V、Nb和Mn掺杂α-Bi_(2)O_(3)的光电性质研究

氧化铋(Bi_(2)O_(3))作为光催化剂,在废水处理方面拥有良好的发展前景。基于密度泛函理论的第一性原理计算,分析了钒(V)、铌(Nb)以及锰(Mn)掺杂Bi_(2)O_(3)的电子结构和光学性质。根据计算结果,半导体在离子掺杂后其禁带宽度明显缩小,此外在费米能级附近产生新的杂质能级,电子跃迁所需能量减少,导电性增加;光学性质表明掺杂体系吸收边发生红移,增强了可见光的吸收范围,为Bi_(2)O_(3)在光催化领域的应用提供了理论基础。

Mn掺杂Li_(3)VO_(4)光学性质与弹性性质的第一性原理研究

基于第一性原理方法深入探究了Li_(3-x)Mnx VO_(4)(x=0,0.083,0.1667,0.25)晶体的能带结构、态密度、光学性质和弹性性质。计算结果表明,Li_(3-x)Mnx VO_(4)(x=0.083,0.1667,0.25)三种掺杂体系均稳定存在。其中,本征Li_(3)VO_(4)带隙为4.033 eV。当x=0.083时,带隙为0.341 eV,材料由直接带隙半导体转变为间接带隙半导体,并且表现为n型半导体的特性。当x=0.1667和0.25时,带隙分别为0.016 eV和0 eV,材料由半导体转变为金属,导电性显著增强。光学性质计算表明,掺杂体系在紫光区域的反射率有所加强,在吸收谱中x=0.25时材料对光子吸收率最佳。对于反射系数和介电函数的虚部而言,掺杂后的Li_(3)VO_(4)体系在低能区域内提升明显,表明更多光被材料表面所吸收。杨氏模量计算结果表明,随着Mn浓度的增大,各项异性变大,极化强度也随之增强。通过对Li_(3)VO_(4)进行Mn元素掺杂的方法,找到适合的掺杂浓度,为光、电能的综合利用提供一种有效的方案。

Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应(OER)作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物(AB_(2)O_(4))具有特殊的电子结构和优异的OER性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂Mn-Co_(3)O_(4),研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co_(3)O_(4)的OER催化性能。制备的Mn-Co_(3)O_(4)催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA·cm^(-2)下,其过电位分别为270和335 mV。Mn-Co_(3)O_(4)同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV·dec^(-1)。此外,Mn-Co_(3)O_(4)还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA·cm^(-2)下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路。

Mn掺杂BaTiO_3多铁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法,对过渡金属元素Mn掺杂四方相BaTiO3体系进行了系统的研究。通过对掺杂前后的电子结构改变及所引起的磁学性能的分析发现,过渡金属元素Mn的掺入可以使BaTiO3产生较大的铁磁性,这一磁性主要源于Mn离子局域磁矩的贡献,且随着Mn掺杂量的增加,材料体系的磁性增强;同时发现掺杂体系在001方向存在畸变,仍然保持BaTiO3原有的自发极化,即掺杂后体系仍具备铁电性。研究结果表明,进一步优化的Mn掺杂BaTiO3有望成为一种性能优越的新型多铁性材料。

微波水热法合成Mn掺杂BaTiO_3纳米粉体

以Ti(OC4H9)4、Ba(NO3)2和C4H6MnO4.4H2O为原料,采用微波水热法合成了Mn掺杂的BaTiO3纳米粉体。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物进行了表征。并研究了影响Mn掺杂BaTiO3晶体生长和形貌的主要影响因素。实验结果表明:掺杂量为1.0%,反应时间为30min,烘箱干燥温度为82℃,能制备出单一的粒径均匀的掺Mn的BaTiO3纳米粉体,且粉体的粒径尺寸约为100nm。

Y^(3+),Mn^(2+)掺杂BaTiO_3陶瓷晶界特性研究

PTC陶瓷的晶界特性对材料的电性能有重要影响,通过对Y,Mn掺杂钛酸钡陶瓷的电性能与晶界形态及元素分布关系的研究发现,施主掺杂量和Ca元素的掺杂量对晶粒的发育有一定影响;晶界对PTC性能有重大影响,杂乱的晶界不利于PTC效应,洁净的发育良好的窄晶界有利于PTC效应;能谱分析发现,陶瓷中不同部位的元素分布存在一定的规律.

Mn掺杂对BaTiO_3体系介电性能的影响

采用氧化物混合方法制备以BaTiO3为基础的X7R陶瓷材料。研究了添加剂Mn的添加量对体系介电性能的影响,并对微观结构进行分析。Mn的加入起到了助熔剂的作用,提高陶瓷的介电常数。Mn离子在2+和3+之间变价,可以减少缺陷的数量,因而减小tanδ,满足EIAX7R标准的要求。实验表明,添加0.046wt%MnCO3的BaTiO3体系,具有最优的介电性能。其主要工艺条件和性能参数为:烧结温度1240℃保温6h,在1kHz下ε≈5800,tanδ≤1.5%,介电常数温度变化率-15%<%ε/ε<15%,绝缘电阻率:ρv≥1×1012'.cm。

草酸盐共沉淀法合成Mn掺杂的BaTiO_3陶瓷微球

用草酸盐共沉淀法制备了Mn掺杂的BaTiO3陶瓷微球,并探索了用此方法制备Mn掺杂的BaTiO3微球的最佳工艺条件。借助差热-热重、X射线衍射和扫描电子显微镜等手段对样品进行了表征。实验结果表明:该方法可以制备出掺Mn钛酸钡陶瓷微球,并且在适宜的掺杂量,反应温度和煅烧温度等反应条件下,可以制得平均直径1.5μm的Mn掺杂的BaTiO3陶瓷微球。

Mn掺杂BaTiO_3基PTCR陶瓷相变的EPR研究

为了探索利用ＥＰＲ谱线对ＰＴＣＲ陶瓷的相变及ＰＴＣ效应的机制研究的可能性，本文对接 Ｍｎ的 ＢａＴｉＯ３基正温度系数热敏电阻（简称ＰＴＣＲ）陶瓷在 １２０～４５０Ｋ温度范围内的电子顺磁共振谱进行了研究．得出了 Ｍｎ２＋离子 ＥＰＲ信号强度、 ｇ因子值和超精细耦合常数｜Ａ｜值的温度分布，发现ＥＰＲ参数与ＰＴＣＲ陶瓷相变有明显的对应关系，并给出微观结构上的初步解释．研究表明ＥＰＲ谱线以及精细结构的分析可以为ＰＴＣＲ陶瓷的相变机制以及ＰＴＣ效应的机制研究提供新的途径．

Dy_2O_3掺杂对BaTiO_3陶瓷结构与性能的影响

对水热法合成的BaTiO3粉体进行稀土氧化物Dy2O3掺杂改性,利用扫描电镜、X射线衍射及电气性能测试等手段,分析了离子取代行为和晶格参数与固溶度之间的关系,重点研究了Dy2O3掺杂量对BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸、介电性能的影响规律.结果表明,Dy2O3在陶瓷的烧结过程中可抑制晶粒生长,使晶粒尺寸变小,提高了陶瓷的致密度.当掺杂量w(Dy2O3)为0.6%时,陶瓷晶粒的晶格常数达到最大值,此时晶粒内部缺位浓度最低,常温介电常数提高到4100,在-15～100℃范围内,介电常数随温度变化率为±10%,交流击穿场强为3 2kV/mm.

双施主掺杂对BaTiO_3基PTC陶瓷性能的影响

研究了Nb2O5和Y2O3双施主一次掺杂对PTC BaTiO3陶瓷性能的影响。探讨了Nb2O5和Y2O3的作用机制,结果表明:Nb2O5主要是起施主作用;而Y2O3既可作为施主,又可起受主作用。添加适量的Y2O3,不仅可以降低电阻率,还可以提高升阻比。另外,还对改变施主掺杂顺序所产生的PTC效果进行了比较,发现施主二次掺杂的效果不如一次掺杂好。

B_2O_3蒸汽掺杂的中低温烧结Y-BaTiO_3及其PTCR特性研究

通过B_2O_3蒸汽掺杂,Y-BaTiO_3陶瓷的烧结温度大幅度降低。B_2O_3蒸汽掺杂后的样品,室温电阻率下降,升阻比提高,通过对氧化硼蒸汽掺杂样品的XRD分析研究表明,硼间隙可以在钛酸钡晶格中存在,硼间隙和/或相关缺陷络合物可以形成电子捕获中心,从而提高PTCR效应。

铁磁性 Mn-Zn、Ni-Zn 铁氧体与铁电性 BaTiO_3 复合材料吸收电磁波能力研究

本文研究了铁磁性Ｍｎ－Ｚｎ、Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体与铁电性ＢａＴｉＯ３复合材料在１～１０００ＭＨｚ频段内的吸波能力。结果表明：随频率升高，Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３和Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３复合材料的吸波能力逐渐增加；随Ｍｎ－Ｚｎ或Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体含量增加，这两类复合材料的吸波能力也逐渐增加；相同配比时的Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３复合材料吸波能力大于Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３。

Ce掺杂Mn3O4及其电化学电容行为

用溶胶-凝胶方法合成了Mn_3O_4和Ce掺杂Mn_3O_4.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征.采用循环伏安、电化学交流阻抗和恒流充放电技术对其电化学性能进行了测试.研究结果表明,Ce掺杂对Mn_3O_4的形貌和电化学性能均有显著影响.当Ce离子占金属离子总量的3%时,掺杂Mn_3O_4的单电极比电容高达477 F·g^(-1),比未掺杂的提高了43.7%,并且表现出更好的循环稳定性.

液相Y、Nb共掺杂BaTiO_3基PTC陶瓷的制备与性能

本文以Ba(OH)2.8H2O、Sr(OH)2.8H2O、TiCl4、NbCl5、YCl3和Mn(Ac)2为原料,采用室温研磨、低温固态反应合成了一系列的纳米钛酸钡基PTCR陶瓷粉,首先实现了Y和Nb双施主以离子的形式共掺杂。采用XRD,TEM对样品进行了表征。研究表明,产品为立方晶系的完全互溶取代固溶体。粒子基本成球形,分布均匀,粒径大约60 nm。通过优化Y和Nb的掺杂量,使材料的室温电阻得到了进一步降低,并提高了材料的升阻比。当Y、Nb和Mn的用量分别为0.2 mol%、0.18 mol%和0.04 mol%时,加入定量的AST烧结助剂,控制最高烧结温度为1310℃,制备出了室温电阻17.6Ω,正温度系数为18.6%/℃,升阻比为6.5×104的性能优异的PTCR电阻材料。另外还就烧结条件对材料PTC性能的影响进行了讨论。

Mn掺杂Ga_2O_3薄膜的结构及光吸收性能研究

采用磁控溅射法在Si(111)和玻璃衬底上制备出不同Mn掺杂含量的Ga2O3薄膜,使用扫描电子显微镜、电子能谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等对Mn掺杂Ga2O3薄膜的表面形貌、结晶特性和光吸收性能进行了研究。结果表明,适量掺杂Mn可抑制薄膜的晶格膨胀,促进Ga2O3薄膜晶粒的定向生长,得到尺寸分布较均匀的多面体晶粒。Mn掺杂使Ga2O3价带顶向带隙延伸,光学带隙变窄,吸收边红移,近紫外区吸收增强。

层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的多元掺杂改性

采用共沉淀法制备锂离子电池掺杂型层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMxO2(M=Mg、Al、Cr)正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、充放电实验和交流阻抗实验对LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xMxO2正极材料的结构、形貌、电化学性能以及动力学参数进行表征。结果表明:当掺杂量x=0.05时,Mg2+、Al3+掺杂的正极材料在2.8～4.3V、0.1C下的首次放电比容量分别为139.2、151.6mA·h/g,20次循环后的容量保持率分别为98.8%和96.7%;掺杂Mg2+或Al3+均能提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的交换电流密度和锂离子扩散系数。结合实验结果和掺杂离子的离子半径和化学稳定性,解释了掺杂离子在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2晶格中的占位及其在充放电过程中的作用。

稀土元素及金属氧化物掺杂对BaTiO_3系统耐压性能的影响

研究了稀土元素Er2O3掺杂对细晶BaTiO3系统介电及耐压性能的影响。其在BaTiO3晶粒中可抑制晶粒生长,使尺寸变小,体密度增高,呈现细晶效应,ε峰在整个温区范围内弥散,提高室温下介电常数,减小容量变化率。ZnO的加入使瓷料形成致密的细晶结构,有效地阻止了晶粒过度长大,改善了微观结构,减小了因气孔而造成的击穿,提高了耐压强度。

LiNi_(3/8)Co_(2/8)Mn_(3/8)O_2正极材料氟掺杂改性研究

以共沉淀氢氧化物为前驱体制备了F-掺杂化合物LiNi3/8Co2/8Mn3/8O2-yFy(y:0,0.05,0.10,0.20),采用XRD、XPS、SEM、循环伏安(CV)、充放电测试、DSC等表征了其结构与性能.结果表明,F-掺杂置换部分O2-生成固溶体,不改变样品中过渡金属离子的价态. F-掺杂量y为0.05、0.10时,比容量不受影响,但在充放电过程中ch方向膨胀率由未掺杂样的2.06％分别下降至1.017％、1.018％,改善了其结构稳定性与循环寿命,30周后容量保持率分别达97.5％、96.2％;而y增至0.20时,离子混乱度升高,且颗粒间烧结过于严重,内阻增加,使容量与循环特性再度恶化.F-掺杂还促进材料烧结,使该材料粒径通过粉碎分级控制成为可能,有利于该材料电极的制备.另外,F-掺杂也使LiNi3/8Co2/8Mn3/8O2热稳定性得到一定程度改善.

BaTiO_3基PTCR陶瓷中B_2O_3蒸汽掺杂的异常行为

钛酸钡基半导化陶瓷中的ＰＴＣＲ效应通常与材料中的施受主掺杂密切相关．在高温下Ｂ２Ｏ３具有较高的蒸汽压，通过Ｂ２Ｏ３蒸汽掺杂的研究表明，含主族元素Ｂ的氧化物蒸汽掺杂，钛酸钡基半导化陶瓷样品的升阻比同样得到了大幅度提高，同时室温电阻率也有所增加．Ｂ２Ｏ３蒸汽掺杂ＢａＴｉＯ３基材料的ＰＴＣＲ效应的提升可能得益于硼填隙和钡缺位相关的复合缺陷在晶界上的形成．