构筑Ni/ZnCO_(2)O_(4)@ZnO复合金属氧化物脱硫剂及其反应吸附脱硫-再生性能研究

采用共沉淀法在ZnO中引入金属Co并使其形成复合金属氧化物,通过共沉淀-浸渍法构筑了不同Co含量的复合金属氧化物脱硫剂,考察其脱硫活性和再生性能。采用XRD、TEM、N_2低温吸附-脱附、XPS和H_(2)-TPR等对脱硫剂的结构和性质进行系统表征,证实得到了Ni/ZnCO_(2)O_(4)@ZnO结构的复合金属氧化物脱硫剂。复合金属氧化物脱硫剂中ZnCO_(2)O_(4)的形成有利于脱硫剂的颗粒尺寸减小、分散度提升、比表面积增大。反应后XRD显示,ZnCO_(2)O_(4)也可作为H_2S的吸附剂,从而提高了脱硫剂的硫吸附容量。所有的复合金属氧化物脱硫剂的脱硫性能显著优于Ni/ZnO,其中,Zn:Co物质的量比为1:1的脱硫剂NZCo-3具有最优的脱硫性能,该脱硫剂在反应温度300℃,氢压3 MPa,质量空速2.2 h^(-1),氢油体积比300的条件下脱硫率为100%,且经过六次循环后仍能够保持优异的脱硫性能。该研究结果为合理设计Ni/ZnO脱硫剂以提高其脱硫性能和再生性能提供新的思路。

ZnCo-MOF-74衍生纳米球ZnO/ZnCo_(2)O_(4)的超级电容性能

双金属MOF-74独特的结构性能是构建多孔材料的理想前驱体之一。以ZnCo-MOF-74作为前驱体,通过高温煅烧法制备衍生物ZnO/ZnCo_(2)O_(4)纳米球,并对材料的结构和形貌进行分析。在6 mol/L KOH溶液的三电极体系中测试样品的电化学性能,在电流为1.0 A/g、n(Zn)∶n(Co)=1∶1时制得的ZnO/ZnCo_(2)O_(4),比电容达1047.8 F/g,高于其他比例下所得到的混合金属氧化物。ZnO/ZnCo_(2)O_(4)的高比电容和良好的倍率性能归因于较大的比表面积和双金属的协同效应。以n(Zn)∶n(Co)=1∶1合成的纳米球ZnO/ZnCo_(2)O_(4)为正极材料、活性炭为负极材料制备的不对称超级电容器,在0.5 A/g下的比电容为74.3 F/g,在比功率536.3 W/kg时,比能量为26.4 W·h/kg;以10.0 A/g电流在0~1.6 V循环2000次后,电容保持率为81.3%。

Cu/ZnO催化剂的金属载体相互作用及其对糠醛加氢制糠醇反应性能的影响

采用共沉淀法制备了系列Cu/Zn比不同的Cu/ZnO催化剂,研究了Cu/Zn比与金属载体强相互作用(SMSI)的关系及其对糠醛气相加氢制糠醇催化反应性能的影响。XRD、H2-TPR、SEM、HRTEM和XPS等表征结果显示,Cu/ZnO催化剂中的金属载体强相互作用改变了催化剂的微观结构。ZnO载体对活性金属Cu颗粒具有不同程度的几何修饰,影响了Cu表面的电子状态。不同Cu/Zn比的Cu/ZnO催化剂的SMSI作用顺序为:20Cu/ZnO>40Cu/ZnO>60Cu/ZnO>80Cu/ZnO。在同一反应条件下,20Cu/ZnO催化剂的糠醛转化率高于80%的时间仅为5 h,而60Cu/ZnO催化剂的糠醛转化率高于80%的时间可以达到28 h,表明适当的SMSI作用有利于提升Cu/ZnO催化剂在糠醛加氢反应中的稳定性,而过强的SMSI作用会抑制其催化活性。

基于MOF衍生的In掺杂ZnO纳米材料对NO_(2)的气敏性能

以硝酸锌和二甲基咪唑为原料,采用溶剂热法制备了ZIF-8,通过掺杂不同含量的In^(3+)离子,制备了基于MOF衍生的In^(3+)掺杂Zn O复合纳米材料.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱测试(XPS)、氮气吸附-脱附等方法对合成材料进行了结构表征.研究了In^(3+)离子掺杂对材料的结构形貌和性能的影响.掺杂In^(3+)的ZnO纳米复合材料对二氧化氮气敏性能明显提高,160℃工作温度下,对1 mg/L的二氧化氮的响应值从75提高到350,最低检测线为1μg/L.所给的纳米材料制备方法简单,气敏性能优异,为NO_(2)气体的高灵敏检测提供了潜在方法.

MOCVD生长ZnO薄膜的气相寄生反应路径研究

本文利用量子化学的密度泛函理论(DFT),研究了金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长ZnO薄膜过程中二乙基锌(DEZn)与叔丁醇(t-BuOH)体系的气相寄生反应机理。通过计算不同温度下反应路径的Gibbs自由能变化,从热力学角度详细分析关键中间产物(HOZnOBut、H(ZnO)_(2)But、HZnOH)的水解及二聚物(Zn_(2)O_(2)H_(4)、Zn_(2)O_(4)H_(4)、Zn_(4)O_(4)H_(4))、三聚物(Zn_(3)O_(6)H_(6))的形成,揭示不利于ZnO薄膜生长的纳米颗粒可能的形成路径和产物。研究发现在高温沉积条件下(673.15 K<T<713.15 K),DEZn热解后的中间产物H(ZnO)_(2)But容易与H_(2)O发生双分子碰撞直接生成有利于ZnO薄膜生长的(ZnOH)_(2)。但是这类中间产物同时会通过聚合消去反应形成二聚物和三聚物,这些聚合物是形成纳米颗粒的重要前体,其中由HOZnOBut聚合产生的聚合物(HOZnOBut)2连续脱去C4 H8,并最终形成Zn_(2)O_(4)H_(4)的反应最容易发生。因此,二聚物Zn_(2)O_(4)H_(4)是最有可能提供纳米颗粒的重要前体。

光电催化材料Ce_(2)O_(3)@ZnO/TNTs的制备及其性能的研究

采用阳极氧化法制备出TiO_(2)纳米管阵列(TNTs),再以方波脉冲沉积法在TNTs修饰ZnO,最后以阴极恒电流沉积在ZnO/TNTs表面沉积Ce,经煅烧处理后得到Ce_(2)O_(3)@ZnO/TNTs纳米复合材料。X-射线衍射仪(XRD)测试表明该材料中TiO_(2)、ZnO和Ce_(2)O_(3)共存。扫描电镜(SEM)分析显示在TNTs管口及管壁表面均匀生长了ZnO和Ce_(2)O_(3)。莫特-肖特基曲线(M-S曲线)测试表明其为n型半导体,紫外-可见漫反射(UV-vis)光谱分析证实其最大吸收波长可以达到448 nm。光电催化降解刚果红染料实验结果表明:Ce_(2)O_(3)@ZnO/TNTs光电催化降解效率高达82.09%,高于TNTs(21.32%)、ZnO/TNTs(51.96%)和Ce_(2)O_(3)/TNTs(75.3%)。

MOCVD法以NO气体为掺杂源生长p型ZnO薄膜

采用金属有机化学气相沉积方法在玻璃上生长了掺氮的低电阻p型ZnO薄膜 .实验使用NO和N2 O共同作为氧源 ,且NO同时作为掺氮源 ,二乙基锌作为锌源 .X射线衍射测试表明薄膜具有c轴择优取向的结构特性 ,二次离子质谱分析证实了氮被掺入了ZnO薄膜 .通过优化锌源流量获得了最高空穴浓度为 1 97× 10 18cm-3 ,最低电阻率为 3 0

H吸附诱发ZnO(10■0)表面的金属化

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波赝势和周期性边界条件的超晶胞模型,用第一原理方法计算并分析了H在ZnO(10■0)面上的吸附能、态密度和能带结构.结果表明:1)H单原子吸附时,H在ZnO(10■0)面上的吸附(用ZnO(10■0)-H表示)只形成OH原子团,没有ZnH出现;面上剩余的Zn悬挂键导致此面显示出很强的金属性.DOS和能带分析显示导带(CB)底的Zn4s态得到电子,向下移动导致价带导带在禁带中出现交叠,呈现明显金属化.2)双H在ZnO(10■0)面上的吸附用ZnO(10■0)-2H表示,在ZnO(10■0)-2H吸附面上,2H分别吸附在O、Zn上,饱和了面上的两个悬挂键,DOS和能带分析显示ZnO(10■0)-2H吸附面与清洁ZnO(10■0)面大致相同,均为绝缘面.

纳米ZnO的制备及其光学性质的研究

采用均匀沉淀法,以尿素与硝酸锌反应制备纳米ZnO,通过TG-DTA、XRD、IR及TEN等手段对纳米粒子及中间体进行了表征,结果表明制得的纳米粒子粒度均匀,粒径分布窄。对纳米ZnO的发光特性研究表明,随焙烧温度升高,粒度的增大,可见绿色发射增强。同时对纳米ZnO与普通ZnO的发光性质进行了比较研究,指出纳米ZnO的绿色发光带有蓝移现象,这是由于纳米ZnO的量子尺寸效应引起的。BET测试表明,纳米ZnO的比表面为171.2m2/g,有利于作催化剂。

MOCVD生长中载气H_2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。

MOF衍生的多孔ZnO/C、Ag/ZnO/C复合材料光催化性能研究

以金属有机骨架(MOF-5)为前驱体,通过高温热处理和湿化学法获得ZnO/C和Ag/ZnO/C两种光催化复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行了表征。结果显示,高温热处理保留了MOF-5的原始结构。ZnO/C比表面积为390 m^2/g,载银后比表面积仍达232 m^2/g,负载的银颗粒尺寸约30 nm。光催化降解实验表明ZnO/C和Ag/ZnO/C复合材料对亚甲基蓝(MB)都具有很高的降解效率,均优于商业TiO_2。Ag/ZnO/C的光催化性能更好,且具有较好的重复利用和稳定性。因此,适度的高温碳化和掺杂贵金属是获得优良光催化性能的根本原因。

微波烧结ZnO压敏电阻的可行性研究

采用微波烧结工艺制备了ZnO压敏电阻，研究了其致密化过程，运用XRD、SEM、电性能测试等手段，分析了烧结温度对其微观结构和电性能的影响。结果表明：微波烧结工艺不仅可显著提高ZnO压敏电阻的致密化，而且能够改善材料的微观结构和电性能。微波工艺的烧结周期仅是传统工艺的1／10～1／8。微波烧结样品的小电流特性有所提升；其通流量为11．6kA，比商用ZnO压敏电阻（7.75kA）高。

RF溅射ZnO薄膜工艺与结构研究

通过RF磁控溅射在Si（100）基片上制备了ZnO薄膜，并研究了磁控溅射中各生长参数，如衬底温度、氧分压及后处理工艺等因素对ZnO薄膜微结构、表面形貌与结晶取向的影响。结果表明：溅射温度和氧分压对薄膜的微结构与择优取向有很大的影响，并对不同的溅射工艺进行了分析比较，从而确定了最佳溅射及后处理条件：RF溅射温度小于300℃，功率为50W，沙（Ar：O2）为20：5，退火温度550～600℃，并获得了c轴择优取向的ZnO薄膜。

以ZrOCl_2为添加剂煅烧ZnS合成ZnO绿色荧光粉

研究以氯氧化锆为添加剂的硫化锌热氧化法合成ZnO绿色荧光粉的过程。XRD衍射图谱表明合成荧光粉的主晶相为六方纤锌矿ZnO,并有少量残存的ZnS相存在。荧光发射光谱在350nm或374nm光激发下只呈现出在510nm左右的绿色峰,氯氧化锆添加可大大提高产物的荧光发射强度,而氧化锆则不能。荧光粉中硫和氯的含量与荧光强度随煅烧温度的关系类似,说明氯离子对合成ZnO的绿色发射有直接贡献。该荧光粉的激发波长与近紫外LED的光输出波长相匹配,可用于白光LED荧光的转换材料。

螯合物分解法制备ZnO微粉

利用螯（络）合物分解法制备了ＺｎＯ微粉，选用的螯（络）合剂有氢氧化铵、乙二胺四乙酸二钠和巯基丙氨酸。实验结果表明，由于Ｚｎ－ＮＨ３络离子的稳定常数小，所得ＺｎＯ粒子直径大。

贵金属(Cu、Ag、Au)掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的总体能量平面波超软赝势方法,对贵金属(Cu、Ag、Au)掺杂ZnO进行了几何结构优化,并计算了相应的能带结构、受主能级、形成能、电子态密度和光学性质.结果表明:贵金属掺杂后带隙减小且体系费米能级附近电子态密度主要来源于Cu3d、Ag4d和Au5d态电子的贡献.与未掺杂ZnO相比,介电函数虚部、反射峰强度和吸收系数在可见光和紫外区域增强.能量损失谱计算表明,贵金属(Cu、Ag、Au)掺杂后ZnO的等离子体共振频率峰发生蓝移.

多组分掺杂ZnO陶瓷薄膜的射频磁控溅射法制备及表征

采用传统陶瓷烧结工艺,制备了直径为50mm,厚度为3mm的Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、Cr2O3、MnO2掺杂的ZnO陶瓷靶,采用所制备的ZnO陶瓷靶和射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上成功制备出了ZnO陶瓷薄膜,并研究了溅射功率和退火温度对ZnO陶瓷薄膜的微观结构和表面形貌的影响。结果表明:随着溅射功率的增大,ZnO陶瓷薄膜的沉积速率增大;颗粒尺寸先减小后增大。随着退火温度的升高,ZnO陶瓷薄膜的c轴取向增强;晶粒尺寸增大。溅射功率为350W,退火温度为850℃,制备出的陶瓷薄膜的相组成是ZnO主晶相、富Bi2O3相、Sb2O3相以及Zn2.33Sb0.67O4尖晶石相,得到了具有压敏电阻特性的组织结构。

阴离子掺杂ZnO的荧光光谱和X光电子能谱特征

以溴化铵为助熔剂,在较低温度(~800℃)下的空气气氛中煅烧硫化锌合成了S2-和Br-共掺杂ZnO绿色荧光粉。采用XPS技术对该类ZnO荧光粉绿光发射的原因进行探讨,认为S2-和Br-共掺杂将促进ZnO中氧空穴和锌空穴的形成,使光生电子从禁带中的这些局域缺陷中心跃迁至深陷阱的空穴而产生强的绿色发射。

低压MOCVD生长ZnO单晶薄膜的制备与性质

利用 LP-MOCVD生长技术 ,采用 Zn(C2 H5) 2 作 Zn源和 CO2 作氧源 ,在 (0 0 0 2 )蓝宝石衬底上获得了沿 c轴取向高度一致的 Zn O单晶薄膜。通过对其吸收谱的曲线拟合 ,得到室温下 Zn O薄膜的光学带隙为 3 .2 45e V。在样品的室温光荧光谱 (PL)中观察到对应于带边发射的较强的发光峰 。

掺杂稀土氧化物的ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷中的“软心”

研究了掺杂Ce2O3和Gd2O3对ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷电气性能的影响,发现大尺寸试样的内层电位梯度明显低于表层,即表现出“软心”特征．“软心”导致试样平均电位梯度随着试样几何尺寸的增大而下降．沿轴向晶粒尺寸没有明显的差异．根据沿轴向截取的等厚薄片的电流与温度的关系,发现表层的晶界势垒高度比内层的高．这种晶界势垒高度的非均匀分布可能与添加稀土氧化物后造成的氧元素分布不均匀有关．