稀土元素Tm掺杂对Cu2S热电性能影响研究

Cu₂S具有较低的晶格热导率和窄禁带宽度,它热电性能优异、成本低廉且无毒等优点引起了热电材料相关研究领域的广泛关注。采用水热合成法与真空烧结法相结合的方式制备Cu₂S基热电材料,通过物相、成分表征和热电性能测试等手段,研究稀土元素Tm掺杂对Cu₂S基材料热电性能的影响规律,并采用第一性原理开展掺杂后Cu₂S能带结构和态密度计算。研究结果表明,水热合成法可以获得Cu₃₁S₁₆粉体,在真空烧结过程中物相发生了转变,从原来的Cu₃₁S₁₆转变为Cu₂S。掺杂Tm元素可显著提高Cu₂S粉体的结晶性能,随着掺杂含量的增加,Cu₂S团聚现象逐渐消失。Cu₂S塞贝克系数随Tm掺杂量的增加有所提升,其中掺杂2%Tm的Cu₂S在350℃处于相变温度,塞贝克系数达到峰值1589.71μV/K;随掺杂元素的增加和温度的升高,C...     

Cu2S相变过程中热扩散系数的精确测量和解析

材料发生相变时, 其结构和物理性能可能会发生剧烈的变化。采用激光闪射法测量热扩散系数时, 激光照射样品可能会伴随有光吸收/发射现象以及温度的显著升高, 导致其测量值偏离真实值。本工作以Cu₂S为研究对象, 发现激光照射样品后, 光吸收/发射的影响很小可以忽略, 但样品温度的升高则会明显影响热扩散系数的测量。通过构建具有不同石墨层厚度的石墨/Cu₂S双层结构, 利用石墨层减弱激光照射时Cu₂S样品的温度增加幅度, 成功使热扩散系数出现显著降低的起始温度接近采用DSC测量材料发生相变的起始温度。本研究进一步建立了石墨/Cu₂S双层结构样品的热流输运模型, 从石墨/Cu₂S双层结构样品的实验测试热扩散系数中解析出了Cu₂S在相变区间的本征热扩散系数。本工作对于理解和精确表征具有相变特征的离子导体热电材料、光敏、热敏材料的热扩散系数具有重要的意义。     

Ag掺杂Cu2SnSe3致相反热电性能及其复合提升

热电材料可有效回收废热并将其转化为电能, 然而转换效率受复杂耦合热电参数的限制。高效热电材料需要具有优异的电传输和良好的隔热性能。具有类金刚石结构的Cu₂SnSe₃是一种潜在的中温区热电材料, 本研究通过在Sn位和Cu引入Ag离子, 分别获得了高电传输相Cu₂Sn_0.93Ag_0.07Se₃和低热传输相Cu_1.91Ag_0.09SnSe₃, 然后通过机械混合和烧结制备了Cu₂Sn_0.93Ag_0.07Se₃和Cu_1.91Ag_0.09SnSe₃两相复合的材料。利用两相材料的晶体结构相同和晶格常数匹配的特点, 在高温段有效地协同调控了Cu₂SnSe₃材料的电输运和热输运性能, 从而使材料的高温热电性能得到优化, 用有效介质理论很好地描述了高性能的两相复合材料的电和热传输行为。     

负载有立方相p-型半导体Cu1.8S颗粒的TiO2纳米带制备与表征

采用Cu₂O自牺牲模板法, 以负载有立方相p-型半导体Cu₂O颗粒的TiO₂纳米带作为前驱物, 在水热条件下与硫脲进行反应, 制得了负载有立方相p-型半导体Cu_1.8S颗粒的TiO₂纳米带. 测试结果表明, 反应温度、反应时间和硫脲浓度对Cu_1.8S纯度和形貌皆有影响. 若反应在较低温度(如120℃)进行, 即使反应时间达到25 h, 产物中除了生成Cu_1.8S还存在未反应Cu₂O; 若水热温度控制在160℃反应25 h, 当硫脲浓度为0.25 mol/L时, 负载物基本上是Cu_1.8S且分散较好, 当硫脲浓度升到0.5 mol/L时, 负载物团聚严重. 对罗丹明B的光催化降解活性测试结果表明, 与纯TiO₂纳米带相比, 在负载有Cu₂O或Cu_1.8S后光催化活性显著降低.     

Cu2ZnSnS4-CdS复合材料的制备及其在光催化制氢中的应用

为了进一步提高Cu₂ZnSnS₄的光催化制氢性能,首先通过水热法制备出Cu₂ZnSnS₄光催化材料,在此基础上加入Cd（CH₃COO）₂·2H₂O和Na₂S进行二次水热反应制备Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料。通过XRD、SEM、TEM、Raman及XPS等分析测试方法对Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料的物相结构、微观形貌和元素价态进行了表征。结果表明:成功制备了结晶性能较好的Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料。Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料是由球状和块状颗粒组成;Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料表面>95%的Cd和S原子（原子比为1:1）的存在说明块状颗粒Cu₂ZnSnS₄表面生长的球形颗粒为CdS;在氙灯下的光催化制氢性能表明,Cu₂ZnSnS₄-CdS复合材料的光催化制氢效果明显优于Cu₂ZnSnS₄和CdS,产氢效率为296.17 μmol（g·h）-1。      

Te与In共掺杂对Cu2SnSe3热电性能的影响

Cu₂SnSe₃基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu₂SnSe₃基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu₂SnSe₃化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)和Cu₂Sn_1-yIn_ySe_2.9Te_0.1 (y=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu₂SnSe_3-xTe_x (x=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu₂SnSe₃样品的0.2m_e增加到Cu₂SnSe_2.9Te_0.1样品的0.45m_e, 显著提高了材料的功率因子, Cu₂SnSe_2.99Te_0.01样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm^-1·K^-2。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu₂SnSe_2.9Te_0.1为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu₂SnSe₃基化合物的载流子浓度从5.96×10¹⁸ cm^-3 (Cu₂SnSe_2.9Te_0.1)显著提高到2.06×10²⁰ cm^-3 (Cu₂Sn_0.975In_0.025Se_2.9Te_0.1)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu₂Sn_0.995In_0.005Se_2.9Te_0.1化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm^-1·K^-2。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu₂Sn_0.985In_0.025Se_2.9Te_0.1样品在773 K下获得最大ZT为0.4, 较本征Cu₂SnSe₃样品提高了4倍。     

Cu2O/CeO2异质结的制备与光电化学性能研究

通过电化学法在铜片表面生长Cu(OH)₂纳米线阵列，在氮气氛围下将其进行退火处理得到Cu₂O纳米线阵列，然后采用电沉积法在电极上沉积Cu₂O阻挡层和CeO₂,制备得到Cu₂O/CeO₂异质结光阴极材料。利于扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对材料的形貌和化学成分等进行表征，紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、线性扫描伏安法(LSV)和莫特肖特基曲线(M-S)等测试对其光电化学性能进行分析。实验数据结果表明，在0 V、RHE(可逆氢电极)下，Cu₂O/CeO₂光阴极的光电流密度达到-6.55 mA/cm²,相比仅Cu₂O的光电流密度(-3.67 mA/cm²)提升了1.78倍。随后，通过ALD(原子层沉积)制备TiO₂作为保护层，负载Pt作为析氢反应(HER)的助催化剂。最终Cu     

添加微量Ti 元素对Diamond/Cu复合材料组织及性能的影响

分别采用在Cu基体添加0. 1 wt%的Ti 元素形成Cu₂Ti合金和在Diamond 颗粒表面镀钛(DiamondTi) 的方法, 制备了含Diamond 体积分数为60 %的Diamond/Cu₂Ti 复合材料和DiamondTi/Cu 复合材料。对比分析了Ti 元素对复合材料微观组织、界面结合及性能的影响规律。结果表明: 添加0. 1 wt%Ti 元素能改善Diamond与Cu 的界面结合, 在界面处观察到明显的碳化物反应层; 且以Cu₂Ti合金的方式添加Ti 元素改善界面的效果优于在Diamond 颗粒表面镀Ti 的方式。所制备的Diamond/Cu₂Ti 复合材料的热导率为621 W(m·K) - 1, 而DiamondTi/Cu复合材料的热导率仅为403. 5 W(m·K) -1, 但均高于未添加Ti 制备的Diamond/Cu 复合材料。      

Cu2O/CuO-四环素复合材料的协同抑菌性能

耐药细菌快速的增长和新治疗策略的可用性越来越少，迫使人们急需研发出新型抑菌剂来解决这类难题。本文以三水硝酸铜[Cu(NO₃)₂·3H₂O]为原料、水合肼为还原剂制备氧化亚铜(Cu₂O/CuO)，通过与四环素配位结合得到Cu₂O/CuO-四环素复合材料。采用TEM、EDS、XRD、XPS、FTIR和UV-vis等表征技术对抑菌剂进行系统表征。探究了Cu₂O/CuO-四环素复合材料对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S. aureus)、革兰氏阴性菌大肠杆菌(E. coli)和耐药菌沙门氏菌(T-Salmonella)的抑菌性能及抑菌机制。抑菌性能结果表明：抑菌浓度为150μg/mL的Cu₂O/CuO-四环素复合材料在80 min时对E. coli、S. aureus和T-Salmonella的抑菌率均达到99.99%；与单独使用四环素和Cu₂O/CuO相比，Cu₂O/CuO-四环素复合材料对E. c...     

球磨法制备Si@Cu复合材料相演变及循环性能研究

为缓解硅基负极的体积效应以改善其循环性能，采用球磨法制备了具有包覆形貌的铜硅复合粉末作为电极材料。结果表明：增加铜组分的比例和铜粉的粒度有利于形成包覆结构和Cu-Si合金，5种不同粒度的磨球混合球磨时磨球和粉末温度最高。将不同球磨时间样品的X射线衍射(XRD)谱图进行定量分析，1h就有少量的Cu₃Si和Cu₁₅Si₄生成，球磨时间增加，Cu₃Si和Cu₁₅Si₄含量不断增多，Cu和Si单质相应减少，球磨8h后，各相含量变化不大，趋于稳定。电化学性能测试表明，相比纯Si电极，Cu_100-xSi_x电极具有优良的循环性能，但随着铜含量的增加，反应动力学减慢。     

Synthesis of binary copper chalcogenides by mechanical alloying

Copper sulfides (tetragonal Cu_1.92S-Cu_1.99S, rhombohedral Cu_1.71S-Cu_1.89S, CuS), selenides (β Cu_{2 − x}Se, Cu₃Se₂, γ CuSe, CuSe₂), and tellurides (Cu_{2 − x}Te, Cu₃Te₂) were prepared from mixtures of the elements by mechanical alloying (MA), using a high-energy ball mill. The compounds were obtained by 60–120 min of MA. It is notable that two metastable high-pressure phases were obtained by MA: tetragonal Cu_{2 − x}S and pyrite-type CuSe₂. The tetragonal phase gradually transformed to the stable phase of djurleite when kept at room temperature. Cu_1.71S-Cu_1.89S also formed a metastable rhombohedral phase.     

Experimental study of the copper thiosulfate system with respect to thin-film deposition

An experimental study of the copper-thiosulfate system in mild acidic (pH 5) aqueous solutions, with respect to thin-film formation, was undertaken. Thin films of Cu_xS (1 x 2) were deposited by a simple electroless technique on glass or transparent polyester films, at 50 °C. Thin films were deposited from chemical baths in which the ratios of copper to thiosulfate were varied from 1:1 to 1:10. Thin films of different compositions (Cu₂S, Cu_1.8S, Cu_1.4S and CuS) were prepared and then characterized for morphological, optical and electrical properties. The deposited films chemically close to Cu₂S were found to be amorphous, while the CuS films were a mixture of both amorphous and polycrystalline phases. The optical spectra of the Cu₂S films exhibited high transmission both in the visible region of the spectrum (beyond 600 nm) and throughout the near-infrared region (800 to 2500 nm), while CuS films were found to be highly absorptive throughout the near-infrared region, with peaked transmission in the visible region at about 560 nm. The sheet resistances of the films, determined by the standard four-probe measurements, were between 100 and 650 Ω/square.     

调控CuO表面性质选择性电催化还原CO2制HCOOH

电催化二氧化碳还原反应可将温室气体二氧化碳转化为化工原料或者有机燃料,为克服全球变暖和电能向化学能转化提供了一条可行途径.该技术的主要挑战是产物分布广,导致单一产物选择性低,而调控催化剂的表面性质是解决这一难题的可行策略.本研究通过对氧化亚铜、硫化亚铜进行氧化制备表面性质不同的氧化铜,其中,氧化硫化亚铜制得的CuO-F...     

Electrodeposition of CuInS2 from aqueous solution Part I. Electrodeposition of Cu---S film

As the first stage for thin film preparation of copper indium disulfide (CuInS₂), an electrodeposition technique of thin films in the Cu---S system was investigated from a new viewpoint. Deposition was carried out potentiostatically on a Ti substrate from acidic aqueous solution containing CuSO₄ and Na₂S₂O₃. Tartaric acid was found to be effective as a buffer for stabilizing the hydrogen ion concentration. Thin films of Cu₂S were obtained at −0.7 V vs. Ag/AgCl with good reproducibility from a solution containing 10 mM CuSO₄, 400 mM Na₂S₂O₃ and 100 mM tartaric acid. Scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray analyses revealed that the film deposited had a crack-free surface and uniform stoichiometry of Cu₂S. Film thickness was estimated to be 0.6−0.8×10⁻⁶m after 3600 s deposition. The mechanism of Cu₂S formation was supposed to be that S₂O₃²⁻ ion reduces Cu(II) ion to make complex with Cu(I) ion. Probably it is this complex that contributes to the Cu₂S formation.     

氮化硼纳米片负载纳米Cu2O及其催化还原对硝基苯酚

纳米级氧化亚铜具有高效的催化性能, 但较差的稳定性使其应用受限。本研究采用简单可控的抗坏血酸液相还原及气氛焙烧法, 制备了一种兼具高催化活性与催化稳定性的Cu₂O/BNNSs-OH负载型催化剂, 其中以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与水相变提供的“推-拉”作用剥离的氮化硼纳米片(BNNSs)为载体, 液相还原反应体系pH=11时, 抗坏血酸向Cu ²⁺滴定制备的Cu₂O纳米颗粒(2~7 nm)为活性组分。通过扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及拉曼(Raman)光谱仪等对样品的形貌和结构进行表征, 结果表明: Cu₂O纳米粒子不但高度分散于载体表面, BNNSs对Cu₂O还有一定的稳定作用, 避免其被氧化成CuO。将Cu₂O/BNNSs-OH应用于对硝基苯酚催化还原反应中, 该催化剂表现出同贵金属类似的高催化活性, 5次重复利用后的转化率仍高达90%。