三维多孔LaFeO_(3)/CeO_(2)/SrTiO_(3)光芬顿和光催化协同脱色亚甲基蓝

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,采用溶胶-凝胶法和化学沉淀法制备三维多孔催化剂3DP LaFeO_(3)/CeO_(2)/SrTiO_(3)。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、多站式全自动比表面与孔径分析仪、X射线光电子能谱仪和紫外可见分光光度计等仪器对催化剂进行表征,并考察了该催化剂对亚甲基蓝的脱色效果,分析了pH、过氧化氢剂量和温度对脱色效果的影响。结果表明,3DP LaFeO_(3)/CeO_(2)/SrTiO_(3)复合材料被成功合成,呈现多孔结构,具有高的比表面积和光学特性。该催化剂在亚甲基蓝的脱色反应中表现出优异的催化性能,具有宽的pH使用范围,且能有效降低铁泥产量,大大降低二次污染。通过适当升高过氧化氢用量及反应液温度,可以提高催化剂的催化脱色性能,过氧化氢的最佳投加量为5 mL/L,反应液最佳温度为55℃。最后,提出了亚甲基蓝脱色的催化机理,在催化剂的光芬顿和光催化协同作用下,实现Fe^(3+)/Fe^(2+)和Ce^(4+)/Ce^(3+)持续循环和活性物种的产生。

F掺杂SrTiO_(3)的制备及光电化学阴极保护性能研究

SrTiO_(3)因合适的能带结构和稳定的物化特性,在光电化学阴极保护领域有很大的应用潜力,但是对太阳光的利用率低和光生电子-空穴对复合率高等问题限制了其进一步发展。基于此,利用阴离子(F)掺杂对SrTiO_(3)改性,以得到高效、稳定光电转换性能的SrTiO_(3)光阳极材料。通过溶剂热法制备了不同F掺杂浓度的SrTiO_(3)光阳极材料,UV-Vis DRS和PL测试结果表明,F掺杂提高了SrTiO_(3)对太阳光的利用率和光生电子-空穴对的分离能力。光电化学阴极保护测试结果表明:光照条件下,当F掺杂量为2.0%(原子数分数)时,F-2.0%-SrTiO_(3)与304不锈钢偶联后其光电流密度达到3.7μA/cm^(2),使304不锈钢的开路电位负移至-0.42 V,在模拟海水中为304不锈钢提供有效保护。

Si,Ge,Zr和Sn掺杂SrTiO_(3)的电子结构和光催化性能第一性原理研究

使用QUANTUM ESPRESSO(QE)软件包实现的密度泛函理论研究了Si, Ge, Zr和Sn掺杂SrTiO_(3)的结构,电子结构和光催化性能.使用广义梯度近似(GGA)获得SrTiO_(3)的晶格常数与先前的实验数据非常一致.同时,获得了SrTi_(0.875)X_(0.125)O_(3)(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂体系的晶格常数. SrTiO_(3)和SrTi_(0.875)X_(0.125)O_(3)(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂的带隙值分别1.853 eV、1.849 eV、1.916 eV、1.895 eV和1.925 eV.在研究五种SrTiO_(3)体系的光催化性能时,采用剪刀算符对五种SrTiO_(3)体系的带隙值进行修正.计算本征SrTiO_(3)和SrTi_(0.875)X_(0.125)O_(3)(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂体系的导带带边的还原电势(ECB)分别是-0.782 eV、-0.736 eV、-0.776 eV、-0.800 eV和-0.791 eV.计算得到五种SrTiO_(3)体系对应的的价带带边的氧化电势(EVB)分别为:2.418 eV、2.460 eV、2.487 eV、2.442 eV和2.481 eV.从氧化还原性质方面来看,SrTi_(0.875)X_(0.125)O_(3)(X=Zr, Sn)两种掺杂体系相对于本征SrTiO_(3)的氧化还原性提高,SrTi_(0.875)Si_(0.125)O_(3)的相对于本征SrTiO_(3)还原性降低,五种SrTiO_(3)体系的带边相对位置能够满足H2O分裂产生H_(2)和O_(2)的过程.

SrTiO_(3)-SrWO_(4)的制备及其光催化性能研究

以H_(1.07)Ti_(1.73)O_(4)(HTO)为Ti源,八水合氢氧化锶[Sr(OH)_(2)·8H_(2)O]为Sr源,水合钨酸铵固体[(NH_(4))_(10)H_(2)(W_(2)O_(7))_(6)·x H_(2)O]为W源,在180℃下采用一步水热法制备不同比例Sr TiO_(3)-Sr WO_(4)复合体,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、X射线光电子能谱仪(XPS)等测试手段研究不同复合体的结构和表面形貌,同时以氙灯为光源降解10 mg/L亚甲基蓝(MB)溶液,探究不同复合样品的光催化降解性能。实验结果表明,利用水热法成功合成不同比例Sr TiO_(3)-Sr WO_(4)复合体。复合样STW-9的降解性能最好,降解速率常数为0.055 min^(-1),Sr TiO_(3)、Sr WO_(4)的降解速率常数分别为0.017、0.01 min^(-1),这说明两者之间所形成的Z型异质结提升了载流子的分离效率。同时复合样STW-9在重复使用5次后降解率仍然可达到82%。通过捕获剂实验可得反应活性物种催化效果由高到低依次为羟基自由基(·OH)、光生空穴(h^(+))、超氧自由基(·O_(2)^(-))、光生电子(e^(-)),从而证明羟基自由基(·OH)为主要活性物种。SrTiO_(3)-SrWO_(4)复合材料能耗低,可为今后处理有机污染物提供借鉴。

LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质结光存储特性模拟及电阻图像显示

LaAlO_(3)/SrTiO_(3)(LAO/STO)界面上的二维电子气(2DEG)表现出许多新奇的特性,通过探究其中LAO/STO光电特性的电阻响应机制,发现了异质结与神经网络拥有相似的记忆曲线.通过试验模拟了光照对LAO/STO界面电阻率的影响,并与实际曲线相比较.通过LAO/STO在光照下的电阻率变化,又模拟了LAO/STO对光线形状、光线照射时间的响应,并进行电阻的图像显示.结果表明:LAO/STO异质结具有优异的光储特性,且可以有效进行电阻的图像显示.该项工作为LAO/STO异质结在新型光电子器件、图形图像显示装置以及人工智能器件等领域的应用提供了新的思路.

Bi_(2)WO_(6)/SrTiO_(3)复合光催化剂的制备及对Cr(Ⅵ)和亚甲基蓝的去除

通过二步水热法合成了同时具备优异还原性和氧化性的复合光催化剂Bi_(2)WO_(6)/SrTiO_(3)。研究了在可见光下Bi_(2)WO_(6)/SrTiO_(3)复合样品对Cr(Ⅵ)的还原反应和对亚甲基蓝的氧化反应。复合催化剂20 min可以将5 mg/L的Cr(Ⅵ)几乎完全还原,将20 mg/L的亚甲基蓝完全氧化。Bi_(2)WO_(6)和SrTiO_(3)半导体匹配的禁带结构有效地削弱空穴和电子对的复合。光催化还原Cr(Ⅵ)的活性物质为光生电子,光催化氧化亚甲基蓝的活性物质为OH·和光生空穴。

SrTiO_(3)及其复合材料的制备与性能改进研究进展

具有众多优良性能的SrTiO_(3)已经受到人们的广泛关注。钛酸锶光催化剂能够在光子的激发下生成强氧化性的羟基自由基和超氧离子自由基等,进而有效地降解废水中有机物。然而,SrTiO_(3)作为光催化剂,具有对可见光利用率小、难回收等问题。针对此问题,分析了相关文献中关于制备和改善SrTiO_(3)性能的方法,总结了复合高吸附性材料、复合半导体、掺杂元素、改善结构、建立特定制备方法和复合可回收材料对SrTiO_(3)光催化剂的性能影响和改性方法,并对今后的研究发展方向提出展望。

LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO_(3)/SrTiO_(3)(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果表明,磁场调节的LaAlO_(3)/SrTiO_(3)(001)异质界面可以成为一个可控研究反常金属态的理想平台.

基于EFTEM技术测定单晶SrTiO_(3)的电子非弹性平均自由程

材料的电子非弹性平均自由程(λ)是描述电子在材料中的输运性质的重要参数。然而通过实验技术直接获取材料的λ较为困难。本文介绍了一种基于EFTEM实验技术获取SrTiO_(3)单晶λ的方法:(1)采用聚焦离子束(FIB)技术制备了具有梯度厚度(100~800 nm)的SrTiO_(3)截面样品I,并利用EFTEM得到SrTiO_(3)薄片各个阶梯区域t与λ的比值a;(2)利用FIB将截面样品Ⅰ进行二次加工得到截面样品II,并利用透射电子显微技术(TEM)直接测量各个梯度区域的t,λ即为t与a的比值。实验中测得单晶SrTiO_(3)<001>和<110>方向的λ分别为124.7 nm和120.7 nm。研究结果对利用EFTEM技术测量λ具有重要的指导意义。

多面体SrTiO_(3)原位生长N缺陷PCN中的纳米叠层效应助力光催化完全分解水:内建电场调控的协同机制

光的钻穿效应使得纳米级光催化剂(粒径200nm以下催化剂和低维催化剂等)能带弯曲程度降低,无法有效利用“向阳背阴”的Dember效应,进而削弱光生载流子从体相到表面的驱动力,不利于完全分解水的实现.我们前期研究发现,催化剂微结构的极化率影响其扭曲度,进而可以实现对催化剂内建电场的调控,促进纳米颗粒光催化完全分解水的过程.基于此,本文在粒径小于200 nm的多面体SrTiO_(3)催化剂表面.原位生长聚合物的氮化碳(PCN),形成了薄层PCN包覆的SrTiO_(3)纳米叠层催化剂,实现了完全分解水过程.并利用物相结构分析、形貌分析、表面分析、光谱分析、同步辐射分析和理论计算等方法深入解析了SrTiO_(3)-PCN复合催化剂的结构,揭示了由纳米尺度的叠层效应引发的内建电场协同调控机制.催化剂的物相结构分析结果表明,SrTiO_(3)和PCN是组成复合催化剂的主要单体,并没有新的物质生成,复合后各元素微结构极化率发生变化,表现为拉曼光谱峰强度的变化.片层状的PCN包覆在多面体SrTiO_(3)的表面,形成了独特的复合催化剂叠层结构.N 1s与Sr 3d的X射线光电子能谱结果表明,SrTiO_(3)与PCN的结合围绕着Sr和N两种元素进行.随着SrTiO_(3)含量的增加,-NH_(2)中的N与SrTiO_(3)中的元素结合,促进了-N-H基团的生成,而-N-H-基团受到化学环境改变的影响,倾向于向氰基转变,进而形成缺陷.利用同步辐射研究了Sr原子配位数的变化,揭示了N-Sr键的形成源自于Sr-Ti键中的Sr与-NH_(2)中的N结合,促进了N缺陷态的形成,显著提升了光吸收性能.催化剂热力学分析结果表明,体相氮缺陷引起价带位置上移,而表面氮缺陷对价带位置影响较小.当SrTiO_(3)/PCN的比为1:2时,复合催化剂可以实现完全分解水过程,氢氧比接近2:1.其原因在于SrTiO_(3)与PCN之间的费米能级不同,N-Sr键的形成增强了表面电势,促进了二者复合后内建电场的重构.随着SrTiO_(3)含量的增加,体相缺陷浓度增加,进而使得分解水性能显著降低.研究表明,由N-Sr形成使得催化剂在光吸收率、热力学性质及动力学性质的改变所引起的纳米尺度叠层效应,是引发内建电场协同调控进而实现光催化完全分解水的重要因素.综上,本文结果可以对调控内建电场实现完全分解水方面研究提供一定借鉴.

三维多孔SrTiO_(3)-LaCuO_(3)光催化-类芬顿法降解罗丹明B

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,采用溶胶凝胶法和化学沉淀法制备了三维多孔(3DP)SrTiO_(3)-LaCuO_(3)催化剂,并通过XRD、SEM、BET、XPS、UV-Vis等手段进行了表征,考察了该催化剂对罗丹明B(RhB)溶液的脱色效果,分析了其降解机理。表征结果显示:3DP SrTiO_(3)-LaCuO_(3)催化剂孔道丰富,比表面积大,在200~800 nm波长范围内具有光响应。实验结果表明:在RhB初始质量浓度为100 mg/L、pH为3、双氧水加入量为1 mL/L、3DP SrTiO_(3)-LaCuO_(3)加入量为0.5 g/L的条件下,模拟太阳光照射120 min后,RhB溶液的脱色率高达98.0%;该催化剂重复使用5次后,脱色率为96.8%,表现出良好的可重复利用性。ICP-MS检测结果表明:该催化剂的活性组分不易流失,稳定性强。3DP SrTiO_(3)-LaCuO_(3)降解RhB的反应兼具光催化氧化和类芬顿氧化两种机理。

可逆固体氧化物电池SrTiO_(3)基燃料极材料的研究进展

可逆固体氧化物电池RSOCs在SOFC/SOEC双模式下交替运行,可实现清洁能源—电能的可持续循环,起到“移峰填谷”的作用,因其具有效率高、运行时间长、储能规模大等优点,在能源互联网建设中具有广阔的应用前景。传统Ni-YSZ燃料极材料在使用含有硫杂质的燃料气时极易硫中毒,在使用碳氢燃料时易产生积碳。而钛酸锶(SrTiO_(3))钙钛矿材料因其具有高度可调的结构及性能、良好的结构稳定性及热化学稳定性、较强的抗积碳抗硫中毒能力等,成为研究最为广泛的RSOCs燃料极材料。综述了SrTiO_(3)基RSOCs燃料极的研究进展,并阐述了其相关机制研究,指出了SrTiO_(3)基燃料极在未来RSOCs应用中所面临的挑战。

Z型La-SrTiO_(3)/Ag/Ag_(2)O异质结光催化降解亚甲基蓝研究

采用溶胶-凝胶法、化学沉淀法和光还原法合成了具有高催化活性的Z型La-SrTiO_(3)/Ag/Ag_(2)O异质结光催化剂。对该光催化剂进行了SEM、TEM、XRD、XPS、UV-Vis、PL和EPR的表征分析,并考察了初始亚甲基蓝(MB)浓度、pH和H_(2)O_(2)浓度等相关运行参数对光催化剂催化性能的影响。结果表明,成功制备的La-SrTiO_(3)/Ag/Ag_(2)O复合材料对光具有较大的吸光度,可以有效抑制了光致电子-空穴对的复合。该催化剂具有较高的光催化降解活性,光照120min后对30×10^(-6)的MB降解效率可达到98%。

Y_(2)O_(3)掺杂及烧结温度对SrTiO_(3)基陶瓷电学性能的影响

【目的】获得综合电学性能良好的SrTiO_(3)基电子功能陶瓷。【方法】选取稀土氧化物Y_(2)O_(3)作掺杂剂,用典型电子陶瓷工艺制样,利用压敏电阻参数仪和数字电桥测试并结合扫描电镜(SEM)观察,探讨了Y_(2)O_(3)的掺杂量及烧结温度对SrTiO_(3)基陶瓷电学性能和微观结构的影响规律。【结果】随着Y_(2)O_(3)掺杂量从0.3 mol.%渐增至1.8 mol.%,陶瓷的压敏电压V_(1mA)先减后增,非线性系数α逐渐减小,而相对介电常数ε_(r)和介电损耗tanδ均总体上呈升高趋势。掺0.9 mol.%Y_(2)O_(3)时,陶瓷综合电学性能较好。提高烧结温度可获得更理想的微观结构并进一步提升电学性能,经1425℃、3 h保温烧成、掺0.9 mol.%Y_(2)O_(3)的SrTiO_(3)基陶瓷的综合电学性能最优:V_(1mA)=7.2 V、α=10.8、ε_(r)=3.8×10^(4)、tanδ=2.1×10^(-2)。【结论】适量掺杂Y_(2)O_(3)并合理控制烧结温度,可使SrTiO_(3)基陶瓷具有理想的微观结构,从而表现出优良的电学性能。

N3敏化SrCO_(3)修饰纳米晶TiO_(2)电极的光电化学性质研究

研究了SrCO_(3)表面修饰对纳米晶TiO_(2)电极的光电性能的影响。SrCO_(3)修饰层的存在对电极的能带结构和陷肼态分布具有显著影响,能够有效抑制半导体电极表面的电荷复合,从而提高染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率。结果显示,N3敏化一层SrCO_(3)修饰层的纳米晶TiO_(2)太阳能电池在100 mW/cm^(2)白光照射下的光电转化效率达7.46%,而未修饰的TiO_(2)电极的转化效率为6.12%,效率提高了21.9%。

氧化温度对空气中一次烧成SrTiO_(3)晶界层电容器的显微结构及电性能的影响

采用空气中的一次烧成工艺,研究了氧化温度对SrTiO_3.晶界层电容器试样的介电常数ε、绝缘电阻率p及介质损耗tgδ的影响;借助于TEM及STEM对试样进行了分析,观察到试样中有直线型和锯齿型两种不同类型的晶界及存在于多个晶粒交汇处的Ti_nO_(2n-1)第二晶相;提出了不同氧化温度下的晶界结构模型,较好地解释了试样介电常数随氧化温度的降低而单调增大的变化规律.

溶胶-凝胶法制备掺铌的SrTiO_3薄膜

采用溶胶 -凝胶法 ,用醋酸锶、钛酸丁酯、乙醇铌作为前驱体 ,用旋涂法制备掺铌钛酸锶多晶薄膜。用醋酸作为醋酸锶溶剂 ,并用丙三醇作为辅助溶剂 ,溶胶浓度及黏度均可在较大范围内调节。经 6 0 0℃热处理后薄膜转化为钙钛矿结构 ,扫描俄歇电子显微镜所做表面形貌与元素分析表明薄膜均匀、无裂纹、表面光滑、晶粒细小。

Sr_(1-x)Er_(x)TiO_(3)陶瓷的巨介电性能研究

选用“两性”稀土Er^(3+)离子掺杂SrTiO_(3)陶瓷,采用传统固相法制备出了在空气下烧结的具有巨介电低损耗的Sr_(1-x)Er_(x)TiO_(3)陶瓷.结果表明,当x=0.012,该陶瓷显示出巨介电行为,在1 kHz下具有17 790的介电常数,在1 MHz下具有14 363的介电常数,在1 kHz下具有0.02的介电损耗.在巨介电、低介电损耗的材料中,存在着“电子钉扎”现象,电子的局域极化使介电常数增大;而在此过程中,由于限制了电子的长程移动,从而降低了介质损耗.

Ce诱导SrTiO_(3)由非磁绝缘体向铁磁半金属转变的第一性原理研究

通过第一性原理计算采用GGA+U方法,研究了Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)(x=0,0.125,0.25)的晶体结构和电磁性质.计算结果表明:Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)稳定在立方钙钛矿结构,Ce掺杂导致Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)的晶格参数、晶胞体积、Ti-O键长都增大,但Ti-O-Ti键角减小;Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在x=0时为非磁绝缘体,在0.125≤x≤0.25时为铁磁半金属.Ce掺杂导致Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在x=0.125产生非磁绝缘体向铁磁半金属的转变;随着Ce掺杂量增加,Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)的金属性和铁磁性加强,很好解释了Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在固体氧化物燃料电池上的应用.这些结果也意味着Sr_(1-x) Ce_(x) TiO_(3)在磁存储器件上具有潜在的应用前景.

基于分子源SrTiO_3薄膜同质外延生长的Monte Carlo模拟Ⅱ:模拟结果与讨论

根据本文作者提出的以SrTi O3为代表的ABO3型氧化物薄膜成长机制以及基于MonteCarlo方法的三维模型及模拟算法(详见另文),编制了模拟软件,模拟了不同沉积速率、不同的基底温度下的薄膜组成.模拟过程中两个输入参数选为薄膜的沉积速率和沉积温度,并根据一般研究中采用的实验条件,分别取沉积速率为0.00125ML/s和0.004ML/s(单层/秒,Mono-layer/second,以下同),基底温度为500K～800K.模拟结果表明,随着基底温度的升高,薄膜中SrO分子和Ti O2分子的数目逐渐减少,当超过某一临界温度,薄膜为完全的SrTi O3薄膜;而且随着沉积速率的升高,同质外延生长SrTi O3的最低温度也随之升高.