双向有序Ti3C2Tx/rGO复合气凝胶的制备及其电化学性能的研究

近年来,二维材料MXene因其优异的电化学性能引起了人们的关注,被广泛应用于电化学储能领域。然而,在组装电极过程中,MXene纳米片往往会产生严重的自堆积效应从而大幅限制了其电化学性能。设计三维结构的气凝胶是解决MXene自堆积问题同时开发高性能MXene基超级电容器电极材料的关键。本文利用氧化石墨烯(GO)改善了Ti₃C₂T_x气凝胶的力学强度,并通过双向冷铸和冷冻干燥、温和还原的方法制备了具有双向有序结构的Ti₃C₂T_x/rGO复合气凝胶(A-TGA)。A-TGA具有较好的力学性能和导电性,因此可直接作为超级电容器的电极材料。同时,双向有序的独特结构为电解质离子提供了无阻碍的传输通道,大幅提升了气凝胶的电化学性能。A-TGA在电流密度为1 A·g^-1时的比电容为370 F·g^-1,在100 mV·s^-1扫速下经过5 000次循环后,电容保持率高达94%,表现出优异的循环稳定性。     

Bi4O5Br2/Ti3C2-Ru复合光催化剂的合成及其对磺胺甲噁唑药物废水降解性能研究

Bi_xO_yBr_z光催化剂在有机药物废水处理领域有着非常广阔的潜在应用价值,但光生电子-空穴对的快速复合限制了其应用。本文选用具有优良电子传递性能的Ti₃C₂作为助催化剂,首先利用Ti₃C₂表面丰富的Ti空位缺陷和高还原能力,制备了Ti₃C₂-Ru助催化剂,接着利用Ti₃C₂表面官能团与Bi³⁺的离子键合力实现了Bi₄O₅Br₂在Ti₃C₂-Ru表面的原位生长,得到Bi₄O₅Br₂/Ti₃C₂-Ru复合光催化剂,从而实现了电子由Bi₄O₅Br₂到Ti₃C₂再到反应活性位点Ru的定向传递,最终使催化剂具有较高的光生载流子分离率和较低的界面电荷转移阻力,有效抑制了光生电子-空穴对的复合。同时以磺胺甲噁唑(SMX)为模拟药物污染物进行了光催化性能测试,结果表明所制备的Bi₄O₅Br₂/Ti₃C₂-Ru复合光催化剂展示出了优异的光催化降解SMX性能,在可见光下照射75 min,SMX的降解率达到95.1%,相较于纯的Bi₄O₅Br₂和Bi₄O₅Br₂/Ti₃C₂催化剂,其降解率分别提升了36.9个百分点和25.3个百分点。最后基于自由基捕获实验和催化剂能带结构分析提出了所制催化剂的降解机理。研究结果可为构建具有药物废水净化功能的光催化剂提供设计思路。     

氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

以六水合硝酸镍和氧化石墨烯为原料,多孔泡沫镍为基底,尿素为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂,采用简单的一步水热还原法,制备Ni(OH)₂/RGO复合电极材料。对制备得到的Ni(OH)₂/RGO电极材料进行形貌结构表征,并通过循环伏安(CV)和恒电流充放电(GCD)测试研究了材料的电化学性能。通过X射线衍射(XRD)分析确定了Ni(OH)₂和Ni(OH)₂/RGO的晶型,SEM结果表明,丝绸状还原氧化石墨烯片有效且均匀地分布在Ni(OH)₂层的表面,在水热过程中Ni(OH)₂片原位生长在泡沫镍上,形成三维多孔多层多样化结构。与纯Ni(OH)₂相比,1 A/g下纯Ni(OH)₂的比电容为1 930 F/g,而Ni(OH)₂/RGO比电容高达2 508 F/g。这些结果表明Ni(OH)₂/RGO是一种很有前途的超级电容器电极候选材料。     

三维网络结构NiCo2S4@NiCo2O4复合电极的制备及其性能

超级电容器具有更大的功率密度、优秀的循环稳定性、极快的充放电速度、超长的循环寿命以及环境友好等突出特点,其性能与构件关系密切,其中最根本的就是组成它的电极材料。本研究主要采用传统的水热法制备出钴酸镍(NiCo₂O₄)电极材料,进而通过离子交换(二次水热)制得镍钴硫(NiCo₂S₄),最后利用化学浴沉积(CBD)法使其与钴酸镍复合,得到最终所需的三维网络结构NiCo₂S₄@NiCo₂O₄复合电极。经过表面形貌表征、循环伏安测试、恒电流充放电测试以及比电容计算分析等可以证明:三维网络结构NiCo₂S₄@NiCo₂O₄复合电极的比电容及循环稳定性等远远优于复合前单一的纯NiCo₂O₄电极材料,具有极大应用前景。     

高性能MXene基微型超级电容器电化学性能的研究

近年来,MXene由于其高导电率与表面亲水性,良好离子传输性能和优异的机械性能,在储能领域中得到了广泛的关注并取得了一定的研究进展,其中对Ti3C2TxMXene材料的研究是最早也是最普遍的.本文研究分别通过在纤维素纸、普通A4纸、较光滑滤纸、粗糙滤纸上喷涂相同质量的MXene溶液和在同一种纸张衬底上喷涂不同厚度的薄膜,接着利用激光雕刻机雕刻相同形貌的插指图案,并组装成微型超级电容器.通过电化学性能测试,从而揭示不同厚度及不同纸基衬底对MXene基微型超级电容器电化学性能的影响.单个器件面电容达到78 mF/cm2,在功率密度为115.5 mW/cm2时,能量密度高达14.1 mWh/cm2.将四个器件进行串联,可以驱动一个时钟.     

Ti/SnO2-IrO2电极的制备及其电化学降解对氯苯酚

电化学氧化法降解水中毒性有机物具有低碳、节能、清洁等优点,该技术的关键是开发高效、稳定、价格低廉的阳极。本文采用热分解法制备了Ti/SnO₂-IrO₂电极,对电极进行表征和电化学性能分析,并降解了对氯苯酚。考察不同因素(电流密度、目标污染物初始浓度、Cl^-浓度)对降解效果的影响。结果表明,Ti/SnO₂-IrO₂电极具有较长的寿命和良好的电化学性能。当电流密度为20 mA·cm^-2,对氯苯酚初始浓度为300 mg/L,Cl^-浓度为1 000 mg/L时,化学需氧量(COD)去除率可达89.02%,同时电极具有较低的能耗0.596 kWh·g^-1,表现出优异的催化性能。该电极具有一定的工业应用前景。     

Ti3(ZnxAl1-x)C2固溶体热学、电学和力学性质的理论研究

采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法, 通过投影缀加波(PAW)和广义梯度近似(GGA)系统地研究了Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂的结构、能量、声子性质、电子性质和弹性性质。对MAX相Ti₃AlC₂晶体中A位置的Al元素用Zn元素进行替换掺杂,构建出Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂(x=0,0.25,0.5,0.75,1)固溶体结构模型。计算分析表明:在所研究的掺杂浓度范围内Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂均是热力学、动力学和力学稳定的脆性材料;此外,Ti₃(Zn_xAl_1-x)C₂(x=0,0.25,0.5,0.75,1)均呈现金属性,在费米能级处的电子态密度主要贡献来自Ti-3d态,同时具有离子键、共价键和金属键的综合性质。随着Zn原子掺杂浓度的增加,在一定程度上其导电性和塑性均增强。     

碳电极钙钛矿太阳能电池光吸收层厚度对光伏性能的影响研究

本文使用两步法,通过控制PbI₂(DMSO)溶液的浓度制备了不同厚度的有机-无机杂化钙钛矿(MAPbI₃)光吸收层薄膜,并组装了大面积基于碳电极且无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。对不同厚度MAPbI₃光吸收层薄膜的晶相、光吸收性质、表面形貌、元素组成进行分析,并进一步测试了基于MAPbI₃薄膜制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能。结果表明,MAPbI₃光吸收层薄膜厚度与PbI₂(DMSO)浓度呈正相关关系,浓度为1.3 mol/L的PbI₂溶液制备的MAPbI₃薄膜厚度约为350 nm,具有较好的结晶度和光吸收强度,且薄膜表面致密平整,无明显缺陷,基于350 nm MAPbI₃光吸收层的钙钛矿太阳能电池获得了8.48%的光电转换效率。     

微米及纳米WC-Co基BDD污水处理电极的制备研究

硼掺杂金刚石(BDD)是高级氧化法污水处理领域的一种电极材料，其衬底材料的选择是电极涂层制备的核心问题之一，良好的衬底材料可提高膜基结合力，从而延长电极的使用寿命。本文提出以热膨胀系数较小的WC-Co为衬底，采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备微米、纳米两种表面形貌的BDD电极，并利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法对两种电极的物理性能、表面状态及电化学性能进行表征，研究结果表明：在沉积速率方面，微米薄膜是纳米薄膜的1.5倍，但纳米薄膜具有更小的残余应力，仅为-0.6 GPa;两种电极在0.5 mol/L的H₂SO₄溶液中均展现较宽的电化学窗口(约为3.7～3.9 V)和极小的背景电流，在K₃[Fe(CN)₆]氧化还原系统中表现出良好的准可逆特性，这些特性均与常规Si、Nb、Ti基BDD电极相似。在此基础上，本文对两种电极开展了苯酚模拟废水处理和加速寿命试验(ALT),结果显示：相同参数下，纳米电极在ALT中使用寿命约为423 h,明显优于微...     

单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层MXene纳米片Ti₂N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明,所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值,结构均稳定;其中Ti₂N-Sc体系的形成能为-2.242 eV,结构更易形成,且保持稳定;掺杂后Ti₂N-Sc、Ti₂N-Zr体系磁矩增大;此外,Ti₂N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率,达到84.9%,可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。     

n型GaAs欧姆接触电极制备工艺

目前,n型GaAs欧姆接触电极的制备方法以蒸镀法为主,然而该方法具有设备价格高、浪费电极材料的缺点。本文采用离子溅射法制备了n型GaAs的欧姆接触电极AuGeNi/Au,通过优化制备过程,可获得表面光滑平整、成分均匀无偏析的电极层。400 ℃氩气气氛下退火处理后,电极与GaAs之间由肖特基接触变为欧姆接触,极间电阻降为原来的1/20。退火温度在400~500 ℃时可得到很小的比接触电阻率(10^-6 Ω·cm²),有利于半导体器件工作稳定性的提高,降低能耗。退火温度低于400 ℃或高于500 ℃后比接触电阻率都较大,这分别与欧姆接触未形成以及Au-Ge合金的“球聚”有关。该制备方法和过程的优点为:设备成本低、流程简便、节省电极材料,具有良好的经济效益和实用价值,适合科研实验室使用。     

金红石型Ti1-2xCrxMoxO2黑色色料制备及其性能研究

以TiO₂、Cr₂O₃和MoO₃为主要原料,采用固相反应法合成了金红石型Ti_1-2xCr_xMo_xO₂(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)色料。研究了Cr/Mo共掺杂量和煅烧温度对Ti_1-2xCr_xMo_xO₂色料的晶型结构、呈色性能和微观形貌等的影响。研究结果表明,5%~15%摩尔分数的Cr/Mo等量共掺杂都获得单相金红石型结构黑色色料,均可促进锐钛矿向金红石转变,且Mo掺杂有利于提高Cr在TiO₂晶格中的固溶度。随Cr/Mo共掺杂量增加,样品的黑度(L^*值)呈先减小后增大的趋势,而红色度(a^*值)和黄色度(b^*值)都表现出相反的趋势。煅烧温度在950~1 100 ℃时,样品的色度参数变化相对较小。在1 100 ℃煅烧得到的Ti_0.70Cr_0.15Mo_0.15O₂色料黑色呈色性能最佳,其L^*、a^*和b^*值分别为24.41、2.12和-2.53,且在陶瓷釉中表现出良好的呈色性能和化学稳定性。适量Cr/Mo共掺杂使TiO₂晶格产生畸变和电荷缺陷,从而吸收绝大部分可见光,是其呈现黑色的主要原因。     

α-Al2O3相变机理及制备工艺研究进展

α-Al₂O₃在耐火材料、电子材料等多个领域有着极其重要的应用。本文首先介绍了α-Al₂O₃在工业应用方面的评价指标和α-Al₂O₃的相变机理,接着分别从固相合成、液相合成、气相合成三个方面阐述了α-Al₂O₃制备的相关研究进展,对制备过程中影响α-Al₂O₃晶粒微观状态的若干因素,包括煅烧温度、矿化剂类型、pH值及预处理条件等进行讨论。最后指出了当前对α-A1₂O₃成核生长机理研究缺乏的问题,表明明确的成核机理、高纯度α-A1₂O₃的量产和形貌控制技术将会是该领域未来的研究重点和发展方向。