利用废弃椰木制备B和N共掺杂碳微纳结构及其电磁波吸收性能

5G通信技术为社会发展和日常生活提供了极大的便利,但同时也带来严重的电磁波污染。为了减轻这种污染产生的危害,设计轻量化和环保的宽带电磁波吸收材料已成为研究热点。本文利用椰木做前驱体制备了一种具有竹节管状一维结构的B和N共掺杂碳材料,B和N共掺杂优化了生物质衍生碳的组成,改善了材料的阻抗匹配,一维的竹节中空结构有利于电磁波进入材料内部。制备的材料具有优异的电磁波吸收性能,最低反射损耗(RL)在14.12 GHz时达到-59.64 dB,有效吸收带宽(EAB)宽度范围为5.88 GHz,所需厚度仅为2.1 mm。研究结果表明这种材料优异的电磁波吸收性能来自于电磁波在材料中的多重折射和散射、偶极子极化、界面极化及电导极化等方面的共同作用。

B/N共掺杂多孔碳片的制备及其储钾性能

以甘氨酸为碳源和氮源、硼酸为模板和硼源,采用一步碳化法制备了二维B/N共掺杂多孔碳片(BNCSs)。通过水洗即可除去硼酸模板,合成方法绿色环保。BNCSs上短的孔道缩短了钾离子的传输距离,丰富的微孔提供了大量的储钾活性位点。此外,BNCSs中较高的B/N掺杂量提升了碳基质的缺陷度,扩大了碳层间距,有利于钾离子的吸附、嵌入和脱嵌。钾离子半电池性能的测试结果表明,BNCS800电极展现出高的比容(在0.05 A/g电流密度下为310 mA·h/g)、优异的倍率性能(在2 A/g电流密度下为100 mA·h/g)和良好的循环稳定性(在1 A/g下循环1000次后容量保持率为75.9%)。

Cu、N共掺杂TiO_(2)纳米管光催化重整甘油制备合成气

通过碱性水热-离子交换法制备了Cu、N共掺杂TiO_(2)纳米管(Cu/N-TNT),对其光催化重整甘油制备合成气性能进行了研究。结果表明,Cu/N-TNT具有富含氧空位(O_(v))的管状结构,N以Ti-N形式取代部分O形成杂质能级,Cu以Cu^(2+)形式掺杂在催化剂晶格间隙和表面,Cu、N共掺杂促进TiO_(2)表面电荷有效分离,有利于其光催化重整甘油制备合成气活性和选择性的提高。紫外光照射8h时,掺Cu量为0.15%的Cu/N-TNT催化剂上CO和H_(2)产量分别为7.3和8.5 mmol·g^(-1),是原始TiO_(2)的9.1和70.8倍,nH_(2)/nCO从0.52提高为1.18,nCO/nCO_(2)从0.21提高至0.42。Cu/N-TNT表面N和OV为醛类脱羰和甲酸脱水生成CO提供反应活性位点,Cu作为浅势阱提高光生电子-空穴分离效率。光生空穴(h+)是光催化重整甘油制备合成气过程中的主要活性物种,大量经基自由基(·OH)和超氧自由基(·O_(2)-)会导致甘油过度氧化,使CO选择性降低。

Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜的制备及光学性能

采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-Gel Spin-Coating Method)制备了Al掺杂量为3.00at%,N掺杂量分别为6.00at%,7.00at%,8.00at%和9.00at%的Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜样品。对样品测试的结果表明,共掺杂样品依旧保留了TiO_(2)的基本结构,并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小,使样品表面得以修饰,变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移,在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00at%时,(101)衍射峰值最大,峰型最尖锐,所得到的TiO_(2)薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO_(2)相比带隙值都有所减小,且最小值为2.873 eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜使其光学性能得到了改善。

S,N共掺杂TiO_(2)纳米管作为钠离子电池负极的储钠性能

合理的结构设计和单原子掺杂可以明显提高二氧化钛(TiO_(2))作为钠离子电池负极的储钠性能。然而单原子掺杂在TiO_(2)中较低的掺杂质量分数与单一的功能作用阻碍了TiO_(2)作为钠离子电池负极电化学性能的进一步增强,因此研究了高质量分数掺杂和双原子掺杂对TiO_(2)储钠性能的影响。通过砂纸打磨对钛箔表面进行预处理除去氧化层,在含有0.56 g的NH_(4)F、5 mL的H_(2)O和95 mL的乙二醇(EG)溶液中,在20 min内通过施加阳极氧化电压60 V,在室温环境下对钛箔进行阳极氧化,在其表面生长出TiO_(2)纳米管阵列;以CH4N2S作为N源和S源,使用退火的方式对TiO_(2)纳米管阵列进行掺杂,得到S,N共掺杂的TiO_(2)纳米管阵列。实验结果表明,S,N共掺杂TiO_(2)的质量分数分别为1.53%和4.76%时,显著提高了TiO_(2)的电导率,加快了钠离子转移动力学。另外,TiO_(2)作为钠离子电池负极表现出强大的倍率性能和长循环性能,在0.1C(1C=335 mA·g^(-1))的电流密度下,S,N共掺杂TiO_(2)电极保持296.6 mA·h·g^(-1)的可逆电荷比容量,在25.0C的电流密度下保持158.1 mA·h·g^(-1)的可逆电荷比容量,并在约3500圈循环后的可逆电荷比容量保持率高达94.8%。相较于单掺杂,双掺杂使掺杂质量分数更高并产生协同效应,该策略为制备出优异性能的电极材料提供了参考。

Pt、N共掺杂TiO_2在可见光下对三氯乙酸的催化降解作用

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米TiO2(N-TiO2),并用光分解沉积法在N-TiO2表面负载微量金属Pt(0.5%(w)),形成铂-氮共掺杂纳米TiO2(Pt/N-TiO2).实验结果表明,Pt、N共掺杂纳米TiO2紫外可见光吸收边带较纳米TiO2红移约20nm,并在400～500nm处有弱的吸收.Pt/N-TiO2电极在可见光区的光电流约为纳米TiO2电极的6倍.以Pt/N-TiO2为催化剂,催化三氯乙酸(TCA)光降解反应,室温下经可见光照射2h后TCA降解率约为8%.N掺杂减小了TiO2的禁带能隙,使它在可见光区具有光催化活性,适量Pt掺杂抑制了光生载流子的复合,加速了电子界面传递速度,Pt、N共掺杂使两种效应相结合,进一步提高了光催化反应性能.

Pd/N共掺杂TiO_2的制备及其光催化降解苯酚的研究

将纳米管钛酸浸入含尿素和金属(Pd)硝酸盐的乙醇溶液中,乙醇超声挥发后所得样品先在空气气氛、600℃下煅烧,再在H2气氛、400℃下热还原制备得到Pd/N共掺杂TiO2光催化剂(Pd/N-TiO2)。利用光电子能谱(XPS)仪研究了催化剂表面N、Pd元素的化学态。结果表明,N元素以Ti—O—N形式存在,Pd元素以单质金属状态存在。考察了Pd/N-TiO2的紫外光光催化降解苯酚的活性,与单纯TiO2光催化剂和N掺杂TiO2光催化剂相比,Pd/N-TiO2活性明显提高。研究了催化剂用量、苯酚初始浓度和pH、O2流量以及外加双氧水等条件对紫外光光催化降解苯酚的活性的影响,得到光催化降解苯酚的最佳工艺条件:苯酚初始质量浓度为120mg/L,催化剂用量为0.10g/L,苯酚溶液初始pH为8,O2流量为80mL/min,加入适量双氧水。

Yb,N共掺杂TiO_2光催化剂的制备及可见光下降解亚甲基蓝的研究

采用微波辅助溶胶-凝胶法制备了Yb,N共掺杂的纳米(Yb,N)-TiO2光催化剂,通过XRD、XPS、UV-Vis-DRS、PL等对(Yb,N)-TiO2样品进行了表征和分析,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了不同Yb掺杂浓度的(Yb,N)-TiO2对MB的光催化降解效果。结果表明,Yb和N的掺入减小了TiO2的禁带宽度,降低了光生电子-空穴对的复合,使其吸收光谱的阈值波长红移至可见光区,提高了TiO2的光催化活性。当p H值=1.5、m(H2NCONH2)=10 g、热处理温度为650℃、n(Yb)∶n(Ti)=0.005时,(Yb,N)-TiO2粉体在普通日光灯下对亚甲基蓝在5 h内的光催化降解效率达93.55%,明显高于同等条件下P25的降解率45.72%。

C-N共掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化制氢活性

采用TiCN粉末在空气气氛中不同温度下焙烧制得C-N共掺杂的纳米TiO2光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)以及X射线光电子能谱(XPS)等手段对其进行了表征.XRD和XPS结果表明,TiCN中的C和N元素可以被O取代得到C-N共掺杂的TiO2.DRS结果表明,所制得的C-N共掺杂的TiO2在可见光区域比P25表现出更强的光吸收性能.以Na2S-Na2SO3体系为牺牲剂,分别考察了不同温度下焙烧得到的C-N共掺杂的TiO2光催化分解水产氢的活性.结果表明,550℃焙烧得到的C-N共掺杂的TiO2在紫外光照射下具有最高的光解水产氢活性,产氢速率为41.1μmol·h-1,大于P25的光解水产氢活性(26.2μmol·h-1).在紫外-可见光照射下,光解水产氢速率仅为0.2μmol·h-1,这可能是由于C-N掺杂引起的可见光范围的吸收对光催化分解水产氢活性的贡献较小.

La-N共掺杂二氧化钛的制备及光催化性能研究

以泡沫镍为载体,钛酸四丁酯(TBOT)、硝酸镧、尿素为原料,采用溶胶-凝胶法合成了N掺杂、La掺杂和La-N共掺杂的TiO2光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)等技术手段对催化剂进行表征,结果表明,La和N的掺杂改变了催化剂的结构形态。以反渗透浓缩渗滤液为目标降解物的光催化试验表明,La-N共掺杂的TiO2其催化性能得到了显著提高。

氮气流量对C、N共掺杂NiCr合金薄膜微观结构和电性能的影响

目的提高埋入式薄膜电阻材料的电性能,使其具有较大的方阻值、电阻率和较小的电阻温度系数。方法利用闭合磁场非平衡反应磁控溅射技术,制备C、N共掺杂NiCr合金埋入式薄膜电阻材料。以前期优化后的溅射参数作为基本实验条件,通过改变氮气流量,分别在铜箔基底和参照基底载玻片上,沉积C、N共掺杂NiCr合金埋入式薄膜电阻材料。用扫描电子显微镜(SEM)和白光干涉仪表征薄膜的表面形貌,用X射线衍射仪(XRD)表征薄膜的微观结构,用X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线能量散射谱仪(EDS)测试薄膜的成分,用表面轮廓仪测膜厚,用拉曼光谱仪分析薄膜中的C元素,用四探针测量系统测试埋阻的方阻值和热稳定性。结果随着氮气流量的增加,薄膜的衍射峰减弱,非晶化程度增强;当氮气流量为15 mL/min时,薄膜能获得较小的电阻温度系数和较大电阻率,此时薄膜的电阻温度系数范围为0≤TCRNiCrCN≤1.663×10^-4K^-1,电阻率可达到2.2970×10^-3Ω·cm。结论反应溅射中产生的中间相Cr2N和CN对薄膜的电阻率和方阻值有影响,C、N共掺杂NiCr合金埋入式薄膜电阻材料的电性能优于NiCr合金薄膜和C掺杂NiCr合金薄膜电阻材料。

共沉淀法制备Mo/N共掺杂TiO_2可见光光催化剂

采用共沉淀法制备了Mo/N共掺杂TiO2光催化剂(Mo-N-TiO2)。结果表明,所得光催化剂为锐钛矿晶型,Mo/N共掺杂使样品对可见光吸收增强,吸收带边明显红移。在Mo∶N∶Ti摩尔比为0.012 5∶0.02∶1,煅烧温度为500℃的最优制备条件下,样品在白炽灯下照射2 h对亚甲基蓝溶液脱色率达55.7%。Mo以+6价的形式存在,并取代Ti4+进入TiO2晶格中,导致TiO2表面的Lew is酸性增强,有利于其导带中光生电子向表面迁移,促进了光生电子-空穴对的分离,同时与共掺杂引起的带边红移和较完整的锐钛矿相的协同作用有效提高了TiO2的可见光催化活性。

Fe-N共掺杂锐钛矿相TiO_2电子性质与光学性质的第一性原理研究

近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO_2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO_2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO_2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV而最低点与价带相距大约0.2 eV;N掺杂引起的杂质能带位于价带顶部附近.Fe和N共掺杂后杂质能带由两部分组成,位于价带顶上方0.62 eV和导带底下方0.22 eV处,其中一层杂质能带主要由N原子的2p轨道和Fe原子的3d轨道杂化形成,而另一条杂质能带主要由Fe原子的3d轨道形成,由于杂质能级的出现,使锐钛矿TiO_2的禁带宽度变小.对光学性质分析发现:Fe和N共掺杂会使锐钛矿TiO_2光学吸收带边红移,可见光区的光吸收系数明显增大,在低能区出现了新的吸收峰,对应能量为1.82 eV,与实验结果相符.

Pd/N共掺杂TiO_2的制备及其光催化活性

将纳米管TiO2浸入含尿素和硝酸钯的乙醇溶液中,将乙醇超声挥发后所得样品先在空气中600℃下煅烧,再在H2气氛中400℃中热还原,得到Pd/N共掺杂TiO2.分别采用DRS、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了掺杂TiO2样品的光吸收能力、晶体结构及表面化学组成;并评价了其对紫外光和可见光照下丙烯降解反应的催化活性.结果表明,共掺杂TiO2样品的活性优于单一Pd或N掺杂TiO2.其原因在于,Pd和N共掺杂具有协同作用,从而共同提高了TiO2的光催化活性.

改性蛭石负载Fe、N共掺杂TiO_2光催化剂的制备及可见光降解苯酚研究

以改性蛭石为载体,采用水热反应-热处理方法合成了负载型Fe、N共掺杂二氧化钛(TiO_2)纳米光催化材料。利用XRD、UV-Vis DRS、BET和EPR对其结构进行表征。以苯酚溶液为目标降解物,研究所制备样品在可见光下(≥400nm)的光催化活性。结果表明,改性蛭石载体有利于锐钛矿相和大比表面积TiO_2纳米晶的形成;Fe3+和N原子的掺杂及相应产生的氧空位使TiO_2带隙变窄,将光响应范围拓展到了可见光区,同时有利于光生电子-空穴的分离;在可见光照射下,对苯酚具有良好的光催化降解去除效果。

Co,N共掺杂锐钛矿相TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

二氧化钛(TiO_2)作为一种性能优良的光催化剂已经被广泛地研究和使用.本研究中利用了第一性原理和GGA+U方法,对锐钛矿结构TiO_2晶体三种可能的(Co,N)共掺杂体系的几何结构、形成能、电子结构和光吸收系数进行了研究,并与单掺杂(Co/N)体系进行了对比.结果表明,在三种共掺杂TiO_2中,Co与N相邻时晶格畸变最小,但掺杂原子周围晶格畸变较大;同时,较低的形成能表明此种共掺杂结构最容易形成;此外,因为C0与N成键,其杂质能级的数目与能量较其他共掺杂结构有较大差异.(Co,N)共掺杂体系与未掺杂TiO_2的相比,其禁带宽度较小,禁带中存在杂质能级,因此其吸收边红移,在可见光波段有较好的光吸收能力.故(Co,N)共掺杂可以很好地提升锐钛矿型TiO_2在可见光波段的光催化性能.

S—N共掺杂纳米TiO2可见光光催化剂的制备及其性能研究

以锐钛矿型TiO2为原料，硫脲为掺杂源，采用机械化学法经过600rpm×2h高能球磨后，以焙烧处理，合成了S—N共掺杂纳米TiO2粉末。所制备的粉末为锐钛矿、金红石和板钛矿的混合相，对波长大于400nm的可见光具有良好的吸收性能，其吸收边红移至570nm；在λ〉400nm的可见光照射下，硫脲加入量为10％的样品对甲基蓝的降解率比原料粉末提高了6．11倍。

N、In共掺杂TiO_2光催化剂制备及性能

室温下,以尿素、硝酸铟为前驱体,采用超声化学法制备N、In共掺杂TiO_2光催化剂,并用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射分光光度计等对其进行表征。以罗丹明B(RhB)为污染物,考察其在太阳光照射下催化活性。结果表明,所制备的TiO_2催化剂均为锐钛矿;N和In进入TiO_2的晶格,分别以O-Ti-N和Ti-O-In形式存在,使禁带宽度变窄,光量子效率提高,光催化活性增强。N和In共掺杂使TiO_2光吸收发生红移,拓宽了可见光响应范围。在太阳光照射下,6 h后RhB的降解率达到100%。

Gd掺杂和Gd/N共掺杂TiO2光催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶胶凝胶法分别制备Gd掺杂和Gd/N共掺杂纳米TiO_2光催化剂,用XRD、TEM、SEM等手段表征TiO_2光催化剂的形貌组织,用UV-Vis DRS、PL测试其光学性能。研究Gd掺杂量和Gd/N共掺杂量分别对二氧化钛在紫外和可见光下降解甲基橙性能的影响并分析其机理。结果表明:1.5%Gd掺杂TiO_2经7.6h紫外线照射下对甲基橙降解率达到100%,0.5%Gd、8.0%N共掺杂的TiO_2经7.6h可见光照射下对甲基橙降解率达到68.4%。

水热法制备S、N共掺杂碳点及其银离子的荧光检测

以通过氢键形成分子单元的异硫氰酸胍为掺杂剂,采用一锅水热法制备了具有明亮蓝色荧光的S、N共掺杂碳点.结构表征显示,N和S元素能够通过杂环原子和碳点表面官能团的形式充分掺杂.该碳点溶液的光致发光最佳激发波长为395nm,对应发射谱从"激发独立"变为"激发依赖".在碳点的形成过程中,出现了一些分子级荧光团,随着碳化过程以表面官能团的形式键合在碳点的表面,这为该碳点作为银离子检测的传感探针提供了可能.碳点溶液荧光强度和银离子浓度在不同浓度范围内成线性关系,基团-S-C≡N能够促进银离子对碳点溶液荧光的猝灭效应.该碳点溶液制备方法简单、性能优异,为高效检测工业污染物中银离子的应用提供了一种可能的途径.