Ti掺杂β-Ga_2O_3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Ti掺杂β-Ga2O3系统的电子结构和光学性质。计算结果表明,Ti替代八面体的Ga(2)时系统形成能最低,容易在实验上合成;Ti掺杂在导带底附近引入了浅施主能级,极大地提高了β-Ga2O3系统的导电性。Ti掺杂时稳定体系倾向于自旋极化态,且费米面处自旋极化率接近100%。光学性质的计算结果显示,Ti掺杂β-Ga2O3是极具潜力的n型紫外透明的半导体。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

La掺杂氧空位的α-Bi_(2)O_(3)电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理的方法研究了本征α-Bi_(2)O_(3)、La掺杂、氧空位掺杂和共掺杂体系的电子结构与光学性质,以期获得性能比较优异的α-Bi_(2)O_(3)光催化材料。研究结果表明:掺杂后,体系结构变形较小,其中氧空位(V_(O))掺杂和La-V_(O)共掺杂体系的禁带宽度价带和导带同时下移且在禁带中引入杂质能级,说明掺杂可以减小电子从价带激发到导带所需能量,有利于电子的跃迁。特别是相对于氧空位单掺杂,La-V_(O)共掺杂使杂质能级向导带底靠近,这个倾向可能使该复合缺陷成为光生电子捕获中心的概率大于成为光生电子-空穴对复合中心的概率;同时,La-V_(O)共掺杂导致导带底附近的能带弯曲的曲率增大即色散关系增强,从而降低了电子的有效质量,加速电子的运动,因此,La-V_(O)共掺杂能大幅改善光生电子-空穴对的有效分离。另一方面La-V_(O)共掺杂在显著扩展可见光吸收范围的同时,还极大地增强了可见光吸收强度。因此,La-V_(O)共掺杂有效改善了α-Bi_(2)O_(3)的光催化活性。本研究为利用稀土离子掺杂改善其他光催化材料的性能提供了一个新的思路。

用第一性原理研究Ti掺杂β-Ga_2O_3的电子结构和光学性能(英文)

用GGA+U的方法研究了本征β-Ga2O3和Ti掺杂β-Ga2O3的电子结构和光学性能。晶格常数的计算值与实验值差别小于1%,本征β-Ga2O3的带隙计算值4.915eV,与实验值4.9eV一致。Ti替位Ga(1)位置和Ti替位Ga(2)位置的β-Ga2O3的价带最大值和导带最小值间隙分别为4.992eV和4.955eV,Ti掺杂引入的杂质带起到中间带作用,可以使电子从杂质带跃迁到导带和价带跃迁到杂质带。Ti掺杂β-Ga2O3中间带的存在使其成为潜在的宽光谱吸收太阳能电池材料。

可见光下Fe^(3+)掺杂对K_2La_2Ti_3O_(10)分解水制氢性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂的Fe-K2La2Ti3O10光催化剂,并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征和分析,考察了不同掺杂量对K2La2Ti3O10的性质及光催化分解水制氢活性的影响.结果表明,Fe-K2La2Ti3O10在400-650nm范围内显示强吸收,光谱响应扩展到可见光区(λ>400nm),掺杂Fe3+后,K2La2Ti3O10的可见光区的光催化制氢活性显著提高,掺杂量为nFe/nTi=0.04时活性最佳,当催化剂用量为0.1g,反应液为CH3OH(30mL)+H2O(90mL)时,产氢量达到1.92μmol·h-1,为未掺杂时的4倍.

B/Fe_2O_3共掺杂纳米TiO_2可见光下的催化性能

采用溶胶凝胶法制备B/Fe2O3共掺杂TiO2复合光催化材料,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(DRS)对粉体进行表征。结果表明:催化剂以锐钛矿存在的纳米颗粒,直观地显示了物质的形貌,掺杂B能极大提高催化剂的可见光响应。以二氯苯酚(DCP)为降解物质,在紫外和可见光下分别研究了复合催化剂的光催化活性。掺杂B能使吸收光谱红移至可见光区,而进一步掺杂Fe2O3大大提高了催化剂的活性。

Er^(3+)掺杂TiO_2空心球的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、氧化铒、硝酸等为原料,采用碳球模板法制备了Ti O2:Er3+空心球材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法,对样品的结构和形貌进行了表征。并利用紫外–可见(UV-Vis)分光光度计考察了Ti O2:Er3+空心球材料在催化染料罗丹明B、亚甲基蓝、茜素红、甲基橙的脱色降解过程中的应用性能。系统研究了Er3+掺杂浓度、不同离子型染料和染料水溶液的p H等因素对催化降解效率的影响。实验结果表明:经600℃煅烧3 h制备的Ti O2:Er3+为锐钛矿晶型,空心球结构,尺寸均匀,粒径约为120 nm,比表面积约为60.5 m2/g;Er3+掺杂量为0.5mol%的样品对甲基橙染料的催化降解效率最高;对四种不同离子型染料,茜素红的催化降解效果显著,在紫外光照射下,催化效率较未掺杂Er3+的Ti O2提高了约30%。

Yb_2O_3的掺杂方式对Ba(Ti_(1-y)Zr_y)O_3陶瓷介电性能的影响

在Ｂａ（Ｔｉ１－ｙＺｒｙ）Ｏ３中，Ｙｂ２Ｏ３的不同掺杂方式引起了材料性能的显著变化．采用 Ｂａ（Ｔｉ１－ｙＺｒｙ）Ｏ３合成后Ｙｂ２Ｏ３的适量掺杂，陶瓷介温峰明显地移动，介电常数大幅度提高， 获得了室温介电常数＞２５０００，１２５０℃左右烧成，符合Ｙ５Ｖ标准的高介材料．合成后掺杂的 Ｙｂ２Ｏ３，使材料介电常数提高，可能与施主掺杂引入的局域化电子有关．合成前掺杂Ｙｂ２Ｏ３ 的样品，介电常数较低，移峰效率偏小，可能是Ｙｂ的Ｔｉ位受主取代使施主引入的局域化电子 得到补偿的结果．

Dy_2O_3掺杂对BaTiO_3陶瓷结构与性能的影响

对水热法合成的BaTiO3粉体进行稀土氧化物Dy2O3掺杂改性,利用扫描电镜、X射线衍射及电气性能测试等手段,分析了离子取代行为和晶格参数与固溶度之间的关系,重点研究了Dy2O3掺杂量对BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸、介电性能的影响规律.结果表明,Dy2O3在陶瓷的烧结过程中可抑制晶粒生长,使晶粒尺寸变小,提高了陶瓷的致密度.当掺杂量w(Dy2O3)为0.6%时,陶瓷晶粒的晶格常数达到最大值,此时晶粒内部缺位浓度最低,常温介电常数提高到4100,在-15～100℃范围内,介电常数随温度变化率为±10%,交流击穿场强为3 2kV/mm.

Zr掺杂K2La2Ti3O10制备及光催化性能研究

以钛酸四丁酯、碳酸钾、硝酸镧、氧氯化锆为原料,采用聚合-络合法制备出了新型的Zr掺杂改性的纳米复合物K2La2Ti3-xZrxO10,通过X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、比表面(BET)以及光致发光(PL)测试对其晶体结构和光学性质进行了表征。以乙醇为电子给体,比较了Zr掺杂量对催化剂光解水活性的影响。结果表明,通过低浓度Zr的掺杂,载Pt后光催化活性得到了大大地提高。Zr掺杂量x=0.2时获得比表面为18.72m2/g的纳米颗粒具有最好的光催化活性,测得其5h内在乙醇溶液中的产氢量子效率为2.69%。

B_2O_3蒸汽掺杂的中低温烧结Y-BaTiO_3及其PTCR特性研究

通过B_2O_3蒸汽掺杂,Y-BaTiO_3陶瓷的烧结温度大幅度降低。B_2O_3蒸汽掺杂后的样品,室温电阻率下降,升阻比提高,通过对氧化硼蒸汽掺杂样品的XRD分析研究表明,硼间隙可以在钛酸钡晶格中存在,硼间隙和/或相关缺陷络合物可以形成电子捕获中心,从而提高PTCR效应。

Fe_2O_3掺杂TiO_2薄膜对甲基紫溶液光催化降解

甲基紫是一种相当稳定的有机物 ,能被 Ti O2 光催化降解 .本文采用 sol-gel工艺在玻璃表面制得了均匀透明的 Ti O2 薄膜 ,研究了热处理温度、涂覆层数、掺杂 Fe2 O3 等制备工艺 ,以及溶液 p H值和助催化剂H2 O2 等因素对 Ti O2 薄膜的光催化性能和稳定性的影响 .结果表明 ,掺 Fe2 O3 的 Ti O2 薄膜对甲基紫的降解率明显优于未掺 Fe2 O3 的 Ti O2 薄膜 .

Ag掺杂的K_2La_2Ti_3O_(10)可见光催化制氢的研究

采用高温固相法合成了具有可见光响应的Ag掺杂的K2La2Ti3O10催化剂,利用XRD、UV-VisDRS、TEM和XPS对催化剂进行了表征。考察了催化剂的可见光催化分解甲醇水溶液制氢的活性,并对可见光催化机理进行了分析。研究表明,Ag的掺杂没有改变K2La2Ti3O10的微晶结构,并使催化剂粒径有所减小。紫外-可见漫反射分析表明禁带宽度为2.8eV左右,对可见光具有较高吸收。担载2%(质量分数)Pt后,在可见光下光催化活性较K2La2Ti3O10大大提高,掺杂1%(摩尔分数)Ag的K2La2Ti3O10的产氢量为0.37mmol,而纯K2La2Ti3O10的产氢量只有0.037mmol;掺杂1%(摩尔分数)Ag的K2La2Ti3O10的产氢速率最大0.08mmol/h。

稀土La_2O_3掺杂对TiO_2光催化性能的影响

本文通过对稀土氧化镧不同掺杂量,不同锻烧温度的样品光催化活性的研究显示,适量的稀土氧化镧掺杂有利于提高TiO_2的光催化活性;而关于稀土镧提高TiO_2光催化活性的机理有异于有关报道。

原位热压合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料。借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由-γTiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体-γTiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能。

Sm掺杂Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷晶体结构及电性能的研究

采用固相反应工艺制备了Sm3+掺杂层状结构无铅Bi4-xSmxTi3O12(x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25)介电陶瓷。利用XRD、SEM等测试方法研究了Sm掺杂量、烧结温度和保温时间对Bi4-xSmxTi3O12(BST)陶瓷晶体结构及电性能的影响。结果表明:所制备的Bi4-xSmxTi3O12陶瓷均具有单一正交相结构,BST陶瓷表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构。样品的铁电性能测试表明,Sm3+施主掺杂明显降低了BIT的电导率,随着Sm3+含量的增加,Sm3+逐渐有部分取代B位,由于Sm3+取代Ti4+大大降低了氧空位的浓度,使得氧空位对电畴的钉扎作用减弱,并且材料的剩余极化Pr也相应提高。

La_2O_3,Ce_2O_3掺杂对原位合成Al_2O_3(p)/TiAl复合材料显微组织与性能的影响

借助XRD,SEM分析及力学性能测试,分析了La2O3,Ce2O3掺杂对原位合成Al2O3颗粒强化钛铝基复合材料组织与性能的影响,探讨了稀土氧化物(La2O3,Ce2O3)的细化机制。研究结果表明:掺杂稀土氧化物后产物由-γTiAl/α2-Ti3Al双相、Al2O3及Al4La或Al4Ce相组成;Al2O3颗粒分布于晶界处,使基体晶粒得以细化;引入稀土元素后材料的密度明显增强,氧化铝的团聚现象减弱。力学性能测试表明,La2O3,Ce2O3的引入,有效改善了复合材料的力学性能,尤其是掺杂Ce2O3后,材料的抗弯强度比未掺杂时提高了160%以上。

Sn、Ti掺杂改性γ-Fe_2O_3催化剂结构及NH_3-SCR脱硝活性研究

采用共沉淀-微波热解法,制备一系列Sn、Ti掺杂改性γ-Fe2O3催化剂样品（γ-Fe0.95Ti0.05Oz、γ-Fe0.95Sn0.05Oz、γ-Fe0.95Sn0.025Ti0.025Oz）,研究Sn、Ti掺杂对γ-Fe2O3催化剂SCR脱硝活性的影响,借助XRD、N2吸附-脱附、EDS及SEM等手段对催化剂晶相、孔结构、表面元素及微观形貌等进行表征分析。结果表明,Sn、Ti掺杂后以无定形态高度分散于γ-Fe2O3晶格中,与Fe形成固溶体;单一助剂Ti掺杂制得的γ-Fe0.95Ti0.05Oz最高脱硝效率达98.3%,且在250~400℃脱硝效率保持90%以上;Ti掺杂可以细化γ-Fe2O3晶粒,优化2~100 nm孔径孔隙结构,抑制α-Fe2O3的生成,促使γ-Fe2O3形成细致、均匀、独立的球状颗粒,对SCR反应有利;Sn掺杂则使催化剂出现严重烧结现象,导致2~6 nm孔径孔结构贫乏,对SCR脱硝反应不利;在Sn、Ti协同作用下,催化剂表面氧铁原子物质的量比由1.83降至1.33,表面晶格氧显著下降,一定程度上限制了SCR反应速率的提高。

掺杂Sm_2O_3对BaSrTiO_3介电陶瓷性能的影响

以碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛等为原料,Sm2O3为掺杂剂,制备了BaSrTiO3系介质陶瓷。利用SEM等仪器研究了陶瓷试样的微观形貌和介电性能。结果表明:当Sm2O3掺杂量低于0.10%摩尔分数时,Sm3+进入晶格A位;但随着Sm2O3掺杂量的增加,Sm3+越来越倾向于进入晶格B位。在Sm2O3掺杂量为摩尔分数0.10%时,BaSrTiO3陶瓷的相对介电常数达到最高值4800;随着Sm2O3掺杂量继续增加,陶瓷的介电损耗逐渐降低,最低降至0.0070。

Cr掺杂对K_2La_2Ti_3O_(10)光催化活性的影响

通过溶胶-凝胶法制备了层状钙钛矿结构的K_2La_2Ti_3O_(10)及Cr掺杂的K_2La_2Ti_3O_(10),采用X-射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对K_2La_2Ti_3O_(10)及Cr掺杂K_2La_2Ti_3O_(10)进行了表征。以I-为电子给体、分别在紫外和可见光辐射下研究了K_2La_2Ti_3O_(10)及Cr掺杂K_2La_2Ti_3O_(10)光催化分解水的产氢活性。采用第一性原理,计算了Cr掺杂对K_2La_2Ti_3O_(10)半导体能带结构和态密度的影响,从电子结构的变化揭示了掺杂引起光催化活性差异的原因。结果表明,Cr的掺入能够改善和提高K_2La_2Ti_3O_(10)的光解水的产氢活性;Cr改善和提高K_2La_2Ti_3O_(10)的光解水的产氢活性存在一个最佳的掺杂浓度;当Cr与Ti的物质量的比为0.02∶1时,紫外光催化分解水产氢速率为1500μmol·L^(-1)·h^(-1),可见光催化分解水产氢速率为83.6μmol·L^(-1)·h^(-1),分别为K2La2Ti3O10掺杂改性前产氢速率的26和5倍。