活性炭负载Cu离子掺杂纳米TiO2颗粒的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法在活性炭(AC)表面负载掺杂Cu离子的TiO2纳米颗粒, 制备负载型掺杂Cu2+-TiO2/AC复合光催化剂, 采用XRD, ESR, FS, UV-Vis和BET等手段对其进行了表征, 通过罗丹明B的光催化降解试验, 分析活性炭载体的比表面积和Cu离子掺杂量对负载型掺杂催化剂光催化活性的影响. 结果表明, Cu以+2价存在, Ti以少量的+3价存在; TiO2纳米颗粒具有量子尺寸效应, 吸光阈值显著蓝移, 并使光谱相应范围向可见光区拓展; 另外, 适量Cu离子的掺杂降低了负载型TiO2/AC的荧光强度. 负载和高温处理没有改变活性炭载体的微观结构. 以AC3为载体和质量分数为3%的Cu离子掺杂所制备的3%Cu2+-TiO2/AC3催化剂的活性最高, 并且该催化剂便于回收, 在重复使用中也表现出很高的光催化活性.     

磁控溅射制备的铜钒氧化物薄膜及其电化学性能

采用射频磁控溅射技术在硅基底上分别制备了无掺杂和掺杂Cu的氧化钒薄膜. X射线衍射(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)观察表明, 无掺杂的薄膜为多晶V2O5, 掺杂Cu的薄膜为非晶态. X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明, 掺杂Cu的薄膜为铜钒氧化物膜, 其中Cu离子表现为+2价, V离子为+4与+5价的混合价态. 随着Cu掺杂量的增大, +4价V的含量增加. 电化学测试结果表明, V2O5薄膜在掺杂Cu以后其放电容量有显著的提高, 其中Cu2.1VO4.4薄膜在100次循环后容量还保持为83.4 μA·h·cm-2·μm-1, 表现出较高的放电容量和较好的循环性能.     

三维有序大孔SnO2基固溶体用于有效燃烧碳烟颗粒

柴油车尾气排放的碳烟颗粒对人类的生存环境和身体健康带来了严重危害.催化燃烧是消除碳烟颗粒污染的有效途径.碳烟颗粒催化燃烧是固-固-气相反应,因此催化剂本身具有活泼的氧中心且其能与碳烟颗粒有效接触是提高反应效率的关键因素.为改善碳烟颗粒与催化剂的接触,设计制备三维有序大孔(3DOM)催化剂,使碳烟颗粒可以进入催化剂孔道内部,增加其与催化剂的有效接触,是提高反应活性的有效途径.此外,在催化剂晶格中掺杂其它金属离子形成固溶体结构,可提高其氧化还原性能,也可有效提高其碳烟燃烧活性.SnO2富含活泼的表面缺位氧和可还原的晶格氧,且其熔点高达1630 oC,具有良好的热稳定性,被广泛用于制备气体传感、电化学和催化等材料.在过去的6年中,本课题组在SnO2催化化学领域做了大量系统的工作,将SnO2基催化材料用于多种环保和能源反应.发现通过其它阳离子Fe3+,Cr3+,Ta5+,Ce4+和Nb5+等的掺杂,替换晶格中部分Sn4+形成金红石型SnO2固溶体结构,可显著提高催化剂氧物种的流动性、活性和本身的热稳定性.本文采用胶体晶体模板法制备出了Ce4+,Mn3+和Cu2+离子掺杂的SnO2三维有序大孔固溶体催化剂用于松散接触条件下的碳烟催化燃烧.采用SEM,TEM,XRD,STEM-mapping,O2-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征,研究其碳烟催化燃烧性能.SEM和TEM结果表明已成功合成三维有序大孔结构样品.XRD,Raman和STEM-mapping结果表明,Ce4+,Mn3+和Cu2+离子均进入四方金红石型SnO2晶格形成固溶体结构.另外,Raman,H2-TPR,XPS和O2-TPD等结果发现上述离子掺杂三维大孔SnO2后,催化剂表面形成了更活泼、丰富的氧物种,有利于碳烟颗粒燃烧.其中3DOM-Cu1Sn9催化剂具有最丰富的活泼氧中心,因此表现出最高的活性.     

溶胶-凝胶和浸渍法制备的铜催化剂在仲丁醇脱氢反应中的研究

采用溶胶-凝胶和浸渍法制备Cu/SiO2催化剂, 研究了不同制备方法对催化剂表面Cu物种的存在状态和其催化性能的影响. 采用BET, XRD, EPR和TPR等手段对催化剂进行了表征, 结果表明, 溶胶-凝胶法可制备高分散铜催化剂, 该催化剂中存在孤立的不可还原的Cu2+和可还原的Cu2+簇两种物种. 浸渍法制备的催化剂中含有可还原的Cu2+簇物种. 反应活性测试结果表明, 不可还原的孤立Cu2+呈高分散状态, 但其对仲丁醇脱氢反应没有活性; 可还原的Cu2+在反应过程中被还原成Cu0, Cu0是反应稳定脱氢的活性中心.     

基于环糊精配体骨架化合物的铜离子电化学行为及其检测

采用绿色环保、生物兼容的寡糖(γ-环糊精)配体,与钾合成新型金属有机骨架化合物K+-CDMOFs,并对其进行透射电镜、傅立叶红外光谱和X射线衍射表征。用循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了铜离子在K+-CD-MOFs修饰玻碳电极上的电化学行为,并对电解液、p H值和扫速进行优化。结果显示,在p H 5.0醋酸缓冲溶液,扫描范围-0.4~0.4 V,扫速0.1 V/s的条件下,铜离子浓度在0.1~91.7 mg/L范围内与其峰电流呈良好线性关系,检出限(S/N=3)为0.018 mg/L,表明这种新型材料有较好的电化学活性。同时考察了钙、锌、镁、铅、镉、汞离子对铜离子测定的影响,结果显示合成材料表现出良好的选择性,除汞离子外,其他阳离子对峰电流无明显影响。该方法灵敏度高、重现性好、稳定性高,具有一定的抗离子干扰能力,可快速、准确用于工业废水中铜离子的测定。这种新型有机骨架材料制备的电化学传感器在重金属检测中具有一定的应用潜力。     

Fe~(3+)离子对二氧化钛光电化学催化性能的影响

应用电化学阳极氧化法制备Ti上多孔状纳米晶TiO2薄膜,以及不同Fe3+离子掺杂量的二氧化钛薄膜.研究了Fe3+离子掺杂对二氧化钛薄膜吸收光谱和光催化活性的影响,发现Fe3+的掺杂使薄膜的吸收带边发生红移,在可见光照射下其光催化活性也有一定的提高.     

锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过UV-Vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

基于氮硫掺杂的石墨烯量子点电化学发光传感器的构建及检测铜离子的研究

石墨烯量子点（GQDs）作为一种新型的纳米材料,由于其低毒性、易于表面功能化等优点而受到广 泛关注。该文通过一步溶剂热法合成了氮硫共掺杂石墨烯量子点（N,S－GQDs）,与未掺杂的GQDs相比,其 电化学发光（ECL）信号得到极大增强。在外电压作用下,N,S－GQDs由基态跃迁到激发态,在返回基态的 过程中释放出光能。加入Cu2+ 后,Cu2+ 与N,S－GQDs发生络合作用,使可被激发的N,S－GQDs减少,ECL 信号降低,Cu2+ 浓度越大,ECL降低程度越大。利用Cu2+ 对N,S－GQDs ECL信号的降低作用,以壳聚糖为连 接剂,构建了用于检测铜离子的新型 N,S－GQDs ECL 传感器。考察了缓冲溶液种类与 pH 值,共反应剂 S2O2 - 8 浓度对ECL信号强度的影响。在优化条件下（60 mmol/L pH 7. 5 Tris－HCl,50 mmol/L S2O2 - 8 ）,Cu2+ 的线 性范围为0. 01～35 μmol/L,检出限为1. 7 nmol/L。方法可实现对工业废水中铜离子的快速、灵敏、选择性检测。 该研究为实际样品中重金属离子的快速检测做了铺垫,拓宽了纳米材料在电化学发光传感领域中的应用。     

氧化镁负载钼钒磷酸铜催化剂上正己醇氧化脱氢制正己醛

 采用乙醇溶液浸渍法制备了MgO负载的Cu2PMo11VO40催化剂,考察了催化剂对正己醇氧化脱氢生成正己醛的催化性能,确定了最佳反应条件. 催化剂经50 h反应后活性没有下降,生成正己醛的选择性保持在96.0%以上. IR光谱和TPR结果表明,在反应条件下催化剂上不断有V5+从Keggin结构中移出,与Cu2+一起作为抗衡离子存在于Keggin结构单元之外,形成缺位的Keggin型结构,使催化剂处于活化状态; Cu2+的存在使催化剂的还原温度降低,Keggin结构之外的V5+与Cu2+之间存在相互作用,可使催化剂活性提高.     

掺杂铁酸盐的制备、结构及其催化分解CO2成C的性能

采用混合离子共沉淀法制备掺杂铁酸盐,采用XRD,TGA和H2-TPR等手段对其结构进行了表征,并考察了其直接催化分解CO2成C的性能.研究结果表明,用混合离子共沉淀法能够制备出纳米级晶粒、且为单一尖晶石结构的Cr3+掺杂的NiFe2O4.所掺杂的Cr3+进入NiFe2O4的晶格B位,极大地促进了NiFe2O4在还原氧化过程中结构的稳定性,分解CO2反应后,NiFe2O4的结构易恢复,从而明显地提高了其分解CO2成C反应的循环寿命(35次以上)和积炭量(25.3%).     

常压回流掺钴钙锰矿锂离子电池正极材料

常压回流法制备掺杂钴离子的钙锰矿,X-射线衍射(XRD)、热重(TG)、化学分析等测试表明:钙锰矿均为单一相,组成为MgxCoyMnOz·nH2O,其中0.18≤x≤0.22、0≤y≤0.24、2.10≤z≤2.53、0.35≤n≤0.73.以掺钴钙锰矿作锂离子二次电池正极材料,组成为Tod-Co10%(10%Co的Mg0.18Co0.12MnO2.19·0.45H2O)电极放电性能最佳,其首次放电比容量为219mAh/g,100次循环充放电仍有102mAh/g.对比之下,未掺钴的Tod-Co0%电极(钙锰矿)首次放电比容量为211mAh/g,30次循环后为37mAh/g.     

单斜层状结构锂离子电池正极材料LiYxMn1-xO2的合成及电化学性能

以Na2CO3 、(CH3CO2)2Mn•4H2O、Y2O3和CH3COOLi•2H2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn1-xYxO2 (x=0.01,0.02,0.03,0.05) 化合物。通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。X射线衍射测试结果表明,所得产物均具有单斜层状结构。循环伏安及恒电流充放电测试结果表明,合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用, 钇离子的引入可以部分取代原有的三价锰离子, 由于钇离子的离子半径较三价锰离子大, 因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大, 在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道, 更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO2 材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY0.021Mn0.979O2化合物,其首次放电比容量为125.7 mA·h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1 mA·h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138 mA·h/g。交流阻抗测试结果表明, Y3+的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li+的扩散能力。     

锂离子电池负极材料Cu2O的制备及电化学性能

采用多元醇法,以丙三醇、氢氧化钠、硫酸铜为原料,在油浴中共热制备Cu2O．通过X射线衍射分析（XRD）和电化学测试对材料进行了表征．结果表明,丙三醇能够将Cu^2＋还原为Cu^＋．并且,采用该方法制备出的Cu2O材料作为锂电池负极材料,具备较好的循环性能．     

空穴掺杂对Li1-xCuVO4(x≤0.1)一维自旋链材料光谱性质的影响

采用固相烧结方法合成了部分Li+缺失的一维自旋链材料Li1-xCuVO4(x≤0.1). X射线衍射和Raman光谱分析结果表明, 所得材料属于正交晶系, 具有反尖晶石结构; Li+的缺失并未对材料的长程和短程结构具有明显的影响. X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明, 空穴掺杂前后, O离子和V离子的价态并未随Li+缺失而发生改变, 仍然为-2价和+5价. 而Cu离子的2p53d10 L态向高结合能区发生了偏移, 说明在部分Cu2+上出现了空穴, 形成了Cu3+.     

Sc3+ 掺杂的尖晶石型LiMn2 O4 正极材料制备及性质

A series of Sc3+-doped spinel lithium manganese oxides Li1+xScyMn2-yO4（y=0.01, 0.02, 0.06, and 0.10）were synthesized by solid state reaction using LiOH·H2O, MnO2, and Sc2O3 as starting materials. The results of powder X-ray diffraction indicated that the doped Li1+xScyMn2-yO4 maintain the cubic structure of spinel phase Fd3m. The electrochemical properties were characterized by electrochemical methods. The initial discharge capacity reached 135 mAh/g and the capacity fading rate was less than 2% after 40 cycles. The spinel phase was well preserved after 40 cycles. The doping of Sc3+ effectively improved the cycleability of spinels, and was a promising way for the improvement of spinel LiMn2O4 cathode materials.     

TiO2纳米管电极金属离子掺杂的表征

采用浸渍法对TiO₂纳米管电极进行Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺离子的掺杂改性,并进行了各种性能表征.扫描电镜(SEM)及X射线衍射光谱(XRD)结果表明,金属离子掺杂后的TiO₂纳米管电极依然保持了良好的表面形态及锐钛矿晶型,纳米管的直径为60-100 nm,其晶面主要为101面;可见紫外漫反射光谱(DRS)分析表明,进行掺杂的TiO₂纳米管电极的光学性质有不同程度的改变,Zn²⁺、Fe³⁺和Cu²⁺掺杂的TiO₂纳米管电极的禁带宽度分别为3.37 eV3、.14 eV、2.86 eV.这表明掺Cu²⁺的TiO₂纳米管电极的吸收边带发生了明显的红移.     

Synthesis of one-dimensional microporous todorokite and its catalytic activity in CO oxidation

Synthesis of an octahedral molecular sieve composed of Mn, Mg and O, known as todorokite, was studied in detail. The synthesis procedure is composed of three steps; layered birnessite synthesis, ion-exchange to buserite and final hydrothermal treatment of buserite. To obtain todorokites of different morphological properties, the aging time in the birnessite synthesis was varied. The effects of the aging time on properties of todorokites were studied by XRD, FE-SEM, TG-DTA, N₂ adsorption-desorption, FT-IR and CO-TPD. In addition, catalytic activities of various todorokites for CO oxidation were investigated and the correlation between properties and activities was discussed.     

Ag/Yb掺杂对Ca_3Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)热电性能的影响

采用溶胶凝胶及冷压方法,通过在Ca_3Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)体系中引入不同量的Ag~+或Yb~(3+)离子来调控体系的热电性能,制备了可在300~880 K下稳定存在且热电性能优良的陶瓷材料Ca_(3-x)Ag_xCo_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)(x=0.1,0.15,0.2,0.3)和Ca_(3-y)Yb_yCo_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)(y=0.05,0.1,0.2,0.3).通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对产物进行了表征,结果显示所制备的样品纯度较高,晶粒均匀,晶粒间较致密.适量的Ag~+,Yb~(3+)离子取代Ca~(2+)离子固溶到晶体中使制备的双掺杂材料晶胞体积发生了变化,但并未引起晶体对称结构的变化.电阻率和Seebeck系数的表征结果说明双掺杂优化了载流子的浓度,随着温度的升高电阻率不断减小,Seebeck系数不断增大.经过计算可知Seebeck系数的增大还有电子有效质量的贡献.热导率表征结果显示双掺杂体系的热导率随着温度的升高而减小,其中声子热导依然起主要作用,这与单掺杂体系的结果一致.随着温度的升高,双掺杂样品Ca_(2.7)Ag_(0.3)Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)在880 K下ZT值达到最大,为0.2.     

掺铜TiO2光催化剂光催化氧化还原性能的研究

利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂,分别以乙酸降解和二氧化碳还原反应为探针,研究了催化剂的光催化氧化光催化还原性能.结果表明,铜掺杂能显著提高催化剂的光催化性能;结合光电子能谱、X光衍射分析等物理表征结果,对铜掺杂改性机制进行了讨论.     

掺杂Cu的TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化活性

采用Sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Cu的TiO2纳米粒子,并用TG-DTA,XRD,XPS,UV-Vis和荧光光谱对样品进行了表征,考察焙烧温度和Cu含量对TiO2纳米粒子的性质及光催化活性的影响,初步探讨了Cu的掺杂对TiO2相变的作用机制及样品荧光光谱与光催化活性的关系.结果表明,Cu2+的掺杂对TiO2的相变有很大的促进作用,并使其光谱响应范围向可见光区拓展.Cu的掺杂未引起新的荧光现象,但适量Cu的掺杂能够降低TiO2纳米粒子的荧光强度.此外,在光催化降解苯酚的实验中,于500℃处理的掺杂Cu的TiO2纳米粒子的光催化活性较高,与表征结果一致.而掺杂不同量Cu的TiO2的光催化活性顺序与样品荧光光谱强度的顺序相反,即荧光光谱强度越低,其光催化活性越高.