SEM、FT-IR、XPS、BET对吸附剂结构、表面形貌等进行表征。研究了吸附剂投加量、初始pH和共存离子对磷酸根吸附效果的影响,探究了吸附过程的吸附动力学、等温吸附过程及吸附热力学模型。实验结果表明:AER-La0.2(质量比为0.2∶1时)的磷酸根吸附量可达294.1 mg/g(La);且对磷酸根具有较好的吸附选择性;吸附剂添加量为0.4 g/L时获得最好的吸附能力;在较宽的pH范围内保持了较好的吸附能力。准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型的结果更准确,说明吸附过程主要受化学吸附控制且主要为单层吸附。吸附热力学的结果表明,吸附过程为吸热过程,温度越高对吸附越有利。结合表征手段,推断AER-La0.2的主要吸附作用可能为静电吸引及配体交换。

磁性Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)的除氟性能

通过水热法制备了Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)复合材料,研究了Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)对水溶液中F^(-)的吸附性能,并通过响应曲面法优化了吸附条件。实验结果表明:在pH=3.6、实验温度为40℃、初始氟离子浓度为17.4 mg/L的条件下,Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)的吸附效果最佳,F^(-)去除率可达94.5%。除氟特性实验数据更适合用Langmuir模型进行描述,拟合得到最大吸附容量(q_(max))为147.23 mg/g,热力学参数ΔG^(o)、ΔH^(o)和ΔS^(o)表明该吸附反应是一个自发吸热的熵增过程。动力学研究表明Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)对F^(-)的吸附符合准二级反应动力学过程。对复合材料的形貌和结构进行了表征分析,并结合吸附热力学和动力学研究探讨了吸附机理,该吸附过程主要是离子交换和静电吸附共同作用。共存离子实验、循环再生实验结果显示,Ce-La-MOFs@Fe_(3)O_(4)对F^(-)具有较好的选择性,该复合材料的再生性能较好,回收率可达96%,两次循环后对F^(-)的去除率仍达81.74%。

Fe、La掺杂和氧缺陷对CeO_(2)表面吸附As_(2)O_(3)的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了As_(2)O_(3)(g)在Fe、La掺杂CeO_(2)(110)表面及氧缺陷LaCeO(110)表面的吸附行为,探索了LaCeO表面砷吸附能力显著高于FeCeO表面的主要原因。结果表明,As_(2)O_(3)(g)的吸附效果与吸附位点数量、吸附能、键长和电荷转移密切相关。纯CeO_(2)表面的吸附主要为化学吸附,吸附能绝对值大于−4.22 eV,电荷转移量为(−0.19)−(−0.31)e,As_(2)O_(3)得到电荷带负电,起表面受主作用,因此吸附量较小。FeCeO(110)表面新增Fe顶位和Bridge-2桥位两个吸附位,其中,Fe顶位为化学吸附,Fe掺杂改变了FeCeO表面电子分布和晶格结构,但并未改变As_(2)O_(3)与FeCeO之间的电荷转移方向,因此,As_(2)O_(3)仍呈负离子形式吸附。LaCeO(110)表面新增了三个吸附位:La顶位、Bridge-3桥位和Hollow-2空位,La掺杂改变了As_(2)O_(3)与LaCeO之间的电荷转移方向,使得As_(2)O_(3)失电子呈正离子吸附,起表面施主作用,因此,吸附能力增强。无O_(2)环境下,单一O缺陷LaCeO(110)表面吸附能力低于完整LaCeO表面;有O_(2)环境下,O缺陷有利于As_(2)O_(3)的吸附。

La修饰提高CO_(2)制甲醇催化剂Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)的稳定性

CO_(2)加氢制甲醇反应中Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂的失活是限制其应用的主要原因之一,实验通过向Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂中添加不同含量的La,合成了一系列La改性的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,以提高其对CO_(2)加氢制甲醇反应的催化稳定性。在温度200℃,压力3 MPa,空速12000 mL/(g·h)条件下进行的100 h短期稳定性测试,未改性的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂在100 h内活性衰减明显,添加La后催化剂稳定性逐渐得到提高,当La添加量为5%时活性最佳(CO_(2)转化率4%,甲醇选择性85%),并且该催化剂在1000 h长期稳定性测试中表现出较高的稳定性(在190−220 h失活17%后保持稳定)。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征发现,加入5%La提高了Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂中Cu、ZnO的分散度,抑制了催化剂中Cu的烧结;同时稳定了Cu^(0/+),延缓了催化剂中Cu的氧化,从而提高了催化剂的稳定性。

La掺杂氧空位的α-Bi_(2)O_(3)电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理的方法研究了本征α-Bi_(2)O_(3)、La掺杂、氧空位掺杂和共掺杂体系的电子结构与光学性质,以期获得性能比较优异的α-Bi_(2)O_(3)光催化材料。研究结果表明:掺杂后,体系结构变形较小,其中氧空位(V_(O))掺杂和La-V_(O)共掺杂体系的禁带宽度价带和导带同时下移且在禁带中引入杂质能级,说明掺杂可以减小电子从价带激发到导带所需能量,有利于电子的跃迁。特别是相对于氧空位单掺杂,La-V_(O)共掺杂使杂质能级向导带底靠近,这个倾向可能使该复合缺陷成为光生电子捕获中心的概率大于成为光生电子-空穴对复合中心的概率;同时,La-V_(O)共掺杂导致导带底附近的能带弯曲的曲率增大即色散关系增强,从而降低了电子的有效质量,加速电子的运动,因此,La-V_(O)共掺杂能大幅改善光生电子-空穴对的有效分离。另一方面La-V_(O)共掺杂在显著扩展可见光吸收范围的同时,还极大地增强了可见光吸收强度。因此,La-V_(O)共掺杂有效改善了α-Bi_(2)O_(3)的光催化活性。本研究为利用稀土离子掺杂改善其他光催化材料的性能提供了一个新的思路。

La^(3+)掺杂CaFe_(2)O_(4)材料的制备及室温检测超低浓度甲醛

采用静电纺丝法成功制备了La^(3+)掺杂CaFe_(2)O_(4)材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对La^(3+)掺杂CaFe_(2)O_(4)材料的结构和形貌进行了表征。随后,研究了La^(3+)的掺杂量(质量分数)对CaFe_(2)O_(4)气敏性能的影响。研究表明,3%La^(3+)掺杂CaFe_(2)O_(4)材料在室温下对100μL·L^(-1)甲醛的响应最高(R_(a)/R_(g)=14.1)。更为重要的是,对甲醛的最低检测限低至0.1 nL·L^(-1),并且响应/恢复时间仅为4.3 s/8.4 s。

多碱土硼硅酸盐玻璃对La_(2)O_(3)包容量的研究

在配方为SiO_(2)-B_(2)O_(3)-Na_(2)O-Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-CaO-MgO-BaO的硼硅酸盐玻璃中加入不同质量比氧化镧(La2O_(3)),经过高温固相反应得到玻璃固化体。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)及电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)等对得到的玻璃固化体组成成分、微观结构、物理化学性质及化学稳定性进行分析。结果表明,多碱土硼硅酸盐玻璃对La2O_(3)的最大包容量为42%,超过包容量的部分以氧基磷灰石(CaLa_(4)(SiO_(4))_(3)O)的形式析出。加入La_(2)O_(3),玻璃固化体密度及热稳定性均先增大后减小,通过浸出测试得到28 d后La元素浸出率保持在10^(-6)~10^(-7) g(/m^(2)·d),表明玻璃固化体具有优异的化学稳定性。

高特异性的La^(3+)靶向多肽探针及其在细胞和斑马鱼成像中的应用

研究报道了一种新型多肽探针(TPE-Glu-Glu-Pro-Gly-Glu-Glu-NH2),该多肽探针单独存在时没有荧光,稀土元素镧离子(La^(3+))加入后,与多肽探针特异性结合,限制了四苯乙烯(TPE)分子内的旋转,导致溶液产生强的荧光信号。该探针具有特异性,16种常见金属的存在也几乎不影响其对La^(3+)的靶向检测。我们研究发现,谷氨酸在多肽探针结合La^(3+)的过程中发挥重要作用,减少谷氨酸个数会影响其特异性识别。滴定和Job工作曲线结果表明,该多肽探针与La^(3+)结合比为1∶2,结合常数为1.29×10^(10)(L/mol)^(2)。计算机模拟结果表明,La^(3+)与多肽探针酰胺键的氧和谷氨酸羧基中羟基的氧结合。该探针可以高灵敏检测水溶液和唾液中的La^(3+),检测限分别为0.12μmol/L和0.32μmol/L。该高灵敏、高特异性多肽探针具有良好的生物相容性,可以用于细胞和斑马鱼中La^(3+)靶向成像,在环境和医学样品检测中有巨大的应用潜力。

稀土La掺杂TiO_(2)纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO_(2)光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO_(2)光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO_(2)无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La^(3+)改性TiO_(2)光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La^(3+)掺杂改性纳米TiO_(2)纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO_(2)纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La^(3+)的掺杂提高了TiO_(2)光催化降解速率,所需要的时间减少了。

高k材料镧前驱体La(tmhd)_(3)和La(tmod)_(3)的热力学及其ALD应用

通过同步热分析研究两种不同的前驱体(La(tmhd)_(3)和La(tmod)_(3))在升华过程中的热稳定性。结果表明,具有不对称分子结构的La(tmod)_(3)的挥发性大于La(tmhd)_(3),其可以作为镧前驱体应用于原子层沉积(ALD)技术。将La(tmod)_(3)和O_(3)作为前驱体,通过ALD技术在SiO_(2)基片上实现了LaOx薄膜的制备。实验结果表明,其最佳的ALD工艺参数包括:La(tmod)_(3)和O_(3)的脉冲时间分别为6 s和2 s,O_(3)的清洗时间为5 s,沉积温度为250℃。在制备的薄膜中发现了理想的自限性沉积行为。通过X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)证实了生长的薄膜具有良好的纯度和表面形貌,其在250℃的沉积温度下具有稳定的生长速率(约0.16A/cycle,1A=0.1 nm),薄膜的主要成分为La2O_(3)。

Z型La-SrTiO_(3)/Ag/Ag_(2)O异质结光催化降解亚甲基蓝研究

采用溶胶-凝胶法、化学沉淀法和光还原法合成了具有高催化活性的Z型La-SrTiO_(3)/Ag/Ag_(2)O异质结光催化剂。对该光催化剂进行了SEM、TEM、XRD、XPS、UV-Vis、PL和EPR的表征分析,并考察了初始亚甲基蓝(MB)浓度、pH和H_(2)O_(2)浓度等相关运行参数对光催化剂催化性能的影响。结果表明,成功制备的La-SrTiO_(3)/Ag/Ag_(2)O复合材料对光具有较大的吸光度,可以有效抑制了光致电子-空穴对的复合。该催化剂具有较高的光催化降解活性,光照120min后对30×10^(-6)的MB降解效率可达到98%。

薄膜厚度对Pb,La(Zr,Ti)O_(3)铁电薄膜基自供电紫外光电探测器性能影响研究

目前半导体基自供电紫外光电探测器由于光生电子和空穴不能有效分离,因此灵敏度较低。铁电体具有宽的光学带隙(>3 eV)和大的退极化场,因此被认为是研制高性能自供电紫外光电探测器的重要候选材料。基于此,采用溶胶-凝胶法制备了层数不同的Pb_(0.93) La_(0.07)(Zr_(0.2) Ti_(0.8))_(0.985)O_(3)(PLZT)铁电薄膜并研制出了基于Au/PLZT/FTO垂直结构的自供电紫外光电探测器。研究结果表明:通过合理调整极化电压的方向,极化电压能对光电响应性起到加强作用。在+2 V极化电压下,旋涂层数为3层(厚度约为140 nm)的Au/PLZT/FTO光电探测器拥有最佳的自供电紫外光电响应,高的光/暗电流比为3750、大的响应度为13.1 mA/W、高的探测率为4.11×10^(11) Jones以及快的响应速度为20 ms/30 ms。

La掺杂对Y_(2)O_(3)/Diamond薄膜结构与性能的影响

稀土掺杂可以有效地改变基体材料的结构并提高使用性能。利用磁控溅射法在单晶硅和多晶CVD金刚石上分别制备了未掺杂及La掺杂的Y_(2)O_(3)薄膜,研究了La掺杂氧化钇(Y_(2)O_(3))增透薄膜的组成、结构及性能。X射线光电子能谱(XPS)和掠入射X射线(GIXRD)研究表明,金属La与O相互作用,以La-O化合物形式存在于Y_(2)O_(3)薄膜中,未掺杂的Y_(2)O_(3)薄膜呈现立方(222)面柱状晶体取向,随着La掺杂功率的增加,开始出现新的单斜Y_(2)O_(3)相(111)晶面。从扫描电镜(SEM)观察到不同La掺杂功率下Y_(2)O_(3)薄膜呈现柱状晶结构,结晶质量较好。由原子力显微镜(AFM)证实,与未掺杂的Y_(2)O_(3)薄膜相比,La掺杂的Y_(2)O_(3)薄膜具有较低的粗糙度(RMS)值。在La掺杂的Y_(2)O_(3)薄膜中,随着La浓度的增加,柱状晶的晶粒尺寸显著减小。在8~12μm的长波红外范围内,La掺杂后的Y_(2)O_(3)/金刚石薄膜最大透过率为80.3%,与CVD金刚石相比,透过率提高19.8%。颗粒细小的La掺杂Y_(2)O_(3)薄膜具有较高的硬度和弹性模量,硬度由未掺杂(12.02±0.37)GPa增加到(14.14±0.39)GPa,弹性模量由(187±14)GPa增加到(198±7.5)GPa。结果表明,与未掺杂Y_(2)O_(3)薄膜相比,La掺杂的Y_(2)O_(3)薄膜在保持较高红外透过率条件下,通过细晶强化获得了更高的硬度,有利于提升砂蚀、雨蚀等冲刷性能。

高强导电Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的微观组织与性能

采用真空熔铸和冷开坯工艺,通过优化形变热处理工艺,调控基体晶粒尺寸、第二相的析出及分布状态,制备出综合性能优异的Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金.结果表明,经过400℃/2 h一次时效处理后,Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的显微硬度可达356 HV,此时导电率为14.5%IACS.透射电镜分析表明,Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金第二相的析出演变规律为富Ti相→颗粒状β′-Cu_(4)Ti相→颗粒状β′-Cu_(4)Ti相+片层状β-Cu_(4)Ti相→片层状β-Cu_(4)Ti相,其中颗粒状β′-Cu_(4)Ti相是最重要的强化相,片层状β-Cu_(4)Ti相会导致合金强度下降,但可以提高导电率.采用二次时效能够进一步优化Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的综合性能,在合金强度基本不变的条件下,显著提升了合金的导电率.450℃/8 h一次时效+50%冷轧+400℃/1 h二次时效处理后合金的显微硬度和导电率分别达到了341 HV和20.5%IACS.

La_2O_3对Mo粉性能影响的研究

采用光电子能谱分析方法对掺杂 L a2 O3的 Mo粉的性能进行了研究。结果表明 :掺杂 L a(NO3) 3的 Mo O2 粉经过还原处理后 ,Mo粉表面的纳米 L a2 O3微粒可以减小 Mo基体的特征能量损失峰 ,增加 Mo3d光电子谱峰强度 ;由于纳米 L a2 O3粒子在金属 Mo的表面及周围对 Mo起到包埋效应 ,减小了 Mo与大气的接触面积 ,从而使

La^(3+)对低温胁迫冬小麦幼苗抗氧化酶活性的影响

[目的]探讨稀土La3+对低温胁迫下冬小麦幼苗抗氧化酶活性的调节作用。[方法]以冬小麦永良4号为试材,设置5个浓度梯度的镧(5、10、20、30、40 mg/kg)分别喷施小麦幼苗,采用模拟低温冷害试验法,研究低温胁迫下La3+对冬小麦幼苗叶片SOD、POD和CAT活性的调节作用。[结果]在La3+处理的7 d内和0、5、10℃3种低温条件下,冬小麦的SOD活性均随温度的降低而明显上升,并随着La3+处理天数的增加,呈先上升后下降的趋势;POD和CAT的活性随胁迫温度的降低和La3+处理天数的增加,也呈先升后降趋势。低温胁迫的冬小麦经20 mg/kg浓度La3+处理后,其幼苗体内SOD、CAT和POD酶活性均比对照有所提高。[结论]适当浓度(20mg/kg)La3+处理能诱导冬小麦幼苗对低温胁迫产生抗性,提高冬小麦抗寒能力。

盐胁迫及La^(3+)对不同耐盐性水稻根中抗氧化酶及质膜H^+-ATPase的影响

用盐敏感的武运粳8号和强耐盐的韭菜青两个粳稻品种,比较了盐胁迫条件下根中抗氧化酶类和质膜H+-ATPase活性的变化以及La3+对其变化的影响。结果表明,两个品种根中SOD和APX活性无显著区别,但耐盐品种的CAT和POD活性强于盐敏感品种。盐胁迫不同程度地提高了两者抗氧化酶活性。La3+对其影响最显著的差异出现在高盐条件下(200~300mmolL-1NaCl),对耐盐品种添加La3+可以提高上述4种酶的活力,而对盐敏感品种,La3+的作用不明显。对盐敏感品种,盐胁迫导致其质膜H+-ATPase活性持续下降,添加La3+明显提高其H+-ATPase活性,而对耐盐品种,盐胁迫导致其质膜H+-ATPase活性呈现先降后升的趋势,La3+对其活性影响不大。进一步分析表明,上述H+-ATPase活性变化及La3+对其影响均发生在转录水平上。据此推测,以上2个品种可能具有完全不同的盐胁迫响应机制。