Zn^(2+)促进TiO_(2)煅烧过程晶型转变的掺杂机制研究

硫酸法钛白生产工艺中,高温煅烧是生成稳定晶型的重要阶段。锌盐处理剂的加入可以降低锐钛晶型向金红石转变的温度,然而其促进作用的内在机理目前尚不明确。以钛白工艺中间物料二洗偏钛酸为原料,硫酸锌为盐处理剂,在马弗炉里高温煅烧至600~900℃。利用XRD、HRTEM和XPS等分析手段研究了Zn^(2+)在煅烧过程中对TiO_(2)晶型转变的影响和掺杂机制。结果表明,不同的Zn^(2+)初始浓度以及煅烧温度对Zn^(2+)在TiO_(2)晶型转变的作用机制和Zn^(2+)的存在状态具有显著影响。当Zn^(2+)质量分数小于1%时,Zn^(2+)以取代模式掺入TiO_(2)晶格中,置换Ti^(4+),使晶胞参数变大并形成氧空位;且随着Zn^(2+)浓度的增加,过量的Zn^(2+)在TiO_(2)表面形成新物种ZnTiO_(3)。取代掺杂和ZnTiO_(3)通过不同的作用机理都可以降低相变温度,促进锐钛向金红石的相转变。

羧甲基化壳聚糖-Fe_3O_4纳米粒子的制备及对Zn^(2+)的吸附行为

以共沉淀法制备纳米Fe3O4通过在颗粒表面接枝羧甲基化壳聚糖(CMC),制备一种新型磁性纳米吸附剂,用透射电镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)等对其进行了表征,并考察了吸附剂对Zn2+的吸附性能．结果表明,制备的磁性纳米吸附剂平均粒径18 nm,粒子中CMC的含量约5％．该吸附剂对Zn2+吸附速率很快,在2 min内基本达到平衡,能有效去除Zn2+等温吸附数据符合Langmuir模型,饱和吸附容量为20.4 mg·g-1,吸附常数为0．0314 L·mg-1．热力学计算表明吸附为放热过程,焓变为-5．68 kJ·mol-1．

壳聚糖及Zn^(2+)模板壳聚糖膜与Zn^(2+)螯合反应的动力学及机理探讨

分别用壳聚糖及Zn2+模板壳聚糖膜与Zn2+螯合反应,在30、40、50、60、70℃测定出锌离子浓度随时间变化的数据,由dc/dt=-kcn进行拟合,以线性相关系数为判据,得到该螯合反应的积分动力学模式函数:2c=-kt。表观活化能E壳(131.96 kJ/mol)>E膜(89.92 kJ/mol),表明Zn2+模板壳聚糖膜对Zn2+具有较强的“记忆”能力。并用红外光谱(IR)光电子能谱(XPS)对壳聚糖与Zn2+的螯合机理进行了探讨。结果表明Zn2+壳聚糖螯合物的配位原子是-NH2中的N,壳聚糖分子链上的-OH没有参与配位反应。

B^(3+),Zn^(2+)掺杂与SiO_2薄膜驻极体的改性

用粉体制备和高温熔凝工艺在ｎ＜１１１＞型单晶硅基片上制备了非晶态态ＳｉＯ２－ＺｎＯ－Ｂ２Ｏ３复合膜驻极体，实现对ＳｉＯ２薄膜驻极体的改性，恒栅压电晕充电、等温表面电位衰减及热刺激放电（ｔｈｅｒｍａｌｌｇ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ， ＴＳＤ）实验表明， Ｂ~３＋、Ｚｎ~２＋的掺杂对 ＳｉＯ２薄膜驻极体的电荷动态特性有较大影响： ＴＳＤ放电电流峰稳定于 ｔ＝２３８℃处，峰位不随充电温度和充电电压变化；正、负 ＴＳＤ电流谱关于温度轴对称．用离子掺杂可以有效地改变ＳｉＯ２薄膜驻极体内的微观网络结构，影响其电荷贮存性能。

LiCoPO_4正极材料掺Zn^(2+)及全电池特性

采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成锌离子(Zn^(2+))掺杂的磷酸钴锂(LiCoPO_4)正极材料LiZn_xCo_(1-x)PO_4。XRD和SEM分析表明:少量Zn^(2+)掺杂不会明显改变晶格结构,且粒径变小、粒度更均一。充放电(3.0~5.1V)及高低温性能测试表明:Zn2+掺杂后,材料的比容量提高、循环性能改善,并有较好的高倍率及高低温放电性能。Zn^(2+)掺杂量为0.01时,首次0.1 C放电比容量为150.3 mAh/g,比纯相增加15%。1.0C、5.0C放电比容量分别为118.9mAh/g和67.1mAh/g。在40℃、0℃下的0.1C放电比容量分别为160.0mAh/g和37.8mAh/g。循环伏安及交流阻抗测试表明:少量Zn^(2+)掺杂使电荷转移阻抗减小,电化学可逆性增强。LiZn_(0.01)Co_(0.99)PO_4与Li_4Ti_5O_(12)组成的3.3 V全电池以0.1C放电,比容量可达135.3mAh/g。

香豆素衍生物荧光传感器对Zn^(2+)的识别及细胞成像

制备了基于香豆素衍生物的荧光传感器CANQ,其可选择性地识别Zn^(2+)离子。通过NMR、MS、荧光光谱等技术研究了传感器的结构及荧光性能。传感器CANQ对Zn^(2+)离子具有显著的荧光增强响应,且响应速度快、选择性高、生物相容性好,可用于MCF‑7细胞中Zn^(2+)离子的成像。

Zn^(2+)掺杂诱导Eu^(3+)激活BiOCl层状半导体的反常发光性能研究

采用固相法在500℃下成功制备Zn^(2+)掺杂BiOCl:Eu^(3+)层状半导体,并研究了Zn^(2+)(0~20mol%)掺杂对Eu^(3+)激活BiOCl层状半导体发光性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激发–发射光谱、荧光寿命衰减曲线对样品的结构和性能进行表征。研究发现,随Zn^(2+)掺杂浓度增大,BiOCl晶体结构不变,Eu^(3+)荧光寿命延长,但发光强度却出现先减后增的反常现象。综合分析表明这可能与BiOCl特殊的层状结构有关。通过XRD和XPS的表征可以推断:当Zn^(2+)掺杂浓度≤10mol%,Zn^(2+)在BiOCl中掺杂方式以晶胞层间隙掺杂为主;当Zn^(2+)掺杂浓度>10mol%后,掺杂方式逐渐向取代掺杂转变。两种掺杂机制对Eu^(3+)荧光寿命的改变以及形成缺陷对基质能量传递效率的影响可能是形成上述反常现象的主要原因。研究结果有助于认识稀土掺杂层状半导体的发光性能及影响规律,并对Eu^(3+)掺杂BiOCl这类新型发光材料的开发设计具有指导意义。

Zn^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al构建及其吸附氟离子的性能

以硝酸锌、硝酸铝为原料,尿素为沉淀剂,采用均相沉淀技术,在铝基体表面原位生长Zn^(2+)-Al^(3+)-LDHs薄膜。采用XRD、FT-IR、SEM和EDS等对铝片表面构建的Zn^(2+)-Al^(3+)-LDHs的成分和结构进行分析表征,研究表明,Zn^(2+)-Al^(3+)-LDHs膜均匀生长在铝基体表面,具有典型的LDHs材料的层状结构。研究了Zn^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al在不同焙烧温度条件下吸附氟离子的性能,研究表明,Zn^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al对氟离子的吸附量随着焙烧温度的升高,吸附量逐渐增大,焙烧温度为300℃时吸附量达到最大,氟离子吸附量为0.0156 mg·cm^(-2),氟去除率约98.2%。

Zn^(2+)诱导棱柱状四氧化三钴的制备及在葡萄糖传感器中的应用

以硝酸钴、硝酸锌、尿素、氟化铵为原料,泡沫镍为基体,在水热法的基础上,利用两性金属的特点,通过引入Zn^(2+)离子,并结合碱洗过程,在泡沫镍基体表面合成了高纯度独特的棱柱状Co_(3)O_(4)纳米团簇纤维。制备的Co_(3)O_(4)/Ni电极的形貌及成分通过扫描电子显微镜与X射线衍射进行了表征,电极的电化学性能利用循环伏安法与计时电流法测试,测试均在1mol/L KOH溶液中进行。结果表明:利用Zn^(2+)诱导在泡沫镍表面制备的Co_(3)O_(4)呈现一种棱柱状纳米团簇纤维结构。这种结构的Co_(3)O_(4)纳米材料具有高的比表面积,在对葡萄糖检测过程中表现出优越的电化学性能,当其作为电极,表现出检测灵敏度高[23430μA/(mmol/L·cm^(2))],检出限低(1.547μmol/L)和线性检测范围宽(0~2.75mmol/L)的特点。抗干扰实验在+0.5Vvs.SCE进行,结果显示制备的Co_(3)O_(4)/Ni电极对葡萄糖具有优异的选择性。因此可应用于无酶葡萄糖传感器的电极材料来改善现有无酶葡萄糖传感器材料响应范围小,灵敏度低等问题。

电气石超细粉体对废水中Zn^(2+)离子吸附的研究

根据国内外学者对电气石在环境保护方面的研究和应用 ,本研究中选用内蒙古赤峰地区天然电气石为原料 ,加工成电气石超细粉体 ,用于对Zn2 + 离子的吸附试验 ,分析总结了电气石对重金属的吸附机理。以期能为电气石在环境保护领域的应用开辟新的途径。

剩余污泥吸附剂对水中Zn^(2+)离子的吸附

采用城市污水处理厂的剩余污泥制备吸附剂,通过静态吸附试验,测定其对水中Zn^(2+)的吸附能力。研究了溶液pH值、溶液中Zn^(2+)浓度、污泥投加量、吸附温度和时间对Zn^(2+)吸附的影响。结果表明,在溶液pH值为6~7,Zn^(2+)质量浓度为20.00 mg/L,污泥投加量为2.0g/L的条件下,吸附剂对Zn^(2+)的吸附作用最佳,且一定范围内(10~50℃)的温度变化对其影响不大,吸附作用平衡时间为4h。吸附热力学数据表明,污泥对Zn^(2+)的吸附符合Freundlich吸附等温方程;在此条件下,吸附剂对废水中Zn^(2+)的吸附量最大达到33.29 mg/g。

PAN基弱碱性离子交换纤维对Zn^2+吸附性能研究

以腈纶(PAN,polyacylonitrile)为基体制备PAN基弱碱性离子交换纤维,并对其进行表征;探讨溶液pH、反应温度、吸附时间、溶液初始浓度对其吸附Zn^2+性能的影响,考察盐酸浓度、体积对其再生效果的影响及其重复利用性能。结果表明:在pH为2~6,随着pH的增大改性纤维的吸附性能越好;在303 K时,反应60 min吸附达到动态平衡,最大饱和吸附量为155.33 mg/g,温度对其吸附性能影响不大;5 mL 1.2 mol/L的盐酸溶液对其再生效果最好,具有良好的化学稳定性;吸附Zn^2+的过程符合Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附。

基于Zn^(2+)高灵敏检测的多肽荧光化学传感器的合成及荧光性质研究

锌离子在维持人体正常生命活动过程中发挥着重要作用,设计并合成高灵敏度检测Zn^(2+)的多肽荧光化学传感器对于准确了解锌离子的生理学作用至关重要。基于荧光共振能量转移效应(FRET),利用多肽固相合成技术合成了多肽荧光化学传感器L(Dansyl-His-His-Tyr-Pro-Gly-Tyr-His-His-Trp-Gly-NH2)。在HEPES缓冲溶液(10-2mol/L,pH=7.4)中实现了对Zn^(2+)的高灵敏比率型荧光检测,并进行了传感器L荧光性质研究。

重金属离子Zn^(2+)和Cu^(2+)胁迫对白三叶种子萌发及幼苗生长的影响

采用不同浓度的Zn^(2+)、Cu^(2+)溶液处理白三叶种子,研究Zn^(2+)、Cu^(2+)对白三叶种子萌发及幼苗生长的影响,旨在为白三叶在Zn^(2+)、Cu^(2+)污染土壤中的种植适宜性提供参考。结果表明,当Zn^(2+)浓度达到125 mg/L、Cu^(2+)浓度为60 mg/L及以上时,白三叶种子的发芽率、发芽势均受到显著抑制,对发芽指数无明显影响,但却显著影响种子的活力指数,并显著抑制了幼苗胚根、胚芽以及生物量的增加,且浓度越高抑制作用越明显,对胚根的抑制作用明显强于胚芽;白三叶种子萌发和幼苗生长对Zn^(2+)的耐受力大于Cu^(2+),不适宜在Zn^(2+)浓度达125 mg/L及以上的土壤中种植,而Cu^(2+)污染的限制浓度为60 mg/L、且250 mg/L可认为是白三叶幼苗的致死剂量。

水杨醛席夫碱Zn^(2+)荧光探针的合成及性能研究

设计合成了三种新型的席夫碱Zn^(2+) 荧光探针,5-氯水杨醛缩叔丁胺( L1 )、5-溴水杨醛缩叔丁胺( L2 )和5-硝基水杨醛缩叔丁胺( L3 ),结构均由^(1)H NMR、^(13)C NMR、IR和HRMS进行了表征。荧光光谱分析实验结果表明,相比于探针 L2和L3 ,探针 L1 对Zn^(2+) 具有更好的选择性和灵敏度,检出限为66 nmol·L^(-1) ,远低于国标GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定的饮水中Zn^(2+) 含量的限量值。在0~10 μmol·L^(-1) 浓度的范围内,探针 L1 的荧光强度与Zn^(2+) 浓度可呈现良好的线性关系。同时,Job曲线证实探针 L1 与Zn^(2+) 以摩尔比2∶1络合,并通过核磁滴定、红外光谱实验和单晶结构进一步确定了 L1 与Zn^(2+) 络合机理。在活体生物Zn^(2+) 检测中,探针 L1 具有良好的生物相容性,表明其在水体及水体生物Zn^(2+) 检测中具有潜在的应用前景。

片层纤维V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O干凝胶提升水系锌离子电池循环性能

水系锌离子电池凭借低成本和环境友好的特点具有极大的发展和应用前景.具有高比表面、分层、或快速离子导体结构的钒基材料是锌离子电池最具有前景的正极材料之一.如何改善钒基材料的长循环性能是亟待解决的问题之一.本文采用溶胶凝胶法并冷冻干燥成功制备了V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O干凝胶,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其物相和形貌进行了表征,发现制备的材料为V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O,结晶相良好,且成片状纤维大孔结构.电化学测试表明,在0.1 A·g^(–1)电流密度下,首次放电比容量为388.4 mA·h·g^(–1),循环1000次后容量仍保持为129.7 mA·h·g^(–1),具有良好的长循环稳定性.在0.1、0.2、0.5、1、2和3 A·g^(-1)电流密度下,纤维状V2O5干凝胶表现出良好的倍率性能,放电比容量分别为388.4、338.5、282.9、239.1、194.4和165.9 mA·h·g^(–1),远高于商业化V2O5 (279.5、251.0、205.5、174.5、144.6和125.1 mA·h·g^(–1)).良好的电化学性能主要归功于结合水的支撑作用增大了层间距,在循环过程中材料具有良好的结构稳定性,避免了放电容量衰减;同时纤维片状结构缩短了锌离子的迁移路径.对充放电机理研究发现,在锌离子的嵌入脱出过程中伴随有碱式硫酸锌的生成与消失,且该过程可逆.

废旧锂离子电池回收制备MnO_(2)及其储锌性能

随着锂离子电池产业的快速发展,退役锂离子电池的回收利用问题已成为工业和学术界关注的热点。前人对废旧锂离子电池中有价值资源的回收做了大量研究,但将回收的锂离子电池材料直接转化为新型储能体系电极材料的研究鲜有报道。为实现退役电池的资源化再利用,可通过简单的H_(2)SO_(4)浸渍法,将废旧锂离子电池中锰酸锂(LiMn_(2)O_(4))材料转化为MnO_(2),并用做水系锌离子电池正极材料。通过XRD、XPS、BET、SEM、CV、TEM、EIS以及电化学性能测试等表征方法,探究酸浸渍条件如温度、时间等对所制备MnO_(2)形貌、结构和电化学性能的影响规律。结果表明:LiMn2O4材料经酸浸渍会发生歧化反应,使Li^(+)和部分Mn^(2+)从晶格中溶出,而浸渍温度对离子的溶出速度有显著影响。室温下,LiMn_(2)O_(4)晶格中离子的溶出速度较慢,可获得与其晶体结构相近的λ-MnO_(2)材料;而水热条件下,高反应温度会加剧晶格中原子的振动,加快离子溶出速度,形成晶体结构更紧密且热力学更稳定的γ-MnO_(2)和β-MnO_(2)。电化学性能测试结果显示,具有纳米棒状形貌和较大比表面积的γ-MnO_(2)材料,表现出较高的放电比容量和最优的循环稳定性,在0.3和3.0 A/g电流密度下,其放电比容量分别为273.3和127.2 mAh/g。在3.0 A/g电流密度下,γ-MnO_(2)材料经200、500和1 000圈循环后,其容量保持率高达77.1%、65.7%和43.9%。此外,通过ex-XRD表征研究发现,该Zn//MnO2电池的电化学储能机理遵循H^(+)/Zn^(2+)共插入/脱出机制。

Sr_(1-x)Zn_xY_2S_4∶Er^(3+),Eu^(2+)荧光粉的合成与发光特性的研究

采用碳酸盐前躯体高温分解法合成了Sr1-xZnxY2S4∶Er3+,Sr1-xZnxY2S4∶Eu2+和Sr1-xZnxY2S4∶Er3+,Eu2+红色荧光粉。XRD图谱表明,Zn2+掺杂量x<0.2 mol时,粉末样品为CaFe2O4型正交晶体。Zn2+离子在Sr1-xZnxY2S4∶Er3+,Eu2+中的固溶量(xmol)对荧光粉的发射强度影响很大。随着Zn2+离子掺杂浓度的增加,Sr1-xZnxY2S4∶Er3+,Eu2+(SZYSEE)紫外区激发峰(200~413 nm)发生红移,并与可见光激发带(413~600 nm)形成一个连续的宽带谱,与紫外和GaN基LED芯片辐射都有良好的匹配性。当Zn2+掺杂量为0.1 mol时,SZYSEE的发光强度达到最大,其发光强度比未掺Zn2+的增强10.7倍。Sr0.9Zn0.1Y1.76S4∶0.24Er3+,0.006Eu2+是一种潜在的白光LED用红色荧光粉。

Zn/MnO_2固态电池

利用Zn-蒙脱石作为固体电解质,组装成Zn/Zn-蒙脱石/MnO_2固态电池。研究了不同温度处理的电解MnO_2对电池性能的影响,发现以γ和β相共存的MnO_2具有较高的放电容量。电池的极化性能研究表明电解质的电阻所引起的欧姆极化是电池极化的主要因素。本文还初步探讨了离子在蒙脱石中的迁移机制对电池性能的影响,提出水合离子迁移的概念。

ZPS-02膦基磺酸共聚物的阻垢分散性能研究

用静态阻垢方法研究了ＺＰＳ－０２膦基磺酸共聚物的阻垢分散性能。研究结果表明，ＺＰＳ－０２在抑制碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢，稳定锌和分散氧化铁沉积等方面性能均优于ＨＥＤＰ。