Ⅱ型范德华异质结g-C6N6/GaTe光催化剂的第一性原理研究

二维材料因其独特的物理性质在光催化领域备受关注,通过构建异质结是提高二维材料光催化性能的有效策略。基于密度泛函理论,采用第一性原理方法系统研究了g-C₆N₆/GaTe范德华异质结的光催化性质。计算结果表明：g-C₆N₆/GaTe的晶格失配率为0.6%,形成能为-486 eV,异质结构稳定;异质结是带隙值为1.45 eV的间接带隙材料,形成稳定的能带交错排列,价带和导带的能带偏置分别为0.56和1.54 eV,同时在界面处生成由g-C₆N₆指向GaTe的内置电场,构成典型的Ⅱ型异质结构。在内置电场和带偏作用下,有利于光生电子-空穴对的有效分离,提高异质结的光催化性能。异质结在可见光范围内的光吸收系数高达约7×10⁴ cm^-1,制氢转换效率为16.48%,有利于光解水反应。最后,尝试对异质结施加载荷,在拉伸应力作用下异质结有明显的红移显现。g-C₆N₆/GaTe异质结是一种具有应用前景的光催化剂,该研究结果为g-C₆N₆/GaTe异质结的设计和制备提供了理论基础。     

CeO2-Y2O3-ZrO2热障涂层研究进展

随着先进航空发动机涡轮叶片热障涂层服役温度、服役寿命和隔热性能等要求的不断提升,传统的6%—8%Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层由于存在容易产生高温相变、变形剥落等问题,已难以适应未来高温等更加严苛的工作环境。CeO₂和Y₂O₃共同稳定的ZrO₂(CYSZ)涂层具有良好的高温相稳定性、较好的抗熔盐腐蚀性能,CeO₂的掺杂能使ZrO₂材料的热导率降低,提高涂层的隔热性能、热膨胀系数和抗热震性能。综述了国内外CYSZ热障涂层的研究成果和存在的问题,阐述了CeO₂掺杂对YSZ热障涂层性能的影响机制,并简要介绍了目前国内外CYSZ热障涂层及其材料的制备技术研究进展。     

CaLu2Al4SiO12:Eu3+荧光粉的制备和发光性能研究

现代农业如植物工厂的快速发展对植物照明的需求不断扩大,发光强度高、热稳定性良好的深红色荧光粉是LED人工植物照明光源的关键材料。为研究Eu³⁺在CaLu_2-xAl₄SiO₁₂基质中的发光性能,采用高温固相法合成了新型CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺（x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1）荧光粉,通过多种表征测试技术,系统地研究了荧光粉的晶体结构、微观形貌、荧光性质及热稳定性能,并初步探究了CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺在植物照明领域应用的可能性。通过XRD、Rietveld结构精修、EDS能谱和元素分布分析发现, Eu³⁺成功进入了CaLu₂Al₄SiO₁₂基质中。荧光光谱测试结果表明：在711 nm光的监测下,样品在280—500 nm范围出现了Eu³⁺的特征f-f跃迁吸收峰;在394 nm光的激发下,样品在550—750 nm范围出现了Eu³⁺的⁵D₀-⁷F_J （J=0、1、2、3、4）跃迁发射,其最强发射峰位于711 nm（⁵D₀-⁷F₄）处,Eu³⁺的最佳掺杂量x=0.5;Eu³⁺的荧光寿命衰减曲线和荧光发射光谱,证明了Eu³⁺在CaLu₂Al₄SiO₁₂基质中只占据一个晶体学格位;CaLu_1.5Al₄SiO₁₂:0.5Eu³⁺荧光粉在423 K下的发射峰积分强度为室温下的91.75%,表明了该荧光粉具有良好的热稳定性;CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺的深红色强发射峰位于711 nm处,与植物的光敏色素（P_FR）吸收波段相吻合,表明CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xEu³⁺是一种潜在的可用于LED植物照明的荧光粉。     

Zn取代对尖晶石Li2MnTi3O8负极材料微观结构及电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶结合固相烧结的方法制备了具有复杂尖晶石结构(空间群为P4332)的Li₂Mn_1-xZn_xTi₃O₈(x=0,0.1,0.5)负极材料。研究了Zn部分取代Mn对Li₂MnTi₃O₈材料微观结构及电化学性能的影响。结果显示,Zn取代之后,Li₂MnTi₃O₈材料的晶胞体积以及晶粒尺寸有明显的降低,然而颗粒大小却没有显著的变化。电化学测试结果表明,Zn取代对改善Li₂MnTi₃O₈材料电化学性能非常有利,在0.1C倍率条件下进行充放电, 50次充放电循环之后,Zn取代之后的材料放电容量为269mAh/g(Li₂Mn_0.9Zn_0.1Ti₃O₈),298mAh/g(Li₂Mn_0.5Zn_0.5Ti₃O₈),且都在第一次循环之后表现出优异的循环稳定性。在1C倍率条件下充放电36次,材料的放电容量得到了显著提高,并且在一定程度上提高了材料的循环稳定性。     

具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V2O5/g-C3N4制备

面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V₂O₅/g-C₃N₄,测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V₂O₅负载可以增强g-C₃N₄的光吸收能力,促进光生电荷的分离转移,进而提高其光催化活性。在可见光照射下V₂O₅/g-C₃N₄具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能,其析氢活性为1.38 mmol?g^-1?h^-1,降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制,结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。     

Ba/Fe双掺LaCoO3热敏陶瓷材料低温离子传输机制研究

为了开发电学性能优异的深低温材料,采用传统高温固态法制备了Ba/Fe双掺杂的LaCoO₃负温度系数热敏陶瓷材料,结合XRD、SEM、XPS等测试手段,研究了材料的物相结构、微观形貌、离子价态分布等,并在22—80 K和80—290 K范围内进行了低温电学性能测试。结果表明：双掺杂改性降低了LaCoO₃材料的应用温区,ρ（22 K）在1.85×10⁵—6.94×10⁶ Ω·cm范围内变化,材料常数B（22—100 K）在146.09—162.75 K范围内变化;在深低温环境下,材料的导电机理由80 K以上时的小极化子跳跃导电转变为80 K以下时的双交换导电,导致了材料常数B发生突变。由此证明,该双掺杂热敏陶瓷材料在极低温测试中具有可开发的应用潜力。     

高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2双包覆改性及软包锂离子电池应用研究

对电极材料进行包覆改性,是提升锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性等重要特性的有效策略。基于高镍三元正极材料Ni_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（Ni83）,通过纳米ZrO₂和纳米B₂O₃双组分包覆,制备得到了ZB-Ni83材料,并对其材料特性和软包锂离子电池性能进行了研究。ICP-OES元素分析结果表明,ZrO₂和B₂O₃已成功实现包覆,ZB-Ni83材料中锆含量为0.166 4%,硼含量为0.068 9%。XRD和SEM结果表明,ZB-Ni83材料为具有层状结构和良好结晶度的紧密实心二次球形颗粒,该结构有利于提高材料的振实密度及电解液浸润性。采用ZB-Ni83正极材料的软包锂离子电池具有良好的倍率、循环和安全性能。在2 C条件下,ZB-Ni83电芯的比容量为182 mA?h?g^–1、容量保持率为92.6%;在45 ℃高温循环及截止容量保持率85%条件下,ZB-Ni83电芯的循环次数约为1100次,而原始Ni83电芯的循环次数仅为约600次。对ZB-Ni83电芯进行满电130 ℃的热箱实验,结果未发生破裂、冒烟、爆炸、着火等现象。本研究为高镍材料的创新和改进提供了实验参考和可行思路。     

Cr3+掺杂CaLu2Al4SiO12宽带近红外荧光材料发光性能与器件研究

近红外光谱技术在食品质量检测与分析、夜视、生物组织成像、植物生长调控等领域有重要的应用价值,宽带近红外光源在这些应用中起着重要的作用,而通过荧光材料转换实现宽带近红外LED光源有着不可比拟的优势。采用高温固相法制备了CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺（x=1%—13%）荧光粉。研究结果表明,CaLu_2-x Al₄SiO₁₂:xCr³⁺荧光粉在423 nm的蓝光激发下,光谱覆盖了650—1000 nm范围,荧光粉的发射峰值位于752 nm,半高宽有167 nm。当Cr³⁺离子掺杂浓度为5%时,量子效率达到了60.9%。同时,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺具有良好的热稳定性,在373 K时的发光强度为室温下的60.6%。此外,将CaLu₂Al₄SiO₁₂:Cr³⁺荧光粉与蓝光LED芯片结合,制备成近红外LED器件,在450 mA电流的驱动下,近红外输出功率可以达到22.69 mW。因此,CaLu_2-xAl₄SiO₁₂:xCr³⁺荧光粉在近红外光谱的应用中具有广阔的前景。     

In3+掺杂显著提高碳基CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池性能

碳基全无机CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池具有成本低、器件结构简单、稳定性好等优点,是一种很有前景的光伏电池。然而,其能量转换效率仍然过低,主要原因在于难以获得质量良好的CsPbI₂Br薄膜。为了获得质量良好的CsPbI₂Br薄膜,通过在CsPbI₂Br钙钛矿前驱体溶液中添加InI₃,将In³⁺掺杂到CsPbI₂Br晶体结构中以改善钙钛矿薄膜的质量。利用SEM和XRD对钙钛矿薄膜的微观形貌及晶体结构进行表征分析,并系统地测试了器件的光伏性能,包括开路电压、短路电流密度、填充因子、能量转换效率、外量子效率和积分电流密度。结果表明：In³⁺掺杂可调控CsPbI₂Br晶体的生长,通过提高其结晶性获得了致密、无孔洞的高质量钙钛矿薄膜;同时,通过调控InI₃的添加量,优化了In³⁺掺杂的比例,当InI₃添加量（质量分数）为0.5%时CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的光伏性能提高更为显著,其器件能量转换效率从7.59%提高至11.16%,开路电压从1.04 V提高至1.22 V。     

Nb掺杂改性LiNiO2正极材料的制备及电化学性能研究

高镍层状氧化物LiNiO₂具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。当LiNiO₂正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。采用固相法合成了Nb掺杂的层状LiNi_1-xNb_xO₂（x=0.005、0.01、0.015）正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等测试手段,分析了Nb掺杂量（摩尔百分比）对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。结果表明,随着Nb元素掺杂量的提高,LiNi_1-xNb_xO₂材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。在LiNiO₂材料中引入Nb⁵⁺离子,提高了LiNi_1-xNb_xO₂材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。当Nb掺杂量为1%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料表现出较好的倍率性能,在10 C大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh?g^-1;随着Nb掺杂量的增加,LiNi_1-xNb_xO₂材料循环稳定性同步提升,当Nb掺杂量为1.5%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO₂样品的36.2%。表明,Nb掺杂可改善LiNiO₂正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。     

Ce含量对Ti/IrO_2-SiO_2-CeO_2电极电催化性能的影响

为降低析氧电位,改善电极表面形貌,制备电催化性能良好的Ti基IrSi电极,在煅烧温度为450℃条件下,采用热分解法制备了不同Ce含量的Ti/IrO_2+SiO_2+CeO_2氧化物电极,采用SEM对电极的表观形貌进行表征,采用循环伏安曲线、析氧极化曲线及交流阻抗图谱对电极的电催化性能进行表征。结果表明,添加适量Ce可使晶粒分散均匀,裂纹数目增多,电极表面变得平坦、致密、均匀,同时析氧电位降低,孔隙率增加,电催化活性大大提高。但过量Ce又会对电极电催化性能产生不利影响,Ce含量达到10%时,裂纹数量最多且分布均匀,涂层形貌良好,析氧电位达到最低,为1.23V,电催化性能达到最佳。     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2表面包覆TiO2改性研究

为进一步改善LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)一次物料性能,采用简便易行的干法包覆方式,主要研究了TiO₂包覆量一定的情况下热处理温度、保温时间对正极材料的物理指标,以及容量、倍率、循环寿命和存储等电性能的影响。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、扣式电池、全电池等测试分析表明,材料表面有明显的包覆物,但无新物相生成。当热处理温度为500℃、保温时间为12h时,所制备NCM622材料在3.0～4.3V电压范围0.1C放电容量为181.2mAh/g,比未包覆材料提高了2.6mAh/g；在3.0～4.4V电压范围45℃下1C充放80周,循环保持率由未包覆的95%提升至97.2%。包覆物消耗了材料表面的残碱,减缓了电解液的侵蚀,从而改善了材料的循环寿命和存储性能。包覆前后的材料分别做成600mAh的小软包电池,60℃时放置7天后材料鼓胀率由8.3%降低到4.5%；容量保持率和容量恢复率分别由89.1%、94.3%提升到90.2%、98.3%。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

Ti/RuO2-IrO2 阳极在碱性体系的失效行为研究

钛基涂层阳极因其具有优良的电催化性活性和稳定性,在废水处理,氯碱工业、电解、海水防污、阴极保护等领域都有广泛的发展和应用。本论文主要以Ti/RuO2-IrO2阳极为研究对象,对其在碱性析氧条件下的主要失效机制进行了深入的研究。主要通过X射线衍射仪（XRD）、热场发射电子扫描显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析其失效前后的形貌和物相变化,利用标准强化电解寿命试验、电化学分析等手段探讨了Ti/RuO2-IrO2涂层阳极在碱性环境中的性能。结果表明,碱性体系中的强化电解并不是均匀的,可分为4个阶段;电极在碱性体系下的腐蚀是由外向内的,Ti/RuO2-IrO2涂层钛阳极的电解失效机制是物理作用和化学作用的叠加,物理变化主要表现为涂层变薄、裂纹加宽甚至剥落,化学变化表现为涂层中的贵金属氧化物逐渐被腐蚀,裸露出钛及其氧化物,导致电阻增大。     

V_2O_5直接制备氮化钒铁过程研究

针对V_2O_5直接制备氮化钒铁工艺,采用TG-DSC和扫描电子显微镜(SEM)表征分析了体系反应过程及微观组织与元素分布,并分析了各影响因素对产物含氮量的影响。结果表明,670℃左右,碳还原V_2O_5的反应开始显著发生,1 000℃以上时,碳化反应开始发生,温度达1 200℃左右,开始出现氮化反应。反应温度、保温时间和配碳系数等因素对氮化钒铁含氮量均有较明显的影响。较适宜的制备工艺参数为:高温反应温度1 400℃、保温2h、配碳系数0.35,在该条件下制得的氮化钒铁含氮量可达11.26%,合金中其它元素含量分别为钒46.31%、铁36.87%、碳1.21%、硅1.98%、铝1.94%,符合GB/T30896-2014标准。SEM结果表明,利用V_2O_5直接制备氮化钒铁,铁主要以夹杂形式均匀分布在氮化钒铁主相间,且氮、钒、铁三种主元素的分布较均匀。     

Bi_2Te_3基区熔晶棒头尾料的资源化处理与热电性能优化

针对目前半导体制冷行业Bi_2Te_3基热电材料加工过程中成材率低的现状,以及传统废料回收工艺环境不友好、工艺复杂、周期长和成本高的缺陷,采用熔融还原、真空冶金等方法去除晶棒头尾料中的杂质,随后通过掺杂、二次熔炼和通电加压烧结制备高性能Bi_2Te_3基热电材料。结果表明,熔融还原结合真空冶金方法可有效去除晶棒头尾料中的Bi2O3和Sb2O3等氧化物杂质,制备的p型Bi_2Te_3基烧结样品ZT值可达1.05,且在303～423K温度区间内的ZT值均大于0.9,与以高纯原料制备的p型烧结样品和商用区熔Bi_2Te_3基热电材料的性能非常接近。此回收再利用技术绿色无污染、成本低、效率高且收得率高(大于98%)。