涂覆SnO_(2)-WO_(3)的微光纤甲烷气体传感器

提出并展示了一种用于甲烷浓度检测的SnO_(2)-WO_(3)纳米花涂覆微光纤双锥干涉仪(MFI)。采用多芯光纤熔融双锥法制备锥形MFI。采用水热法和浸渍法合成了甲烷敏感材料SnO_(2)-WO_(3)。采用滴涂法在MFI结构外部涂覆SnO_(2)-WO_(3)材料。当甲烷分子吸附在涂层材料上时,材料的折射率会发生变化,从而引起传感器的透射光谱发生变化。因此,可以通过测量光谱的波长漂移来检测甲烷浓度。实验结果表明,SnO_(2)-WO_(3)纳米花包覆MFI传感器具有较大的浓度检测范围和较高的室温稳定性。测量甲烷浓度范围为0~34%,灵敏度约为0.11nm/%。还对传感器的选择性进行了研究。对异丙醇、甲醇、乙醇和甲烷的反应进行了研究和比较。结果表明,该传感器对甲烷具有较高的吸附选择性,在矿井瓦斯检测与预警领域具有潜在的应用前景。

Sb掺杂Li_(2)SnO_(3)增加氧化电势提升2,4-DCP光催化降解的研究

本文通过固相法制备Sb掺杂Li_(2)SnO_(3)光催化剂并将其用于光催化降解2,4-DCP。通过粉末X射线多晶衍射技术(PXRD)、高分辨透射电镜(TEM)及扫描电镜(SEM)对合成的光催化剂分别进行了物相结构和表面形貌表征。光催化实验表明,Sb掺杂之后的样品具有较为优越的光催化性能,其在紫外光下12 min内,其降解率可达100%。然而母体Li_(2)SnO_(3)在同样的条件下,12 min内光催化降解率仅有58.20%。紫外漫反射吸收光谱表明,Sb掺杂之后,光学吸收带宽增加;时间分辨光谱测试表明,Sb掺杂后样品的光生载流子寿命下降。综合以上分析,光催化效率提升的原因,来自于其价带氧化电势的增强。自由基捕获实验表明,空穴(h+)和超氧阴离子自由基(O_(2)·-)是2,4-DCP降解过程中的主要活性自由基。本文的研究为半导体掺杂对光催化效率的提升提供重要的指导。

S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)的构筑及光催化还原CO_(2)性能

通过在WO_(3)纳米片表面负载ZnFe_(2)O_(4)纳米颗粒,构建了一系列S型异质结光催化剂ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3),并研究了其光催化CO_(2)还原性能。在没有助催化剂和牺牲剂的条件下,所制备的ZnFe_(2)O_(4)/WO_(3)复合材料可对CO_(2)与水蒸汽进行光催化反应。优化后的材料光照5 h后CO_(2)还原产物CO和CH_(4)的产量分别为7.87和4.88μmol·g^(-1)。相对于单相组分,CO和CH_(4)的产量明显提高。光催化活性的提高,归因于ZnFe_(2)O_(4)和WO_(3)异质结的形成以及光生载流子的S型电荷传输模式。

石榴石型立方相Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的制备及储锂性能

石榴石型立方相Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有高的离子电导率和热稳定性,在固态锂电池领域颇具应用前景。煅烧温度对制备高性能立方相LLZO至关重要。为此,首先采用不同煅烧温度(1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃)制备了LLZO,然后将10%磺酸甜菜碱改性的聚偏二氟乙烯(SB-PVDF)与90%LLZO复合制备固态电解质膜,并研究其电化学储锂性能。结果表明:在最优煅烧温度1200℃时制备的LLZO为纯立方相结构,相对致密度高达92.4%,离子电导率为1.21×10^(-4)S/cm,活化能为0.335eV,相应的固态锂电池在1.0C充放电时的放电比容量为124.3mAh/g,循环200圈后容量保持率为93.4%,优于其他样品。

TiO_(2)/WO_(3)异质结构建及其光电性能研究

分别以钨酸钠和钛酸四异丙酯为原料,通过溶胶-凝胶法制备了纳米WO_(3)及TiO_(2)胶体,并将两种材料按照一定比例进行复配和煅烧,制备了TiO_(2)与WO_(3)的异质节型光催化材料。循环伏安测试表明制备的材料具有较好的电化学性能。光催化测试表明,TiO_(2)与WO_(3)摩尔比为1∶10的复合材料显示出最好的光催化性能,其对亚甲基蓝的降解率为73.7%,是纯WO_(3)的1.52倍。

WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)Z型异质结的构建及其光催化性能

利用水热法和超声辅助沉淀法制备了Z型异质结WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合光催化剂。采用多种表征手段对其晶体结构、形貌和性能进行了表征,并以盐酸四环素(TCH)为降解对象考察了WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合催化剂的光催化活性。结果表明:简单斜方的WO_(2)负载在单斜相的Ag_(3)VO_(4)表面,形成Z型异质结结构,这种结构以及Ag_(3)VO_(4)光腐蚀产生的Ag0,能加速无效电子-空穴对的复合,促进有效光生载流子的分离,提升WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合催化剂的可见光催化活性;WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)复合催化剂对TCH的降解效果明显优于纯WO_(2)和Ag_(3)VO_(4),其中5 wt%WO_(2)/Ag_(3)VO_(4)的效果最好,可见光下3 h对TCH的降解率可达85.8%,且降解过程符合一级动力学反应模型。

高压水蒸气对β-Li_(2)TiO_(3:)Eu^(3+)荧光粉的全谱发光性能影响

采用水热法制备荧光粉前驱体后通过高温煅烧的方法,合成了由电偶极跃迁主导的高色纯度的β-Li_(2)TiO_(3):Eu^(3+)红色荧光粉.设计了适用于DHT11的拓扑电路,对荧光粉体湿度和温度进行测试.研究发现,高压腔体中加水量为5 mL,β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)的相对湿度可达81%RH.在波长为396 nm的近紫外光激发下,β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)发射由电偶极跃迁主导的613 nm的红光,荧光寿命为773.36μs,高压水蒸气处理对β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)的电偶极跃迁发射峰和磁偶极跃迁发射峰位置没有变化,但发射峰强度增强并且荧光寿命降至386.81μs.高压水蒸气高压处理后的荧光粉色坐标x=0.47,y=0.51,色温为3300 K,红光色纯度为96.6%,比高压处理前显示出更优异的显色性能.高压水蒸气处理后的β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)电偶极跃迁谱线强度参数Ω_(2)增加至4.21×10^(-19)cm^(2),^(5)D_(0)→^(7)F_(2)跃迁的荧光分支比β2也增加至96.9%,而量子效率η减小至57%,证实了湿度对荧光粉的发光效率具有极大的影响.

Ce^(3+)掺杂一维多孔SnO_(2)纳米材料的模板合成及光致发光性能

以四氯化锡为金属源,P123为造孔剂,尿素为沉淀剂,无水乙醇为溶剂制备前躯体,以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板合成了一维多孔SnO_(2)纳米材料,并采用多种手段进行表征。结果表明:所合成的一维SnO_(2)纳米材料直径大小均匀,具有多孔和四方晶相结构,Ce^(3+)离子通过掺杂的方式使其具备良好的光致发光性能。

Li_(2)SnO_(3)/WO_(3)复合材料的制备用于光催化降解罗丹明B

采用高温退火法制备了不同质量分数的Li_(2)SnO_(3)/WO_(3)复合物光催化剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计等对催化剂进行了基本物性表征,采用降解罗丹明B的方法对其进行了光催化活性测试。因复合物中Li_(2)SnO_(3)和WO_(3)能带结构的理想匹配(Type-II型)增强了光生载流子的有效分离,Li_(2)SnO_(3)/WO_(3)复合物光催化剂相比于单体型催化剂具有更高的降解效率。实验结果表明,Li_(2)SnO_(3)/WO_(3)复合物中WO_(3)与Li_(2)SnO_(3)质量比为3%时表现出最优的催化性能,其光催化活性分别是单体Li_(2)SnO_(3)和WO_(3)的2.5倍和8.2倍。

介孔WO_(3)/SiO_(2)的制备及其氧化脱硫性能

以稻壳为硅源和介孔模板,磷钨酸为钨源,采用等体积浸渍法制备了一系列不同WO_(3)负载量的介孔WO_(3)/SiO_(2)催化剂。结果表明,低负载量的样品,WO_(3)晶粒在载体SiO_(2)上高度分散,且样品的比表面积、外表面积和介孔体积均较高。采用二苯并噻吩(DBT)和4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)模拟油的氧化脱硫反应,评价了样品的催化性能。在优化的条件下,2.4%WO_(3)/SiO_(2)样品给出了99.9%的DBT转化率和99.5%的4,6-DMDBT转化率。

金属有机框架衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料制备及其光催化性能

金属有机框架(metal-organic framework,MOF)材料ZIF-67衍生Co_(3)O_(4)十二面体纳米块在室温下与SnO_(2)复合,制备出立方体Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合光催化剂.煅烧后形成的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)材料禁带宽度明显降低,荧光淬灭明显,说明Co_(3)O_(4)的加入拓展了SnO_(2)的光响应范围至可见光甚至红外光区域,同时促进了光催化反应过程中光生载流子的分离.以罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标反应物,在可见光下考察了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)的光催化降解活性,发现Co_(3)O_(4)/SnO_(2)在60 min内可以降解89.6%的Rh B,分别是纯SnO_(2)和纯ZIF-67的4.5倍和3倍.同时,Co_(3)O_(4)/SnO_(2)表现出了良好的光反应能力和稳定性.基于以上实验结果并结合自由基淬灭实验,提出了MOF衍生的Co_(3)O_(4)/SnO_(2)复合材料光催化降解有机染料RhB的机理.

Bi_(2)WO_(6)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

以尿素、硝酸铋、钨酸钠等为主要原料,在热缩聚法制备g-C_(3)N_(4)的基础上,通过水热法制备Bi_(2)WO_(6)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂。在模拟太阳光照射下,研究Bi_(2)WO_(6)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂对甲基橙的光催化降解性能。结果表明,复合光催化剂相比于单体光催化剂的性能有显著提高。在Bi_(2)WO_(6)与g-C_(3)N_(4)质量比为2∶1、水热温度为180℃、水热时间为12 h条件下,复合光催化剂的性能最好。光照时间210 min时,甲基橙降解率达到了98.15%,相比于单体Bi_(2)WO_(6)和g-C_(3)N_(4)光催化剂的效率分别提高了25.1%和37.7%,且光催化降解过程符合一级动力学方程。复合光催化剂具有优异的稳定性,经过4次重复性实验,甲基橙降解率仍达到95.17%。

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)基氧化铝薄膜的制备及对固态电解质应用性能的影响

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有离子电导率高、电化学窗口宽、与锂负极相容性好的特点,在锂离子电池领域成为了传统有机液态电解质的潜在替代品。然而,LLZO极易与空气中的CO_(2)、H_(2)O反应生成副产物Li_(2)CO_(3),致使LLZO离子电导率降低,甚至丧失。针对这一问题,本研究采用先旋涂后烧结的方法在LLZO表面构筑氧化铝薄膜,借助致密氧化铝薄膜阻隔LLZO与空气的直接接触的特性,改善和提高LLZO的空气-水稳定性。结果表明,采用该方法可在LLZO表面构筑厚度约为13.34μm的无定形氧化铝薄膜层。该薄膜层有效提高了LLZO对气体的阻隔性,增大了LLZO表面疏水特性,在一定程度上抑制了Li_(2)CO_(3)的生成。同时,由于渗入LLZO中氧化铝对空隙的填充作用,强化了离子传输特性,使负载薄膜后LLZO的离子传导的活化能从0.40 eV降低至0.28eV,离子电导率从4.48×10^(5)S·cm^(-1)提高到5.06×10^(-5)S·cm^(-1),提高了13%。

Bi_(2)(SnO_(3))3掺杂(Ba,Sr)TiO_(3)介电陶瓷介电性能的研究

通过传统固相法制备Bi_(2)(SnO_(3))_(3)(BSO)掺杂(Ba_(0.79)Sr_(0.21))TiO_(3)((Ba,Sr)TiO_(3),BST)陶瓷。采用XRD、SEM等研究了Bi_(2)(SnO_(3))_(3)(BSO)掺杂对BST陶瓷的物相和微观结构及介电的性能影响。实验结果表明:随着BSO掺杂量增加,BST基介电陶瓷的介电常数开始增大而后减小然后再增大随后再减小,陶瓷的介质损耗首先增大然后减小。当掺杂BSO的量是2 wt%的时候,BST基介电陶瓷具有较好的介电性能:介电常数是5430;介质损耗是0.0145,电容温度变化率是+20.64%,-45.58%。BSO掺杂的BST基介电陶瓷仍为钙钛矿结构。BSO的掺杂起到移峰和压峰的作用。

花状SnO_(2)与多层Ti_(3)C_(2)MXene材料的制备及室温NO_(2)气敏传感性能

结合溶剂热法和HF刻蚀MAX相,制备了花状SnO_(2)和多层Ti_(3)C_(2)MXene不同质量比的SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene敏感材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对传感器的微观形貌、元素成分和晶相结构进行分析。结果表明,直径为800 nm左右的花状结构SnO_(2)成功负载到了堆叠后厚度为4~5μm的层状结构Ti_(3)C_(2)MXene的表面。制备了基于SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene复合材料的气体传感器,并在室温下研究其对NO_(2)的气敏性能。在最佳条件下,MS5传感器表现出最优异的气敏传感性能,对体积分数为1×10^(-4)的NO_(2)的响应度可达到6.39,传感器还表现出了良好的选择性和重复性,最后讨论了SnO_(2)/Ti_(3)C_(2)MXene的气体传感器的气敏机理。

固态电解质Li_(1+x)Al_(x)Ti_(2-x)(PO_(4))_(3)中Li+的迁移特性

Li_(1+x)Al_(x)Ti_(2-x)(PO_(4))_(3)(LATP)是一种颇具前景的NASICON型锂离子固态电解质.本文通过第一性原理计算研究了不同Al掺杂浓度(x=0.00,0.16,0.33,0.50)对LATP的结构特性、电学特性以及Li^(+)迁移特性的影响.结果表明,Al能够稳定掺杂进入LiTi2(PO4)3(LTP)的晶体结构当中.当Al掺杂浓度x=0.16时,Li—O键的平均键长最长,成键强度最弱,而Ti—O键强度随Al掺杂浓度变化不大.Al掺杂浓度对LATP带隙的影响不大,但Al附近的O原子聚集了更多的负电荷,形成AlO6极化中心.Li^(+)不同的迁移方式(空位迁移、间隙位迁移和协同迁移)在Al掺杂浓度不同时展现出复杂的能垒变化,Li^(+)在空位迁移中迁移势垒随Al掺杂浓度的增大而升高,而在间隙位迁移中Li^(+)的迁移势垒变化相反,由于协同迁移中涉及空位和间隙位两种位点,Li^(+)的迁移势垒表现为随Al掺杂浓度的升高先降低后升高的复杂变化.当x=0.50时,LATP具有最低的Li^(+)迁移势垒0.342 eV,这个势垒值是间隙位迁移的结果.因此,通过改变Al掺杂浓度,可改变间隙Li^(+)浓度及迁移通道结构,进而调节Li^(+)的迁移性能,提高LATP中的Li^(+)导电性能.

g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)光催化剂协同降解苯扎贝特机理研究

利用贵金属Pd的等离子体共振效应和形貌可控Bi2WO6的光催化协同作用,通过低温水热法设计合成具有高效可见光活性的花状g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)异质结复合催化剂.在可见光照射下,异质结复合催化剂光催化降解BZF的去除率均高于g-C_(3)N_(4),g-C_(3)N_(4)/Bi_(2)WO_(6),Pd/g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6),其中,50%g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)对BZF的去除率为96%,是Pd/g-C_(3)N_(4)的1.8倍,g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)的2.7倍.基于表征分析可知,g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)复合催化剂中Bi_(2)WO_(6)呈现中心辐射花状纳米结构,并与层状Pd/g-C_(3)N_(4)连接;贵金属Pd可作为电子传输的介质,促进g-C_(3)N_(4)和Bi_(2)WO_(6)Z型异质结构的形成,有利于协同提升可见光催化活性.淬灭实验和EPR表征证实了·OH是g-C_(3)N_(4)/Pd/Bi_(2)WO_(6)催化降解BZF的主要活性物质,LC-MS/MS分结果表明羟基化作用取代贝特链是BZF降解的主要路径.

基于WO_(3)-MoO_(3)和TiO_(2)/CdS复合电极的光电致变色器件

以导电玻璃为基底,通过水热法制备WO_(3)-MoO_(3)薄膜,采用循环伏安、计时电量、计时电流、电化学阻抗测试方法对其电致变色性能进行测试;通过水热法结合连续离子层沉积法制备了TiO_(2)/CdS复合薄膜,采用线性循环伏安、瞬态光电流、透过率测试方法对其光电转换性能进行了测试。最后将性能最好的WO_(3)-MoO_(3)薄膜和TiO_(2)/CdS复合薄膜分别作为光电致变色器件的变色阴极、光阳极构建WO_(3)/MoO_(3)-TiO_(2)/CdS光电致变色器件。结果表明,与WO_(3)-TiO_(2)/CdS器件相比,WO_(3)/MoO_(3)-TiO_(2)/CdS光电致变色器件具有较大的光学调制范围(630nm处为41.99%)、更高的着色效率(35.787cm^(2)/C),且光电转换效率(0.126%)为WO_(3)-TiO_(2)/CdS器件(0.053%)的2.38倍。

Te含量对Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料组织及电接触性能的影响

采用合金内氧化法制备了不同Te含量的Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和光学显微镜(OM)分析了Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)微观组织,利用JF04C触点测试系统测试了铆钉型触点的电接触性能,分析了Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)电接触材料的转移损耗情况,并利用扫描电镜(SEM)对电接触材料动静触点电弧侵蚀形貌进行了分析,分析Te的添加对材料性能和燃弧机制的影响。结果表明:Te的添加有助于细化晶粒,并且随着Te含量增加,Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)材料形成了波浪状组织,Te的加入未对Ag、SnO_(2)和In_(2)O_(3)的存在形式造成影响,材料的相组成包括Ag、SnO_(2)、In_(2)O_(3)、TeO_(2)和单质Te。随着Te含量增加,材料的接触电阻呈现先上升后下降再上升的趋势,当Te的添加量为0.75%时,接触电阻最低且最稳定,熔焊力平均值为26.6 cN,低于常规模拟继电器30.6 cN的分断力。Te的添加改变了材料转移模式,减少了电弧侵蚀表面喷溅状侵蚀形貌的出现,当Te的添加量为0.75%时,电弧侵蚀表面产生的“猪网油”状的网状结构和“桑葚”状结构,对Ag/SnO_(2)In_(2)O_(3)材料在持续高频直流场合抗材料定向转移及抗熔焊性能方面改善显著,过量添加则会恶化触点性能。

WO_(3)/TiO_(2)纳米晶的火焰合成及其电致变色性能研究

通过自行设计的火焰喷雾燃烧系统合成纯WO_(3)和Ti掺杂的WO_(3)/TiO_(2)纳米晶,采用旋涂法进行薄膜制备,并通过多种表征手段研究Ti掺杂量和退火温度对薄膜电致变色的影响。研究表明,Ti掺杂为薄膜提供更多的活性位点,增大离子迁移速率和电导率,WTi-6薄膜在633 nm处的最大光学调制为67.11%,着色效率也为纯WO_(3)薄膜的1.7倍。同时,400℃的退火处理增强了WTi-6薄膜和导电基材的附着力,薄膜的电化学性能得到提升,Li+在薄膜上嵌入/脱出的可逆性增强。相应地,退火后WTi-6薄膜获得较高光学调制范围(76.05%),响应速度加快,在着色时间和褪色时间也分别由未退火的5.7、10.4 s缩短为5.5和8.2 s,着色效率提高至82.20 cm^(2)/C。因此,通过火焰喷雾燃烧进行Ti掺杂改性和退火工艺精进,提高了WO_(3)薄膜电致变色性能,拓展了WO_(3)纳米晶的制备工艺,具有良好的应用前景。