Zn_(3)(As_(1-x)P_(x))_(2)纳米结构制备及光谱特性研究

Zn_(3)As_(2)与Zn_(3)P_(2)具有相同的伪立方晶格结构,它们具有较高的电子迁移率、较窄的直接带隙和良好的空气稳定性,在光电器件领域呈现出广泛的应用前景。目前关于Zn_(3)As2-Zn_(3)P_(2)固溶体纳米结构的研究相对较少,采用高气压烧结技术得到Zn_(3)(As_(1-x)P_(x))_(2)(x=0、0.05、0.1)母合金,再利用化学气相沉积方法合成出多种形态的Zn_(3)(As_(1-x)P_(x))_(2)纳米结构,包括宏观尺寸的纳米带(长度3~10 mm;宽度1~4 mm;厚度约20μm)、纳米帆、纳米棒及纳米银簪等。系统的研究了P掺杂对相组成、元素含量、微结构以及光谱特性的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,Zn_(3)(As_(1-x)P_(x))_(2)宏观纳米带样品的主相为α′相,随着P掺杂含量的增加,(224)衍射峰向右发生偏移,表明晶格常数减小。电子能谱分析显示P理论值(光致发光光谱)掺杂含量值x=0.05和x=0.1的Zn_(3)(As_(1-x)P_(x))_(2)母合金纳米带中P的实际含量分别为x=0.026及x=0.062。微结构分析表明,Zn_(3)As_(2)宏观纳米带的生长模式为沿〈221〉晶面菱形层状生长,P掺杂使纳米带的宏观尺寸减小,生长模式由菱形层状生长转变为纳米颗粒堆积层状生长。纳米带样品的拉曼光谱在79、97、198、320、428和1107 cm^(-1)出现特征峰,P掺杂导致拉曼光谱中1107 cm^(-1)特征峰发生蓝移,傅里叶红外光谱(FTIR)中1101和1599 cm^(-1)特征峰与PL谱中的300、422和635 nm特征峰也发生蓝移。Zn_(3)As_(2)与Zn_(3)(As_(0.974)P_(0.026))_(2)纳米带光电流与电压的线性关系良好,存在较好的欧姆特性,P掺杂后的Zn_(3)(As_(0.974)P_(0.026))2纳米带在900 nm条件下的光响应最为敏感。

固态电解质Li_(1+x)Al_(x)Ti_(2-x)(PO_(4))_(3)中Li+的迁移特性

Li_(1+x)Al_(x)Ti_(2-x)(PO_(4))_(3)(LATP)是一种颇具前景的NASICON型锂离子固态电解质.本文通过第一性原理计算研究了不同Al掺杂浓度(x=0.00,0.16,0.33,0.50)对LATP的结构特性、电学特性以及Li^(+)迁移特性的影响.结果表明,Al能够稳定掺杂进入LiTi2(PO4)3(LTP)的晶体结构当中.当Al掺杂浓度x=0.16时,Li—O键的平均键长最长,成键强度最弱,而Ti—O键强度随Al掺杂浓度变化不大.Al掺杂浓度对LATP带隙的影响不大,但Al附近的O原子聚集了更多的负电荷,形成AlO6极化中心.Li^(+)不同的迁移方式(空位迁移、间隙位迁移和协同迁移)在Al掺杂浓度不同时展现出复杂的能垒变化,Li^(+)在空位迁移中迁移势垒随Al掺杂浓度的增大而升高,而在间隙位迁移中Li^(+)的迁移势垒变化相反,由于协同迁移中涉及空位和间隙位两种位点,Li^(+)的迁移势垒表现为随Al掺杂浓度的升高先降低后升高的复杂变化.当x=0.50时,LATP具有最低的Li^(+)迁移势垒0.342 eV,这个势垒值是间隙位迁移的结果.因此,通过改变Al掺杂浓度,可改变间隙Li^(+)浓度及迁移通道结构,进而调节Li^(+)的迁移性能,提高LATP中的Li^(+)导电性能.

PEG-2000添加量对Pr_(x)Zr_(1-x)O_(2-δ)催化氧化NO活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Pr_(x)Zr_(1-x)O_(2-δ)催化剂,并用于NO催化氧化。以聚乙二醇-2000(PEG-2000)为模板剂对催化剂进行改性,研究了不同模板剂添加质量分数对NO催化氧化活性的影响。结果表明,催化剂活性随PEG-2000添加质量分数的增加而降低;在300℃、PEG-2000添加质量分数为2%时,Pr_(x)Zr_(1-x)O_(2-δ)的催化活性最高,NO转化率达到了94.81%。利用XRD、SEM、N2吸附-脱附、XPS及FT-IR对催化剂进行表征,结果表明,模板剂添加质量分数的变化不会改变催化剂Pr_(2)Zr_(2)O_(7)晶型;催化剂为介孔结构,质量分数为2%时的比表面积和孔容最大,有利于催化氧化NO。此外,模板剂质量分数的增加会增强催化剂的亲水性。

具有Ruddlesden-Popper结构的杂化非本征铁电体(Ca_(1-x)Sm_(x))_(3)Ti_(2)O_(7)陶瓷的制备及其物理性能

为探究稀土离子掺杂对Ca_(3)Ti_(2)O_(7)物理性能的调控,采用固相反应法制备了Sm^(3+)掺杂的(Ca_(1-x)Sm_(x))_(3)Ti_(2)O_(7)(x=0,0.02,0.04)陶瓷样品,通过XRD、XPS、紫外-可见光吸收光谱以及第一性原理计算等方法对样品的晶体结构、光学性能、电学性能和磁学性能进行分析.结果表明:随着Sm^(3+)含量的增加,(Ca_(1-x)Sm_(x))_(3)Ti_(2)O_(7)的晶胞参数逐渐增大.Sm^(3+)掺杂导致氧空位减少,因此样品的漏电流随着Sm^(3+)掺杂量的增加而减小.同时,随着Sm^(3+)掺杂量的增加,样品的光学带隙呈现增大趋势.此外,第一性原理研究表明,Sm^(3+)掺杂可在体系中诱导出磁性能,进一步丰富了该材料的物理性能.

Ag/LaNi_(x)Co_(1-x)O_(3)触点材料的制备及电接触性能研究

本文运用溶胶-凝胶燃烧法合成了双钙钛矿型LaNi_(x)Co_(1-x)O_(3)(LNCO)纳米材料,利用粉末冶金和热挤压技术制备了相应的Ag/LNCO触点材料及元件样品。重点考察了不同Ni、Co含量对Ag/LNCO触点材料微观结构、物相组成、物理性能、力学性能及电寿命服役能力的影响,对其电弧侵蚀失效行为进行了研究,并与SnO2粉体增强Ag基触点材料进行对比。结果表明:溶胶凝胶法合成的LNCO纳米颗粒粒径为20-30 nm,经粉末冶金工艺制备的Ag/LaNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3)触点材料电学性能和电寿命都优于Ag/SnO_(2)触点材料,其电阻率低至2.10μΩ∙cm,电寿命性能达到51287次。表明Ag/LaNi_(0.5)Co_(0.5)O_(3)触点材料性能较佳,是一种可以取代Ag/CdO的新型触点材料。

热电池用Co_(x)Fe_(y)Ni_(1-x-y)S_(2)正极材料的性能研究

采用高温固相法合成了Co_(x)Fe_(y)Ni_(1-x-y)S_(2)正极材料,并研究了掺杂金属比例对其性能的影响。测试结果表明,制备的Co_(x)Fe_(y)Ni_(1-x-y)S_(2)为单一的固溶体材料,微观形貌为多面体颗粒,材料的热分解温度在640℃以上,且随着x的增大和y值的减小而增大。当x=0.5,y=0.3时,Co_(x)Fe_(y)Ni_(1-x-y)S_(2)具有最佳的电性能,工作时间可达2774 s,比容量为1733.8 As/g,工作初期内阻低于15 mΩ。

拓扑绝缘体(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜制备及其电输运性能研究

文章利用分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)法,在超高真空的条件下,于蓝宝石衬底上制备超薄的高质量拓扑绝缘体(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜。利用反射高能电子衍射(reflection high-energy electron diffraction, RHEED)仪、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪、显微共焦激光拉曼光谱仪(micro confocal laser Raman spectrometer)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)仪对不同Sb掺杂量的样品进行表征,并获得最佳的制备参数。研究结果表明:衬底温度为460℃时Bi和Te的流量比为1∶16左右;在Sb温度为350、360、370、380℃时,可以制得高质量的(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜。利用霍尔效应测量系统测量样品的电阻率、霍尔系数、迁移率和载流子浓度;测量结果表明,(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜的载流子浓度和主要载流子类型随x的变化而发生相应的变化,并伴随着费米能级位置的调谐,随着x的增加,在x=0.53到x=0.68的掺杂过程中,费米能级从导带下移到带隙,最终进入价带,多数载流子类型也从自由电子转变成空穴,(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)实现了从n型到p型的转化。

室温脉冲激光原位沉积技术制备Cu_(2)(Zn_(1-x)Fe_(x))SnS_(4)/Bi_(2)S_(3)异质结及其光电性能

采用具有磁性的Fe取代Cu_(2)ZnSnS_(4)(CZTS)中Zn组分,制备Cu_(2)(Zn_(1-x)Fe_(x))SnS_(4)(CZFTS)薄膜。将电子传输层Bi_(2)S_(3)与CZFTS耦合,采用室温脉冲激光沉积技术(RT-PLD)制备了CZFTS/Bi_(2)S_(3)异质结构。研究了Fe掺杂对于CZFTS薄膜形貌、结晶度和吸光度的影响。测试了单层薄膜和异质结构的光电响应特性,实验表明与单层CZFTS薄膜相比,CZFTS/Bi_(2)S_(3)异质结在可见光区域内的光电响应速度至少提高了一个数量级,响应时间缩短至几十ms。

高温扩散工艺制备带隙可调的β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜

β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)因其优异的抗击穿及带隙可调节性在现代功率器件及深紫外光电探测等领域展现出巨大的应用前景,然而传统直接生长工艺的复杂性和难度限制了其进一步的发展。因此,本文采用较为简单的高温扩散工艺在c面蓝宝石衬底上成功制备了β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)纳米薄膜。利用X射线衍射、原子力显微镜、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计对其进行了表征。由于高温下蓝宝石衬底中的Al原子向Ga_(2)O_(3)层扩散,β-Ga_(2)O_(3)薄膜将转变为Al、Ga原子比例不同的β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜。实验结果显示:当退火温度从1 010℃增加到1 250℃时,薄膜中Al的平均含量从0.033增加到0.371;当退火温度从950℃增加到1 250℃时,薄膜的厚度从186 nm增加到297 nm,粗糙度从2.31 nm增加到15.10 nm;当退火温度从950℃增加到1 190℃时,薄膜的带隙从4.79 eV增加至5.96 eV。结果表明高温扩散工艺能够有效调节β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜的光学带隙,为β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)基新型光电子器件提供了实验基础。

Pr/Zr原子比对Pr_(x)Zr_(1−x)O_(2−δ)催化氧化脱硝活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同Pr/Zr原子比的Pr_(x)Zr_(1−x)O_(2−δ)催化剂用于催化氧化脱硝。结果表明,催化氧化脱硝效率随Pr原子比的增加而先提高后降低;当Pr/Zr原子比为5∶5时,在250°C下,最佳脱硝活性可达94.62%。采用SEM、N_(2)吸附-脱附、XRD、XPS、H_(2)-TPR和FT-IR对催化剂进行了表征。结果表明,活性最好的催化剂(Pr_(0.5)Zr_(0.5)O_(2−δ))具有“层状”形貌,表面孔隙多,比表面积大,孔体积分别为77.74 m^(2)/g和0.66 cm^(3)/g。此外,随着Pr原子的增加,晶相从c-ZrO_(2)转变为Pr_(2)Zr_(2)O_(7)。XPS和H_(2)-TPR结果表明,表面化学吸附氧和表面Pr^(4+)氧化物增加,Pr原子比的上升有利于产生氧空位(Vӧ),有利于提高催化氧化脱硝效率。FT-IR表征结果表明,Pr_(0.5)Zr_(0.5)O_(2−δ)固溶体具有较高的NO选择性,有利于NO的催化氧化。抗SO_(2)和H_(2)O毒性实验表明,5∶5的Pr/Zr原子比的催化剂具有更好的抗毒性。此外,利用IC分析吸收产物,结果表明,吸收液中的主要产物是NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-)。

微波焙烧对纳米Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)固溶体微观结构及其NH_(3)-SCR催化性能的影响

采用微波加热将通过水热法合成的Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)(0<x≤1)固溶体前驱体在500℃进行焙烧2 h,最终得到不同配比的纳米Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)固溶体粉末状样品.研究不同配比的Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)的结构和微观形貌对其NH_(3)-SCR催化性能的影响.结果表明,利用微波炉合成的Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)固体粉末中,当CeO_(2)中掺入Zr元素形成Ce_(0.4)Zr_(0.6)O_(2)固溶体之后,Ce_(0.4)Zr_(0.6)O_(2)比表面积比CeO_(2)增加了1倍,NH_(3)-SCR最高脱硝活性也由42.4%增加到90.0%.当n Ce∶n Zr=4∶6时,其微观形貌最好,颗粒的分散度较高,同时,其NH_(3)-SCR脱硝活性达到Ce_(x)Zr_(1-x)O_(2)中的最大值90.0%.

CO_(2)/N_(2)在HP-MOF-74(Zn_(x)Ni_(1-x))上的吸附性能探究

以SDBS为模板剂,采用水热合成法制备了不同比例的双金属HP-MOF-74(Zn_(x)Ni_(1-x))材料,利用XRD、FT-IR、SEM等对其物化性能进行了研究;以烟道气CO_(2)和N_(2)为吸附质,使用静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP-MOF-74(Zn_(x)Ni_(1-x))材料上CO_(2)和N_(2)的等温线;根据理想吸附溶液理论(IAST)估算了CO_(2)/N_(2)二元混合物的吸附选择性;此外,使用克-克方程计算了等量吸附热(QST)。

固体氧化物燃料电池Sr_(2)Fe_(1+x)Mo_(1-x)O_(6-δ)双钙钛矿阳极的改性研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是下一代能源系统的重要组成部分,拥有比传统发电方式更高的能量转换效率、燃料选择范围广、无需贵金属催化剂,环境友好。阳极作为SOFC中燃料氧化的电化学反应场所,其材料选择对电池性能的影响较大。截至目前,阳极材料的研究已经从最开始的金属基陶瓷材料发展到氧化物型材料。其中双钙钛矿作为钙钛矿材料的衍生物更是成为了目前的主流选择。Sr_(2)Fe_(1+x)Mo_(1-x)O_(6-δ)(SFMO)因为优异的电导率、抗积碳和耐硫性得到广泛关注,但将其用于商业化还有一些问题亟待解决,为进一步提升SFMO阳极的催化活性和稳定性,研究人员将目光放在了材料的改性上。概述了通过不同改性方法来提升SFMO阳极性能的研究进展,分别从掺杂(A,B掺杂和A/B共掺),A位缺位和表面修饰三个方面进行阐述,从物相、结构和电化学性能方面对阳极进行比较,分析了各改性方法对电化学性能,长期稳定性和氢裂解、氧化反应能力的影响。

退火时间及后退火对Cu_(2)(Cd x Zn_(1-x))SnS_(4)CdS薄膜太阳电池性能影响的研究

Cu_(2)ZnSnS_(4)薄膜因其元素地壳含量丰富、无毒且具有优异的光电性能,受到研究者的广泛关注。本文基于纳米墨水法用Cd部分取代Zn制成了Cu_(2)(Cd x Zn_(1-x))SnS_(4)(CCZTS)薄膜,研究退火时间和后退火温度对薄膜及其太阳电池性能的影响。研究结果表明,所制备的薄膜为CCZTS相,无其他杂相,薄膜表面平整且致密,结晶性较好。随着退火时间增加,薄膜的晶粒尺寸有所增大,薄膜太阳电池的pn结质量得到提升,其性能也随之提高。通过对薄膜太阳电池进行后退火处理,分析了吸收层的元素扩散对电池性能的影响,在Cd元素形成梯度分布时,电池性能有所提高。随着后退火温度的增加,其电池性能和pn结质量呈现先提高后下降的趋势。经后退火300℃处理后,电池转换效率最佳,为3.13%。

LiNi_xCo_(1-x)O_2合成条件对其结构与性能的影响

研究了在空气下固相合成LiNixCo1-xO2 的工艺及反应预处理方式、不同锂源、温度、时间和配比等因素对产品结构与性能的影响 .结果表明 :采用LiOH为锂源、采取混合研磨后压块以及烘干Ni(OH ) 2 、Co(OH) 2 后加入氢氧化锂的预处理方式更有利于合成反应的进行 ;在 6 0 0℃预烧一段时间的条件下 ,75 0℃恒温合成的产物比 6 5 0℃、85 0℃保温合成的产物层状结构更明显 ,首次充电容量更高 ;在一定范围内 ,随合成时间的增长 ,产物的衍射峰强度增大 ,结构更完整 ,电性能更好 ;按镍钴的不同配比 ,均能合成结构良好的LiNixCo1-xO2 ,而配比为n(Li) :n (Ni) :n (Co) =1.15∶ 0 .3∶ 0 .7时合成的产物初始容量较高 ,达到15 6 .146mAh/g .

锂离子电池用活性正极材料LiCo_(1-x)Ni_xO_2

用热重分析方法并配合中间产物及最终产物的物相鉴定，研究了ＬｉＣｏ１－ｘＮｉｘＯ２合成过程的机理及产物的结构和性能。碳酸锂和钴、镍的碱式碳酸盐，在共混后热合成ＬｉＣｏ１－ｘＮｉｘＯ２的过程分两步进行，第一步为碱式碳酸镍（钴）盐的热分解（＜３００℃），第二步（＞３００℃）包括碳酸锂的分解和ＬｉＣｏ１－ｘＮｉｘＯ２的合成。温度升高，合成产物中锂含量增加，晶格参数增大，生成物为具有单相结构的ＬｉＣｏＯ２和ＬｉＮｉＯ２固溶体。随着ＬｉＣｏ１－ｘＮｉｘＯ２中ｘ值的增加，晶格参数增大。合成过程中碳酸盐分解产生的ＣＯ对Ｃｏ＋＋、Ｎｉ＋＋氧化成Ｃｏ＋＋＋、Ｎｉ＋＋＋产生影响，因此合成的气氛和原料对产物有明显的影响。通过合成条件的优化得到的ＬｉＣｏ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２和ＬｉＮｉＯ２放电量均可达到ＬｉＣｏＯ２的水平。

Ce_(1-x)Eu_xO_(2-δ)(x=0.05～0.50)固溶体的溶胶-凝胶法合成与性质研究

利用溶胶 -凝胶方法合成了固溶体Ce1 -xEuxO2 -δ,通过XRD ,Raman ,XPS和交流阻抗谱系统研究了固溶体Ce1 -x EuxO2 -δ的结构 ,确定了稀土离子价态及掺杂对CeO2 基电解质电性能的影响 .XPS分析表明固溶体Ce1 -xEuxO2 -δ中 ,Eu离子价态为 +3价 ,Ce离子主要以Ce4+ 离子形式存在 ,阻抗谱测试表明低价离子掺杂使固溶体Ce1 -xEuxO2 -δ的导电率得到很大提高 ,导电率x =0 .2时达到最大值σ60 0℃ =2 .87× 10 -3 S·cm-1 .导电活化能为Ea=0 .72eV .

Ce_(1-x)Ca_xO_(2-x)的溶胶-凝胶法的合成及其性质

用溶胶 -凝胶法合成了 Ce1-x Cax O2 -x(x=0～ 0 .3 5 )系列固体电解质 ,系统地研究了其晶体结构随Ca O含量的变化关系 .XRD测试表明 ,该体系于 1 60℃即形成萤石结构纯相 .高温 XRD表明 ,从室温至80 0℃ ,Ce1-x Cax O2 -x(x=0～ 0 .3 5 )未出现结构相变 .此法合成温度远低于传统的高温固相合成法和水热合成法的温度 .合成物的颗粒小 ,粒度均匀 .在 1 3 0 0℃即可烧结成高致密度样品 .XPS测试表明 ,掺杂 Ca O后吸附氧浓度明显增大 ,氧空位增多 ,电导率和氧离子迁移数增大 ,改善了 Ce O2 基固体电解质的性能 .

Nd_2(Mn_(1-x),Al_x)_(17)化合物的结构性质

对电弧炉熔炼的Nd2 (Mn1 -x,Alx) 1 7(x =1～ 10 )化合物进行了X射线衍射研究。结果表明 ,Nd2 (Mn1 -x,Alx) 1 7(x =1～ 10 )化合物具有Th2 Zn1 7型结构 ,随着Al替代量的增加 ,Nd2 (Mn1 -x,Alx) 1 7(x =1～ 10 )化合物的晶格常数a ,c及单胞体积V都增加。对样品的时效研究表明 ,Nd2 (Mn1 -x,Alx) 1 7(x =1～ 10 )化合物在自然环境中十分稳定 ,这表明Al比C更能使富锰的 2∶17相 (Th2 Zn1 7)稳定。

不同Mn源对Li_(1+x)Mn_(2-x)O_4尖晶石正极材料的电化学性能的影响

以 Li2 CO3为 Mn源 ,采用醇水混合溶剂分散与中温固相反应法考察了 Mn(NO3) 2 · 6H2 O,Mn(Me CO2 ) 2· 4 H2 O,Mn CO3,化学 Mn O2 (CMD)和电解 Mn O2 (EMD)等不同 Mn前驱物对制备 Li1 + x Mn2 - x O4尖晶石正极材料的电化学性能的影响 ,并采用 XRD,BET,TEM等手段对材料进行了表征。结果表明 ,由不同 Mn前驱物制备的正极材料均呈尖晶石结构 ,其容量大小和循环性能 (依 Mn源为顺序 )为 EMD>Mn(NO3) 2 · 6H2 O>Mn CO3>Mn(Me CO2 ) 2 · 4 H2 O>CMD。材料呈立方晶体 ,比表面积 (依 Mn源为顺序 )为 CMD>Mn CO3>Mn(NO3) 2 · 6H2 O>Mn(Me CO2 ) 2 · 4 H2 O>EMD,正好与容量及稳定性顺序相反。采用本文的制备方法时 ,EMD和 Mn(NO3) 2 · 6H2 O都是较好的 Mn前驱物 ,Mn(Me CO2 ) 2 · 4 H2 O和 Mn CO3也可以做 Mn源 ,但焙烧时需要富氧气氛 ,CMD不适宜作