MOFs衍生多孔TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及其光催化性能

将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行表征。在模拟太阳光照射下对罗丹明B(RhB)溶液进行降解,评价其光催化活性。结果表明,C、N均匀掺杂在Fe_(2)O_(3)中,TiO_(2)复合C、N掺杂Fe_(2)O_(3)后禁带宽度减小,模拟太阳光照射2.5 h后,在0.1 g/L TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3)复合材料的光催化作用下,10 mg/L罗丹明B的去除率达到95%,速率常速为0.0192 min^(-1),效果较TiO_(2)和C、N-Fe_(2)O_(3)有明显提高。所得复合材料稳定性好、可重复利用。MOFs衍生多孔C、N掺杂Fe_(2)O_(3)与TiO_(2)的复合缩短了带隙,强化了空穴与电子的分离从而提高可见光催化活性。

一锅法合成高性能N掺杂的Co(PO_(3))_(2)@C负极材料及其在超级电容器中的应用

以植酸(PA)、三聚氰胺(MA)、四水合乙酸钴(Co(OAc)_(2)·4H_(2)O)和聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为原料,采用一锅法合成了偏磷酸钴和氮(N)掺杂碳(C)的复合材料(Co(PO_(3))2@C).其中,PA属于六齿配体,拥有6个磷酸基,每个磷酸基中的氧原子(O)都可作为配位原子和钴离子发生络合反应,形成化学性质稳定的络合物,可以作为绿色磷(P)源.MA含有丰富的N元素,PVDF中空纤维膜中含有氟(F)元素,同时还可以提供框架结构,N和F元素的掺杂可以使多孔碳材料具有更好的润湿性,有利于电解液中电子的传输,从而极大提高了材料的电化学电容性能.所制备的最佳活性负极材料在1 A·g^(-1)时的比电容为1 067.42 F·g^(-1).即使在10 A·g^(-1)的电流密度下,20 000次循环后,仍可以达到85.79%的保留率.

C和As共掺杂的γ-Si_3N_4电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了C和As共掺杂的γ-Si3N4的电子性质.当晶体中少量的四配位硅原子被碳原子所取代,同时用少量的砷原子取代氮原子,晶体结构的带隙可以被调整;当n(C)/n(Si)≈0.063,n(As)/n(N)≈0.047时,材料会发生绝缘体到金属的转变.从态密度图中可以观察到价带顶端的能量明显上升.讨论了关于这种共掺杂所引起的带隙较大减小的可能原因和潜在的应用.

N和F共掺杂C_(3)N_(4)的制备及其可见光催化性能

针对氮化碳(C_(3)N_(4))光生电荷易复合、光催化性能有限的不足,我们制备N和F共掺杂C_(3)N_(4)(NF⁃C_(3)N_(4)),以提升其光催化性能。利用NH_(4)F在高温下原位分解产生的HF和NH_(3),对C_(3)N_(4)刻蚀的同时实现N和F双元素共掺杂。以氯化铵(NH_(4)Cl)为对照,制备N掺杂C_(3)N_(4)(N⁃C_(3)N_(4))。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、比表面积测试和电化学表征手段研究N、F共掺杂对C_(3)N_(4)形貌、成分、结构和物化性质等的影响规律。相比于C_(3)N_(4)和N⁃C_(3)N_(4),NF⁃C_(3)N_(4)呈多孔状,比表面积增大,光生电荷的生成、分离和转移均被促进,NF⁃C_(3)N_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)的速率是C_(3)N_(4)的2.6倍、N⁃C_(3)N_(4)的1.7倍。进一步考察了不同前驱体(尿素、双氰胺和三聚氰胺)对制备C_(3)N_(4)的影响,发现以尿素为前驱体的C_(3)N_(4)与NH_(4)F的质量比为3∶2时,NF⁃C_(3)N_(4)呈现最佳的光催化性能。催化剂用量、光照强度、空穴捕获剂浓度的增加和pH的降低均能提高Cr(Ⅵ)还原速率。在NF⁃C_(3)N_(4)浓度为0.1 g·L^(-1)、pH=3、c_(EDTA⁃2Na)=2 mmol·L^(-1)、40 min可见光照射后,Cr(Ⅵ)去除率达到90%。5次循环实验表明,优化制备的NF⁃C_(3)N_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)的性能保持良好,具有较高的稳定性。

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.

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。

B^(3+)/Li^+共掺杂对Ca_2Si_5N_8:Eu^(2+)荧光粉发光性能的影响

采用液相混合-固相反应的方法,以硼氢化锂、非晶硅、金属Ca、Eu为原料,经1300℃保温4 h合成Ca_2Si_5N_8:Eu^(2+)荧光粉。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和荧光(PL)光谱仪等表征方法分析样品的物相组成、微观形貌以及激发和发射光谱等特性。研究结果表明:B^(3+)/Li^+共掺杂并未改变Ca_2Si_5N_8:Eu^(2+)荧光粉的晶体结构,合成样品除了主相为单斜晶系Ca_2Si_5N_8:Eu^(2+)外,还存在包覆在Ca_2Si_5N_8:Eu^(2+)荧光粉表面的BN相;B^(3+)/Li^+共掺杂Ca_2Si_5N_8:Eu^(2+)荧光粉的发光强度提高了2.27倍,在465 nm的蓝光激发下,发射峰位于604 nm。

沸石负载N、Fe^(3+)共掺杂TiO_2催化剂制备及表征

以人造沸石为载体,采用溶胶-凝胶法对N、Fe3+共掺杂TiO2进行负载化研究,探讨了焙烧温度、载体粒度、负载次数等因素对负载型光催化剂结构和催化活性的影响。研究了模拟太阳光下负载型光催化剂对活性染料SumifixTQ-Blue的降解性能,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外—可见光漫反射吸收光谱(UV-VisDRS)等方法对催化剂进行了表征。结果表明,以60～80目人造沸石为载体,400℃下焙烧2h、负载3次的负载型光催化剂(N/Fe3+/TiO2-沸石催化剂)对SumifixTQ-Blue具有较高的降解率;N、Fe3+共掺杂发挥了两者的协同作用,增强了TiO2的紫外光吸收的同时也使其光吸收范围拓展到可见光区;而多孔材料沸石的引入也进一步提高了催化剂的催化活性。

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.

Fe^(3+)、N共掺杂TiO_2光催化剂研究进展

TiO2是一种比较理想的光催化剂,但是较宽的禁带使其应用受到一定的限制,通过改性可以提高TiO2的光催化性能。Fe3+、N共掺杂是TiO2改性的方法之一。本文综述了国内外Fe3+、N共掺杂TiO2光催化剂的研究进展,分析了Fe3+、N共掺杂TiO2制备方法和掺杂机理。

B掺杂C3N对SO2催化氧化的第一性原理研究

通过第一性原理计算,采用Dmol3模块考察了B原子分别掺杂C3N二维材料的C位(B/C-C3N)和N位(B/N-C3N)所形成的两种单原子催化剂的结构、电子性质以及催化性能。首先,分析了B掺杂C3N的两种结构的稳定性与电子性质,发现B的掺杂使两种结构的稳定性均显著增强,B/C-C3N的电子性质变化更大,由半导体变成了导体。然后,分析了C3N、B/C-C3 N和B/N-C3 N这3种催化剂对SO 2氧化反应的催化性能,计算比较了对O2与SO2的吸附能、电荷转移量、稳定构型、态密度以及O 2活化后的键长。结果显示3种催化剂对O 2的吸附能均大于SO2,均服从E-R机理,其中B/C-C3N对O2的吸附能最大、O2与SO2之间吸附能之差最大,对O2的活化程度最高,表现出最利于SO2催化氧化反应的性能。态密度分析也表明,O2与B/C-C3N在费米能级附近的杂化作用最强,这更利于反应的发生。因此,B/C-C3N具有成为SO2氧化反应优良催化剂的潜力。

微波绿色合成N,S共掺杂碳点及其在Fe^(3+)检测和温度传感方面的应用

以韭菜为前驱体,采用微波法一步绿色合成N,S共掺杂的粒径均匀、分散性好的碳点。所合成的碳点近似球状,粒径2.0-5.0 nm。在365 nm的紫外灯照射下发明亮的蓝色荧光,发射峰具有激发波长依赖性。Fe^(3+)对所制备的碳点有明显选择性荧光猝灭现象。在5-300μmol/L的范围内,荧光猝灭程度(F/F_(0))与Fe^(3+)浓度呈现良好的线性关系(R=0.9930),检测限为4.0μmol/L。同时探测温度对制备碳点的影响,在20-55℃范围内,碳点荧光强度与温度具有较好的线性响应。由于生理温度范围在此温度范围内,所制备的碳点可用于细胞温度传感。

C/N自掺杂提高g-C3N4光响应的理论研究

依托半导体的光催化性能对环境中的污染物进行降解是解决环境污染的一种有效途径.类石墨烯相C3N4(g-C3N4)具有稳定的化学性能和独特的电子结构,在光催化领域展现出巨大的应用潜力.采用第一性原理,本文对不同比例的C/N自掺杂g-C3N4的晶体结构和电子结构进行了探究.通过不同掺杂位形成能的比较,探究了单原子替位掺杂和多原子表面转移掺杂的最优化结构.通过电子结构的比较发现:C原子自掺杂较N原子自掺杂形成能更低,易于在实验中实现;随N掺杂比例的增加,g-C3N4的吸收光谱向红外移动;C掺杂比例为1/12时对可见光的响应最强.该理论结果除获得掺杂的微观机理解释,亦利于对后续实验的合成提供理论依据和指导.

海洋所在新颖P掺杂MoS2/g-C3N4光催化杀菌材料研究中取得进展

随着海洋经济的发展,海洋环境中生物污损问题日益严重。近几年来,以半导体为基础的新型绿色光催化防污技术得到广泛关注。中国科学院海洋研究所段继周课题组研究员张杰与哈尔滨工业大学联合构建出一种新颖的P掺杂MoS2/g-C3N4层状结构复合材料的方法,显著提高了杀菌率。

NF-Bi_2O_3/SBA可见光催化还原Cr(Ⅵ)

本文以分子筛SBA-15为载体,预先吸附Bi(NO_3)_3,然后与NH_4F均匀混合,一步煅烧法制备了可见光响应型NF-Bi_2O_3/SBA.研究发现,高温煅烧时,吸附在SBA上的Bi(NO_3)_3分解形成Bi_2O_3.与此同时,NH_4F分解生成的HF优先刻蚀SBA,生成的NH_3优先掺入Bi_2O_3晶格.Bi_2O_3负载在SBA-15上比表面积显著提升,共存NH_4F能对Bi_2O_3进行N、F共掺杂改性,进一步窄化带隙,提升可见光响应,并调控Bi_2O_3的晶面结构,得到均匀片状的NF-Bi_2O_3,最终促进电子-空穴对的分离和传递.与Bi_2O_3、NF-Bi_2O_3和Bi_2O_3/SBA相比,NF-Bi_2O_3/SBA具有最佳的可见光催化活性,光催化还原Cr(Ⅵ)的速率常数是Bi_2O_3体系的6.3倍.

空气与C3H8含量对气体氧-氮-碳三元共渗化合物层结构的影响

以NH3、空气、C3H8与N2混合气体作为气源,采用两段式气体氧-氮-碳三元共渗方法,在580℃加热2 h,随后降温至540℃继续加热1.5 h,实现对S20C钢的表面强化。保持通入气体总流量、空气与C3H8添加比例不变,改变空气与C3H8的总含量,研究不同气氛组成处理后S20C钢表面渗层的厚度、形貌以及相结构变化趋势。结果表明,经过处理后的样品表面形成了具有良好耐摩擦、耐腐蚀性能的亮白色化合物层,该化合物层具有单一ε-Fe2-3(N,C)物相,其厚度随空气与C3H8的总含量的增加而增大。

Ti基碳氮共掺杂TiO_2的制备、结构表征及光催化氯苯废气性能

以钛酸四丁酯为钛源、葡萄糖和尿素作为掺杂剂,采用水热-溶胶凝胶法制备了碳氮共掺杂TiO_2光催化剂,研究了该催化剂的结构特性及其对氯苯(CB)废气的转化性能。响应面法分析了C、N与钛酸四丁酯的添加比例对TiO_2催化CB的影响,获得了C和Ti物质的量比0.49、N和Ti物质的量比0.28时,该催化剂对CB的转化效率相对较高。利用XRD、TEM等对催化剂结构以及形貌进行表征表明:C/N共掺杂TiO_2为锐钛矿和金红石混合晶型,比表面积较大,吸收波长红移至500 nm。在反应介质相对湿度10%、CB初始浓度50 mg·m^(-3)、反应时间60 s时,催化转化率93.5%;制备的催化剂在相对湿度10%~60%范围内对CB均具有较好的去除效果。稳定性实验表明,连续测试10 h对CB的转化率略微下降。

Ti^(3+)/C/N-TiO_(2)@NGQDs纳米复合光催化剂的制备及其可见光催化性能研究

采用两步水热法制备了Ti^(3+)、C和N共掺杂TiO_(2)@氮掺杂石墨烯量子点(Ti^(3+)/C/N-TiO_(2)@NGQDs)纳米复合光催化剂,通过X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱对其进行了详细表征,且通过降解甲基橙溶液研究了其可见光催化性能。结果表明,Ti^(3+)、C和N成功地共掺杂了TiO_(2),纳米NGQDs附着在共掺杂的TiO_(2)上;Ti^(3+)/C/N-TiO_(2)@NGQDs降解甲基橙的动力学一阶速率常数分别是纯TiO_(2)、C/N-TiO_(2)和C/N-TiO_(2)@NGQDs的25.7倍、4.7倍和1.7倍,提升的可见光催化性能归因于其具有更强的可见光吸收、更快的光生电荷传输和分离效率。超氧自由基和光生空穴是Ti^(3+)/C/N-TiO_(2)@NGQDs可见光降解甲基橙过程中的主要活性物质。此外,Ti^(3+)/C/N-TiO_(2)@NGQDs具有非常高的稳定性。这种TiO_(2)基的复合光催化剂可适用于实际废水处理过程。

非金属元素S,N与Eu^(3+)共掺杂纳米TiO_2光催化剂的水热法制备及其性能研究

以硫酸钛为前驱物,采用水热法制备了TiO2、S,N/TiO2和S,N,Eu3+/TiO2复合光催化剂.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis)、荧光光谱(PL)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对不同光催化剂进行了表征.结果表明,制备得到的三种样品均为晶化程度较好的锐钛矿型TiO2纳米晶体,并且非金属元素S、N和Eu3+的共掺杂有效抑制了纳米颗粒的增长,使得TiO2纳米粉体的尺寸控制在10～20nm之间.同时共掺杂能够使UV-vis吸收光谱在一定程度上发生红移.以甲基橙溶液为探针反应,测试了样品的可见光光催化活性,发现S、N和Eu3+的共掺杂有效提高了TiO2纳米粉体的可见光光催化活性.

N和Fe^(3+)共掺杂TiO_2薄膜的制备及亲水性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了N和Fe3+共掺杂的TiO2薄膜,研究了N,Fe3+不同掺杂比例、镀膜层数、热处理温度和光照时间等对TiO2薄膜亲水性能的影响.结果表明当掺杂物N和Fe3+的摩尔比为5.9∶1、镀膜层数为3层、热处理温度为550℃时,所制备的薄膜亲水性能最佳(接触角为2°).