碳布支撑Sn^(2+)/Sn^(4+)共掺杂的ZnIn_(2)S_(4)柔性光催化剂用于高效降解盐酸四环素

本文采用一步溶剂热法制备了Sn^(2+)/Sn^(4+)共掺杂的ZnIn_(2)S_(4)/碳布柔性光催化剂(CC/ZIS-Sn),二维片状ZIS-Sn均匀地排列在碳布表面。通过降解盐酸四环素(TCH)溶液来评价所制备样品的光催化活性。结果表明,CC/ZIS-Sn_(0.09)复合光催化剂具有高效的光催化活性,40 min对TCH溶液(50 mL,20 mg/L)的降解率高达93.3%。适量的Sn掺杂和碳布协同作用能够调整电子结构,缩小光捕获带隙,增强ZIS光生载流子的分离和转移效率。自由基捕获实验证明空穴是光催化降解过程中的主要活性物质。此外,CC/ZIS-Sn光催化剂还具有良好的可回收性和稳定性,循环测试4次后,对TCH溶液的去除率仍达83.1%。

Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷的制备与表征

本研究分别用微量Zn^(2+)与Sn^(4+)取代Mg_(2)+与Ti^(4+),通过固相反应法制备了Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷,并采用阿基米德法、XRD、SEM、EDS及网络分析仪等手段,分析了材料的基本物性和介电特性。基本物性分析结果表明,烧结温度、Zn掺杂量x、Sn掺杂量y等因素对Mg_(2)TiO_(4)的晶体结构无明显影响,烧结致密性随烧结温度的升高呈先增大后减小的趋势,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4),烧结致密性最佳,达到98%。微波介电特性分析结果表明,Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)的介电常数εr与品质因数Q×f值,均随烧结温度的升高而呈先增大后减小的趋势,且其谐振频率温度系数τf具有较好的稳定性,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O4,εr≈15.55,Q×f≈319690GHz,此时τf≈-52.06×10^(-6)·℃^(-1)。与前人的研究结果比较后可知,本研究制备的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4)不仅将烧结温度大幅下降至1300℃,还能将品质因子提升至319690GHz,使其微波介电性能得到有效改善。

Sn^(4+)掺杂CuFe_2O_4有效降解亚甲基蓝染料废水的研究

以凝胶-溶胶法制备了不同含量Sn^(4+)掺杂CuFe_2O_4样品,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的晶体结构和微观形貌进行了表征。以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,考察了不同含量Sn^(4+)掺杂Cu Fe2O4样品的催化效果。研究表明:Sn^(4+)掺杂量为5%时,所制样品有好的结晶度。当5%Sn^(4+)掺杂CuFe-2O_4用量为0.02 g,过氧化氢用量为0.2 mL,温度298 K,反应时间为120 min时,50 mg/L亚甲基蓝溶液的脱色率可达85%。动力学研究表明其降解过程近似为一级反应,反应速率常数达0.0155 min^(-1)。

一步热聚合法制备K、Mn共掺杂g-C_(3)N_(4)复合光催化剂应用于CO_(2)还原

以尿素和KMnO4为原料,采用一步热聚合法制备了K、Mn共掺杂g-C_(3)N_(4)复合催化剂,并将其应用于光催化CO_(2)还原.XRD、FT-IR、TEM-EDS、XPS表征结果表明,K和Mn元素成功地共掺杂到g-C_(3)N_(4)骨架构成n-π*共轭形式,部分Mn元素以MnO2的形式存在.通过色谱对产物进行检测,所有样品的主要产物为CO和CH4,其中K、Mn共掺杂g-C_(3)N_(4)样品较纯的g-C_(3)N_(4)样品表现出更高的CO和CH4产率,最高分别是纯g-C_(3)N_(4)的1.82倍和2.18倍.表征发现,K、Mn共掺杂g-C_(3)N_(4)复合催化剂的CO_(2)还原性能的提升得益于扩展的可见光利用率和光致载流子的加速分离和转移.

Sr^(2+)共掺杂LaPO_(4):Tb^(3+)发光材料的水热合成与性能

采用水热法制备Sr^(2+)共掺杂LaPO_(4):5%Tb^(3+)发光材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、荧光光谱等对所制样品的物相结构和光学性能分析。探讨了反应体系的pH值、反应温度和Sr^(2+)离子的摩尔掺杂量等对样品物相结构及发光性能的影响。结果表明:采用水热法所制备的样品均为纯相的单斜晶系独居石结构Sr^(2+)共掺杂LaPO_(4):5%Tb^(3+)晶体,所制备样品在紫外光激发下发射出Tb^(3+)特征绿光。在反应体系pH值为2、水热反应温度为140℃和Sr^(2+)的掺杂量为1.5%(物质的量分数)的条件下制备的共掺杂LaPO_(4):5%Tb^(3+)样品发光性能最好,处于544 nm处发射峰的相对强度为单掺杂LaPO_(4):5%Tb^(3+)样品的2.8倍。

微量Sn^(4+)掺杂TiO_2纤维结构材料的两步法制备及光催化性能

以脱脂棉花纤维为模板,利用浸渍-热转化两步法制备了具有中空结构的微量Sn4+离子(<0.050at.%)掺杂TiO2纤维结构光催化材料(Sn4+/TiO2);通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis以及在300 W汞灯和500 W氙灯(模拟太阳光)下对亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解脱色对样品进行了表征。结果表明,利用两步法制备了中空结构的Sn4+/TiO2纤维结构材料;掺入的微量Sn4+均匀分布于TiO2晶格中;TiO2中微量的Sn4+掺杂使TiO2的吸收边发生明显红移,对整个紫外-可见光吸收增强;在紫外、模拟太阳光下显示出好的光催化活性。在模拟太阳光下,Sn4+/TiO2-0.030at.%的光催化活性是TiO2的近4.5倍,而在紫外光下,仅为2.7倍。Sn4+/TiO2良好的光催化性能主要归于少量Sn4+掺入使TiO2的结构多级化、TiO2价-导带间掺杂能级(DE)的形成以及TiO2晶格中活性中心的形成等因素。MB溶液在Sn4+/TiO2上的光催化降解脱色动力学行为比较好地服从一级动力学方程。

Sn^(2+)-Mn^(2+)共掺杂Gd_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)玻璃光致发光性能与能量传递

通过传统的高温熔融淬火技术制备了Sn^(2+)-Mn^(2+)共掺杂的Gd_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(GAS∶0.5Sn^(2+),yMn^(2+))玻璃。研究了玻璃的光致发光特性和Sn^(2+)-Mn^(2+)能量传递过程。在365 nm激发下,随着Mn^(2+)浓度的增加(1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%,3.5%,4.0%),玻璃中Sn^(2+)的发光强度逐渐降低,而Mn^(2+)的发光强度逐渐增大。Sn^(2+)的衰减时间随着Mn^(2+)含量的增加而减小,玻璃中产生了Sn^(2+)到Mn^(2+)离子的能量传递。GAS∶0.5Sn^(2+),yMn^(2+)玻璃的光致发光量子产率(PLQY)随着Mn^(2+)含量的增加而减小,其最大值为25.48%。玻璃中Mn^(2+)离子浓度达到4.0%时,其发光属于准白光发射,色坐标为(0.323,0.273)。另外,本文还研究了Sn^(2+)-Mn^(2+)共掺杂玻璃的发光热猝灭现象,Sn^(2+)发光中心电子跃迁所需克服的热激活能约为0.23 eV。

纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体微观光谱特征及氧化还原性能研究

采用水热法合成Fe^(3+)、Al^(3+)、Co^(2+)及La^(3+)共掺杂纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)(x=0.00~0.05)固溶体,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)以及与H2的程序升温还原反应(TPR)等方法对固溶体的微观结构、形貌、光谱特征和氧化还原活性进行系统表征及分析。XRD结果表明,Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体均呈CeO_(2)立方萤石结构,当掺杂量增加到x=0.04时,在36.6°处出现了微弱的Co_(3)O_(4)杂相,可以确定掺杂离子在CeO_(2)晶格中的固溶度x<0.04。样品的(111)衍射峰位向高角度偏移,表明掺杂离子引起晶格发生畸变。TEM及SEM结果显示样品为球形纳米颗粒,掺杂离子引起晶面间距变小。紫外吸收光谱表明,与纯CeO_(2)相比,掺杂样品的吸收边逐渐红移,在560~780 nm范围观察到掺杂离子的紫外吸收峰。掺杂引起样品能隙降低,从2.84 eV(纯CeO_(2))逐渐降低至2.10 eV(x=0.05)。其原因可归结为掺杂离子在CeO_(2)的价带和导带之间形成新的杂质能级,允许电子从价带跃迁到较低的杂质能级上,继而降低了跃迁能隙。由于掺杂离子引起晶格内部发生畸变以及氧空位比例增大,阻碍了电子的高能跃迁,也可引起能隙减小。荧光光谱证明,掺杂样品的发射峰强度明显降低。Raman光谱表明,掺杂引起F_(2g)峰位发生偏移,峰强减小,峰宽变大。同时,对应于氧空位峰的相对强度逐渐提高。荧光光谱及Raman光谱均证明掺杂离子引起固溶体晶格畸变程度增加,氧空位浓度提高。H_(2)-TPR测试表明,掺杂可以有效降低CeO_(2)的氧化还原反应温度,提高氧化还原活性,当x=0.03的样品表面还原温度最低,还原峰的面积最大,即氧化还原反应活性最佳,表明样品的氧化还原性能与晶粒尺寸、晶格缺陷及氧空位浓度密切相关。通过以上研究证明,四种离子共掺杂CeO_(2)能够有效修饰微观晶体结构,在较低掺杂浓度下即可显著改善样品的催化活性。

TiCl_4水解法水热制备Yb-P-TiO_2纳米光催化剂及共掺杂的协同机制

利用水热技术以TiCl4水解法制备介孔锐钛矿Yb-P-TiO2纳米片。基于XRD、TEM、BET、XPS、FTIR、DRS和PL分析,探讨Yb和P共掺杂对TiO2表面物理化学特性及光催化活性的影响机制。在模拟太阳光照射下,样品光催化降解4-氯酚活性顺序为:TiO2<Yb-TiO2<P25<P-TiO2<Yb-P-TiO2,表明Yb-P共掺杂对提高光催化活性产生协同作用。20 mg·L-1的4-氯酚溶液在0.8 g·L-1的Yb-P-TiO2悬浮液中经模拟太阳光照射120 min后,TOC去除率达87.6%,表明4-氯酚能够被有效矿化。P掺杂对抑制TiO2由锐钛矿向金红石相的转变和改善表面结构特性起决定性作用。Yb3+能俘获光生e-生成Yb2+,Yb2+又易于将e-转移给表面吸附O2生成·O-2,有效抑制载流子复合。P 3p与O 2p轨道杂化能级与氧空位能级共同作用导致带隙窄化,改善光吸收性能。Yb-P共掺杂能进一步抑制光生e-/h+复合,提高量子效率;进一步增加表面羟基,有利于俘获光生h+生成强氧化性羟基自由基。上述因素均有利于提高光催化活性。

Tb^3＋和Na2WO4共掺杂SiO2材料的制备及其发光性质

通过溶胶-凝胶技术制备了稀土离子Tb3+和Na2WO4共掺杂的SiO2材料,利用DTA-TG,IR,XRD等测试手段研究了材料的结构。材料属于非晶态,800℃退火后Tb3+和Na2WO4共掺杂样品的主要结构为SiO2的网状结构。通过三维荧光光谱,荧光激发光谱和发射光谱,分析探讨了Na2WO4对掺稀土离子的SiO2体系发光性质的影响。结果显示,在230nm激发下,样品显示Tb3+的5D4—7Fj(j=4,5,6)和5D3—7Fj(j=4,5,6)发射光谱,在紫外灯的照射下,发射均匀的蓝绿色荧光,说明样品掺杂均匀且分散性较好。Na2WO4的掺入,并不影响Tb3+在SiO2基质中的发射峰的主要位置,但对发光强度有很大的影响,敏化了5D4—7F6蓝色跃迁而猝灭了5D4—7F5绿色跃迁,使材料发射蓝绿色荧光。文章通过所得的能级图,对样品的跃迁机理进行了分析。

Ni-Fe共掺LiMn_(2)O_(4)正极材料的合成及电化学性能研究

采用固相燃烧法快速合成了LiNi_(0.08)Fe_(x)Mn_(1.92-x)O_(4)(x≤0.08)正极材料,并探究了正极材料样品的结构、形貌、电化学性能及动力学性能。结果表明,Ni-Fe共掺没有改变LiMn_(2)O_(4)的立方尖晶石结构,促进了其晶体发育和{111}、{110}、{100}晶面的择优生长,部分颗粒形成了以高暴露{111}晶面为主和少量{110}、{100}晶面的截断八面体形貌。LiNi_(0.08)Fe_(0.05)Mn_(1.87)O_(4)样品在较低倍率(≤5 C)时,其倍率性能和长循环寿命得到显著提高,在25℃下,1 C的首次放电比容量为106.1 mAh/g, 1 000次循环后容量保持率为82.0%;5 C的首次放电比容量为100.1 mAh/g, 2 000次循环后容量保持率为72.8%。LiNi_(0.08)Fe_(0.05)Mn_(1.87)O_(4)材料的锂离子扩散系数和表观活化能分别为1.75×10^(-15)cm^(2)/s和26.52 kJ/mol,表明其有较好的Li+迁移动力学性能。

Mn^(2+)、Mn^(4+)共掺杂Zn_2GeO_4电子结构和光学性质的第一性原理的研究

利用第一性原理的局域密度近似(LDA)方法,对Zn_2GeO_4,Mn^(2+)掺杂Zn_2GeO_4,Mn^(2+)、Mn^(4+)共掺杂Zn_2GeO_4的光电性质进行了理论研究.结果表明,Mn^(2+)、Mn^(4+)掺杂可以提高Zn_2GeO_4的载流子浓度,从而改善Zn_2GeO_4的导电性.Mn^(2+)离子的掺杂导致Zn_2GeO_4对光的吸收由紫外区域扩展到可见光区域,Mn^(2+)、Mn^(4+)共掺杂促进Zn_2GeO_4晶体对可见光的吸收能力大幅增加,因此Mn^(2+)、Mn^(4+)共掺杂Zn_2GeO_4可以用于制备高效率的光催化剂和发光材料.

熔盐燃烧法制备Ni-Cr共掺LiMn_(2)O_(4)正极材料及电化学性能研究

采用熔盐燃烧法和不同焙烧温度处理制备了一系列尖晶石型LiNi_(0.05)Cr_(0.05)Mn_(1.90)O_(4)(LNCMO)正极材料,研究了焙烧温度对LNCMO的结构、微观结构形貌、电化学性能和动力学性能等的影响。结果表明,所制备样品都归属于LiMn_(2)O_(4)立方晶系Fd3m空间群,随焙烧温度升高,样品颗粒逐渐增大,其中550℃制备的为纳米级颗粒,其余为亚微米级。其中600℃焙烧温度制备的LNCMO样品展现出最佳的电化学性能,在5C倍率下,其首次放电比容量为109.1mAh/g,500次循环容量保持率为75.7%。电流密度增大到15C和30C时,经800次循环后该样品仍有64.4%和60.6%的容量保持率,并且其具有最大的Li+扩散系数(6.31×10^(-16) cm^(2)/s)和最小的电荷转移电阻(89.0Ω)。Ni-Cr共掺有效抑制了Jahn-Teller效应,适宜的二次焙烧温度有利于稳定材料的晶体结构,从而提高其倍率性能和循环性能。

近红外长余辉纳米探针ZnGa2O4∶Cr^3+,Sn^4+的制备及Fe^3+含量的时间分辨检测

鉴于长余辉材料免实时激发特性可有效消除激发光源及复杂样品自体荧光的干扰,近红外长余辉材料在生物成像领域受到了广泛关注。但其在荧光传感应用方面的报道相对较少,尤其是利用长余辉纳米粒子来检测金属阳离子鲜有报道。本文采用水热法制备了Sn4+共掺的近红外长余辉纳米材料ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+(ZGSC),再以包硅处理得到在水溶液中分散性良好的荧光探针ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+@SiO2(ZGSC@SiO2)。基于Fe3+对长余辉材料ZGSC@SiO2的荧光猝灭效应,构建了一种选择性好、无背景干扰的近红外长余辉荧光探针ZGSC@SiO2,用于Fe3+的定量检测。采用时间分辨光谱可有效地消除背景干扰,实现了高信噪比检测,其线性范围为50~800μmol/L,检出限为25.12μmol/L。选取了3种补铁口服液作为实际样品,对其总铁含量以及Fe3+的含量进行检测,并进行了加标实验。实验结果表明,测定结果中总铁含量与标示值吻合;3种样品中总铁含量的加标回收率为99.00%~99.79%,相对标准偏差(RSD)为2.416%~3.808%;Fe3+含量的加标回收率为99.90%~102.69%,RSD为3.263%~4.296%,满足测定要求。根据样品中总铁含量和Fe3+含量,可计算得出Fe2+含量,因此该荧光传感体系具有可同时检测Fe3+与Fe2+的优点,可以用于补铁口服液中有效价态Fe2+的质量控制检测。

Ba^(2+)共掺杂YPO_4∶Tb^(3+)荧光材料的水热合成与荧光性能

采用水热法合成Ba^(2+)共掺杂YPO4∶Tb^(3+)荧光材料,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光分光光度计等研究了合成样品的物相组成和荧光性能,并分析了Ba^(2+)掺杂量和反应体系pH值等对合成样品的物相结构及荧光性能的影响。结果表明,反应体系pH值和Ba^(2+)掺杂量直接影响所制备样品的结构与性能。少量Ba^(2+)(≤10%,原子分数,下同)共掺杂YPO4∶1%Tb^(3+)样品均为纯相四方晶系磷钇矿结构晶体,过量Ba^(2+)掺杂导致Ba_3(PO_4)_2杂质相的出现;pH值为6的水热环境下可获得高结晶度的单一相Ba^(2+)、Tb^(3+)共掺杂YPO4样品。激发和发射光谱测试结果表明,所制备的YPO4∶1%Tb^(3+),x%Ba^(2+)样品可被225nm的紫外光有效地激发而发射出强烈的Tb^(3+)特征的黄绿色光。一定量的Ba^(2+)共掺杂可以有效地提高YPO4∶1%Tb^(3+)样品的荧光性能,但过量(高于10%)的Ba^(2+)掺杂又会导致Tb^(3+)的荧光猝灭现象出现,最佳的Ba^(2+)共掺杂量为10%。所制备的YPO4∶1%Tb^(3+),10%Ba^(2+)样品在225nm紫外光激发下位于545nm处的发射带强度是YPO4∶1%Tb^(3+)样品的1.8倍。

B,N,S共掺杂石墨烯量子点的制备及对Fe3+和H2PO4-的荧光检测

利用水热法制备了一种可在纯水体系中连续"OFF-ON-OFF"荧光识别Fe^3+和H2PO4^-的B,N,S共掺杂的石墨烯量子点探针材料(BNS-GQDs),并对其形貌和结构进行了表征,结果表明,BNS-GQDs粒径分布均匀,平均粒径为4nm,具有类似石墨烯的结构,且成功掺杂了B,N,S原子.光谱表征结果表明,其在纯水体系中可以实现对Fe^3+的荧光猝灭识别;同时,BNS-GQDs+Fe^3+体系能够专一性地荧光增强识别H2PO4^-.识别机理研究表明,BNS-GQDs可与Fe^3+通过静电作用形成配合物并向Fe^3+转移电子,从而引起荧光猝灭;H2PO4^-可从上述配合物中置换出Fe^3+,引起体系荧光恢复.BNS-GQDs识别Fe3+和H2PO4-具有较好的可逆性,可应用于Hela细胞和实际水样中Fe^3+和H2PO4^-的检测.

氮磷共掺杂碳量子点高灵敏响应2,4-二硝基酚的研究

运用六偏磷酸钠为钝化剂、胰酪蛋白胨为碳源,通过水热法合成了一种氮磷共掺杂碳量子点。该碳量子点的量子产率为25.4%,在高离子强度和紫外光环境中有良好的稳定性,并且碳量子点的发光强度与pH(2~12)具有线性相关性。合成的碳量子点能够作为荧光探针高灵敏响应2,4-二硝基酚(2,4-DNP)。发光强度与2,4-DNP的浓度(0.01~2.5μg·mL^(-1))呈现线性相关,检出限低至3.6μg·L^(-1)。作为荧光探针应用于河水、湖水和自来水中2,4-DNP的测定,回收率为93.8%~103%,相对标准偏差RSD<0.7%。

Sn^(4+)和Sn^(2+)与天然丝光沸石离子交换选择性的穆斯堡尔谱研究

用Ｓｎ２＋、Ｓｎ４＋和２Ｓｎ２＋＋Ｓｎ４＋盐对天然丝光沸石进行了离子交换，测量了交换后清洗烘干样品的穆斯堡尔谱。通过对穆斯堡尔谱共振吸收峰相对面积的计算得出了样品中穆斯堡尔核的相对含量。结果表明，Ｓｎ４＋与天然丝光沸石的离子交换选择性优于Ｓｎ２＋。

Ce^(3+)和Fe^(3+)共掺杂CaAl_(2)O_(4)高近红外反射颜料的制备与表征

离子掺杂能够调谐颜料的反射性能和颜色。采用溶胶-凝胶法制备了一系列新型低毒的Fe^(3+)、Ce^(3+)共掺杂Ca_(1-x)Ce_(x)Al_(2-y)Fe_(y)O_(4)(x=0、0.15;y=0.15、0.25、0.35)高近红外反射无机颜料。采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外/可见/近红外光谱仪及Color CIE色度分析软件对所合成复合颜料的晶体结构、微观形貌、光学性质(反射性能)和颜色等进行了表征。XRD分析表明,煅烧温度为1100℃时,所合成的样品为磷石英结构;光学性能分析表明,随着Fe^(3+)掺杂量的增加,颜料的颜色由白色逐渐变为黄色再变为深棕色。Fe^(3+)、Ce^(3+)共掺杂所制备的颜料在780~2500 nm波长范围内具有较高的近红外反射率(NIR≥61.5%)。该Ca_(1-x)Ce_(x)Al_(2-y)Fe_(y)O_(4)“冷”颜料粉体在建筑涂料等方面具有广阔的应用前景。

Ca^(2+)共掺杂LaPO_(4)∶Tb^(3+)荧光材料的水热合成与性能

采用水热法合成碱土金属Ca^(2+)共掺杂LaPO_(4)∶Tb^(3+)纳米荧光材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、荧光光谱等对所合成样品的物相结构和荧光性能进行分析。研究了反应体系pH值和Ca^(2+)的物质的量掺杂量等对样品物相结构及荧光性能的影响进行分析。结论表明:采用水热法所合成的样品均为纯相的单斜晶系独居石结构,在反应体系pH值=2和Ca^(2+)的掺杂量为5.0%(摩尔分数)的条件下合成的样品荧光效果最好,在545 nm处表现出Tb^(3+)的特征绿光。