木质基N,P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭制备及电容去离子性能研究

以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH_(4)H_(2)PO_(4))为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO_(2)活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分别对N,P-GCF的表面形态、晶体结构、化学性质、亲水性能进行分析,通过改变NH_(4)H_(2)PO_(4)的添加量探究其对泡沫炭孔结构、电化学性能及电容去离子性能(CDI)的影响。结果表明:经GOs改性与NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂后,孔泡尺寸下降,无序性提高。N,P-GCF具有分级孔结构。当NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂量为2 g时,具有最高的比表面积(2684.11 m^(2)·g^(-1))、总孔容(1.42 cm^(3)·g^(-1))和介孔率(49.45%),N、P质量分数分别为2.48%和3.46%。N元素主要以N-5、N-6、N-X形式存在,P元素主要为P-C、P-N。相比于CF,N,P-GCF2.0具有优异的润湿性及力学性能。在1 mol·L^(-1)NaCl电解液的三电极体系中,1 A·g^(-1)的电流密度时N,P-GCF2.0的比电容为256.48 F·g^(-1),当电流密度增加至15 A·g^(-1)时,比电容保持率达72.51%。在500 mg·L^(-1)的初始NaCl溶液、1.2 V的工作电压下,N,P-GCF2.0具有最佳脱盐能力(29.97 mg·g^(-1))及盐吸附速率(1.84 mg·g^(-1)·min^(-1)),10次循环后脱盐能力保留率为90.12%,具有较好的循环稳定性。

Mn,P共掺杂MoS_(2)微米花的制备及其电解水析氢性能

提出一种阴、阳离子共掺杂策略,采用一步水热法成功制备Mn,P共掺杂的MoS_(2)微米花(Mn,P)-MoS_(2)析氢电催化剂。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线光电子能谱等方法对(Mn,P)-MoS_(2)的结构、形貌、成分及化合价态进行表征,并使用电化学工作站对其电解水析氢性能进行测试。结果表明:Mn,P原子被成功掺入MoS_(2)晶格中;(Mn,P)-MoS_(2)在电流密度为10 mA·cm^(-2)时的析氢过电位为235 mV,塔菲尔斜率为61.2 mV·dec^(-1),远低于纯MoS_(2)及单一的Mn或P掺杂MoS_(2),具备良好的析氢稳定性。(Mn,P)-MoS_(2)具有优异的析氢性能可归因于:Mn,P的掺入激活MoS_(2)的惰性基面,优化MoS_(2)的电子结构,提升其电导率,且Mn,P的协同作用实现单一阴离子或阳离子掺杂的互补优势,增加面内析氢活性位点的数目,加快Volmer电化学吸附步骤的进行。

Sn、P共掺杂MoS_(2)纳米花的制备及电催化析氢性能研究

掺杂被证实是激活MoS_(2)面内析氢活性,从而提高其析氢性能的有效手段,但是大多数研究都局限于单一的金属或非金属原子掺杂。本工作通过一步水热法成功制备出一种新型的Sn、P金属-非金属原子共掺杂的MoS_(2)纳米花(Sn,P-MoS_(2))。通过XRD、Raman、XPS、SEM和EDS对材料的结构、形貌和成分进行表征,结果表明Sn和P原子成功共同掺杂进入MoS_(2)晶格且均匀分布。与纯MoS_(2)和单一的Sn金属原子或P非金属原子掺杂MoS_(2)相比,Sn,P-MoS_(2)纳米花在0.5 mol/L H 2SO 4溶液中展现出更优异的电催化析氢性能:在10 mA/cm 2的电流密度下过电位仅为277 mV,塔菲尔斜率为50.2 mV/dec。Sn,P-MoS_(2)纳米花优异的析氢性能可归因于Sn、P原子之间存在协同作用,促进了面内析氢活性位点的形成,同时减小了边缘活性位点的氢吸附自由能。这种金属和非金属原子共掺杂策略为MoS_(2)基析氢电催化剂的广泛应用提供了一条可行的途径。

竹基N、P共掺杂活性炭的制备及其镧离子吸附性能

采用磷酸氢二铵为活化剂和N、P源,竹屑为碳源,通过一步热解法制备N、P共掺杂活性炭,并将其用于高效去除水溶液中的La^(3+).分析了活化温度和pH值对La^(3+)吸附性能的影响,并通过TG-IR、SEM-EDX、孔隙结构、XPS以及亲水性等探究其活化和吸附机制.结果表明,磷酸氢二铵在高温下容易分解产生氨气和磷酸,对物料起到活化作用,促进活性炭比表面积和孔隙容积的提高;作为N、P源,磷酸氢二铵的添加成功实现了活性炭的N、P共掺杂,而含N、P官能团的引入是提升La^(3+)吸附量的关键.其中,石墨氮可以提供La^(3+)—π键间的相互作用,C—P=O和C/P—O—P可通过络合作用和静电作用为吸附La^(3+)提供活性位点.La^(3+)在N、P共掺杂活性炭上的吸附是吸热和自发的,吸附过程符合Langmuir等温式和二级动力学模型.在活化温度为900℃,pH=6的工艺条件下,N、P共掺杂活性炭的吸附量高达55.18 mg·g^(-1),比未掺杂样品高2.53倍,并且其在La^(3+)/Na^(+)和La^(3+)/Ca^(2+)共存体系中对La^(3+)的吸附选择性分别达到93.49%和82.49%,经过5次连续的吸附-解吸循环实验去除效率仍高于54%.

B／P共掺杂呋喃树脂炭用作锂离子电池负极材料的研究

以添加8wt％磷酸的呋喃树脂为前驱体，经固化后混入不同含量的硼酸，升温至8500C炭化制得B／P共掺杂树脂裂解炭。采用热重分析考察固化后树脂的热失重，采用XRD和氮气物理吸附分别考察物相、微晶结构变化以及比表面积和孔结构的变化，同时采用恒流充放电技术对其充放电性能进行了研究。结果表明，B／P共掺杂使裂解炭的比表面积明显下降，孔洞数量减少，且随着B／P的增加，裂解炭中BPO4的含量增加；当B：P（at％：at％）=1．0时，树脂裂解炭的电化学性能得到了有效改善，首次可逆容量高达378．2mAh／g，较磷掺杂树脂裂解炭提高～30mAh／g，且循环50次后可逆容量保持率为86．8％。

分级多孔N,P共掺杂rGO改性隔膜增强锂硫电池的循环稳定性

多硫化物(LiPSs)的穿梭效应和低硫利用率会导致电池容量的快速衰减,这严重阻碍了锂硫电池的商业化进程.为了抑制LiPSs的穿梭效应和提高硫的利用率,本工作采用一步高温还原法合成了具有分级多孔结构的N,P共掺杂还原氧化石墨烯(NPG),并将其用于锂硫电池的隔膜改性.高导电性NPG具有丰富的分级多孔结构,提供了大量的LiPSs锚定位点和丰富的离子/电子传输通道,实现了可溶性中间体的快速转化,高效抑制了LiPSs的穿梭效应.归因于以上优点,NPG改性聚丙烯隔膜(NPG/PP)能够有效抑制LiPSs的穿梭并提高硫的利用率.结果表明,NPG/PP改性隔膜的电池展现出优异的循环性能(在1 C的电流密度下,循环500圈以后容量仍保持在612.5 mAh·g−1,每圈的衰减仅为0.052%)和出色的倍率性能(在2 C的电流密度下容量仍保持在617.9 mAh·g−1).这种构建分级多孔N,P共掺杂rGO改性隔膜的思路为锂硫电池的研究提供了新的方向.

甲苯胺蓝自组装的N,P,S共掺杂多孔碳电催化氧化NADH

氧化还原介质甲苯胺蓝(TBO)自组装到N,P,S共掺杂多孔碳(N,P,S@PC)表面,制备了一种新的电化学复合物(N,P,S@PC-TBO)。N,P,S@PC和N,P,S@PC-TBO复合物通过扫描电镜进行表征,两者表面形貌有明显的不同。N,P,S@PC-TBO复合物用来修饰玻碳(GC)电极,具有很高的导电性能。通过循环伏安和安培实验表征N,P,S@PC-TBO/GC电极的电催化行为。实验结果表明,N,P,S@PC-TBO/GC电极具有N,P,S@PC和TBO两者电催化氧化NADH的协同效应。N,P,S@PC-TBO/GC电极检测NADH的线性范围为1×10^(-6)-2×10^(-3)mol/L,检测限为3×10^(-7)mol/L (信/噪=3),响应时间为2 s。因此,制备的N,P,S@PC-TBO/GC电极为NADH的检测提供了较好平台。

B/P/N/O共掺杂碳纳米纤维的制备及其超级电容器性能研究

采用含有功能分子硼酸和磷酸的聚丙烯腈溶液,经过简单的高压静电纺丝和一步碳化/活化工艺制备硼/磷/氮/氧(B/P/N/O)共掺杂碳纳米纤维,用作超级电容器电极材料。重点考察了不同硼酸/磷酸比例对电极材料及其超级电容器电化学性能的影响。电化学测试结果表明,BPNOCNF-3∶2拥有最高的比电容值为299 F/g(1 A/g),且在1~30 A/g的电流密度下,电容保持率达到72%。XPS测试结果表明:BPNOCNF-3∶2的异原子含量为24.84 at%。此外,组装的对称型超级电容器同样展示了良好的电容性能。制备的B/P/N/O共掺杂碳纳米纤维在超级电容器上具有很好的应用前景。

氮磷共掺杂TiO_2的制备、结构表征及高湿度下光催化净化氯苯废气的研究

以钛酸四丁酯为钛源、尿素为氮源、磷酸为磷源,采用溶胶凝胶-水热法制备了氮磷共掺杂TiO_2光催化剂,用于高湿度氯苯(Chlorobenzene,CB)废气的净化。通过响应面法确定了最佳制备比例,N、P、(NH_4)_2CO_3与Ti的物质的量比为0.5:0.5:0.5:1。利用XRD、TEM和XPS等方法对催化剂进行表征,氮磷共掺杂TiO_2为锐钛矿和金红石混合晶型,具有较大的比表面积,吸收波长红移至497 nm。在相对湿度10%、CB初始进气浓度150 mg·m^(-3)、停留时间60s时,CB去除率达到94.6%;该催化剂的光催化活性随着相对湿度的增加下降非常缓慢,在相对湿度90%时仍可获得较高的CB转化率(>70%);催化剂连续使用24 h后,对CB的催化转化率从94%降至74%,表明催化性能稳定性较好。

Ag-N共掺杂ZnO电子结构的理论研究

采用基于DFT理论的第一性原理方法研究了Ag-N共掺杂纤锌矿ZnO的晶格结构和电子结构,计算了包括共掺杂体系的晶格常数、杂质形成能和电子态密度等性质。研究结果显示,共掺改善了杂质原子对体相晶格结构的扰动,提高了掺杂的稳定性。此外,电子结构的计算表明共掺形成的受主能级较单掺时更浅,且空穴态的局域性降低,从而改善了p型ZnO的传导特性,表明受主共掺可能是一种比较有潜力的p型ZnO掺杂方式。计算与实验结果符合,为受主共掺形成p型ZnO的机理提供了理论支持。

氮磷共掺杂生物质多孔碳材料的制备及其氧还原性能研究

将槟榔原料与一定量的磷酸氢二铵均匀混合,在氮气气氛下制备氮磷共掺杂生物质炭,再与KOH二次煅烧生成孔隙结构发达的杂原子掺杂多孔碳。电化学测试结果表明,杂原子掺杂碳催化剂材料的ORR(氧还原)活性良好,具有优异的稳定性和抗中毒特性。组装的锌-空气电池的测试结果显示,无金属催化剂可与商业20%Pt/C催化剂性能相媲美,表明以生物质为基础的氮磷共掺杂活性炭是一种很有商业价值的氧还原催化剂材料。

实现照明LED用p-ZnO中Ag-2N高共掺粒子数分数机理

基于密度泛函理论的第一性原理方法,对六方纤锌矿结构的Zn O晶体,N、Ag分别掺杂Zn O,以及Ag-2N共掺杂Zn O晶体的几何结构分别进行了比较研究,在此基础上计算得到了未掺杂Zn O晶体和不同掺杂情况下Zn O晶体的能带结构、总体态密度、分波态密度和电荷布居数.结果显示:Ag-2N共掺杂Zn O具有较稳定的结构,能有效提高载流子粒子数分数,更容易得到稳定的p型Zn O.

N,Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究

采用第一性原理的超软赝势方法,研究了纤锌矿ZnO在本征及N-Ga,2N-Ga共掺杂情况下的几何结构、能带、电子态密度.结果显示,共掺杂N-Ga构型具有更稳定的结构.研究还发现:共掺杂2N-Ga的ZnO结构有效地提高了载流子浓度,非局域化特征明显,更有利于获得p型ZnO.

Li,N双受主共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理平面波超软赝势法,首先对六方纤锌矿结构的ZnO晶体和N,Li分别掺杂ZnO以及Li-N共掺杂ZnO晶体的几何结构分别进行了优化计算,在此基础上计算得到了未掺杂ZnO晶体和不同掺杂情况下ZnO晶体的能带结构、总体态密度、分波态密度和电荷布居数.利用计算的结果,从理论上分析了Li-N共掺杂ZnO更容易得到稳定的p型ZnO.

Zn,O共掺杂实现p型AlN的第一性原理研究

基于密度泛函理论(density functional theory),采用第一性原理平面波超软赝势法,研究了纤锌矿AlN,Zn掺杂和Zn,O共掺杂AlN的晶体结构、能带、电子态密度、差分电荷分布及电荷布居数.计算结果表明:Zn,O共掺杂方法中引入激活施主O原子,能使受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级.同时,受主能带变宽、非局域化特征明显、从而提高了Zn原子的掺杂浓度和系统的稳定性.Zn,O共掺杂更有利于获得p型AlN.