甄超
,
吴亭亭
,
Mohammad W. Kadi
,
Iqbal Ismail
,
刘岗
,
成会明
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60981-0
光电化学电池(如染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及光电化学水分解电池)是实现太阳能转化及存储的有效手段之一.其中,光电极是光电化学电池的核心组成部分,它集光吸收、光生电荷输运及转移等决定光转化效率的关键过程于一身,因此构筑高活性半导体光电极以实现高效太阳能转化利用引起研究者广泛关注.多孔TiO2纳米颗粒堆垛薄膜光阳极因具有大的比表面积,可提供更多的染料(量子点)担载和反应活性位点,在光电化学电池中表现出优异活性而被广泛研究.然而, TiO2纳米颗粒间大量存在的晶界对光生电荷有较强的散射作用,降低了光生电荷的收集效率.英国牛津大学Snaith研究小组利用模板辅助水热过程首次获得了(001)晶面占优的多孔单晶锐钛矿TiO2微米颗粒,这种多孔单晶TiO2微米颗粒在具有大比表面积的同时,其单晶结构还能有效去除晶界对电荷的散射作用,因而具有优异的电荷输运特性.利用这种多孔单晶TiO2微米颗粒组建的光阳极用于染料敏化太阳能电池中,展现出优异的太阳能光电转化性能.受该工作启发,各种形貌的多孔单晶TiO2微米颗粒作为光催化剂和光电化学分解水用光阳极材料被广泛研究,并表现出优异活性.在单晶微米颗粒堆垛成的薄膜光电极中,虽然单个单晶微米颗粒中晶界对电荷的散射作用被有效抑制,但是单晶颗粒间的晶界仍然存在并影响光生电荷的收集效率.为了彻底抑制晶界对光生电荷的散射作用,每个单晶颗粒都应该贯穿整个薄膜,例如一维TiO2纳米棒单晶阵列薄膜.虽然一维单晶阵列薄膜能够有效提高光生电荷的收集效率,但相对于多孔薄膜具有较小的比表面积,限制了担载染料(量子点)和反应位点的数量.为了增大TiO2单晶纳米棒阵列薄膜的比表面积,目前主要的手段包括调控纳米棒长径比、表面修饰TiO2纳米颗粒以及二次生长构建TiO2枝晶阵列.本文首次提出通过制备多孔单晶TiO2纳米棒单晶阵列薄膜来获得高比表面积和高光生电荷收集效率的光阳极,提高光电化学电池的效率.在透明导电薄膜(FTO)表面利用水热生长TiO2纳米棒阵列薄膜之前,预先在FTO基体上沉积一层SiO2球密堆模板, TiO2纳米棒单晶阵列在从FTO表面向上生长过程中,会将SiO2球模板包裹进TiO2纳米棒中,再通过碱溶液将SiO2球模板溶解,首次在FTO基体上原位生长出多孔单晶TiO2纳米棒阵列薄膜.将所得多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列薄膜作为光电化学分解水电池光阳极,其光电化学分解水活性相对于实心单晶金红石TiO2纳米棒阵列提高了2.6倍.多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列光阳极性能的提升可归因于：(1)多孔结构赋予多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列薄膜更大的比表面积,可提供更多的反应活性位点；(2)多孔结构能够有效缩短单晶金红石TiO2纳米棒中光生电荷体相输运距离,提高光生电荷的收集效率；(3)多孔结构通过对光多次反射吸收可有效增强光吸收,产生更多光生电荷参与水分解反应；(4)在制备过程中引入Si掺杂,导致多孔单晶金红石TiO2纳米棒带隙扩大了0.1 eV,带隙增大归因于导带位置负移0.1 eV,光生电子具有更强的还原能力,光电流起始电位相应负移约0.1 V.
关键词:
氧化钛
,
光阳极
,
多孔
,
单晶
,
纳米棒阵列
吴亭亭
,
康向东
,
Mohammad W. Kadi
,
Iqbal Ismail
,
刘岗
,
成会明
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60996-2
光催化反应发生在半导体材料的表面,材料表面的原子/电子结构直接影响光催化剂的活性或选择性。因此,发展具有特定晶面的半导体光催化剂受到各国学者的普遍关注,被认为是调控光催化材料性能的有效途径之一。自2008年yang等首次合成高表面能{001}晶面占优的锐钛矿TiO2单晶以来,控制合成暴露不同晶面TiO2晶体的研究得到了迅猛的发展,已发展了多种方法合成了具有不同晶面的TiO2晶体。研究表明,选择性地暴露特定的活性晶面能够显著地提高光催化剂的活性或者改变光催化反应的选择性。但是,含有完整晶面构型的TiO2单晶样品的颗粒尺寸一般都较大,通常为几微米,因而显著增加了光生载流子传输与分离的难度,并且导致材料较小的比表面积,限制了对光催化活性的进一步提高。能否在合成含特定晶面单晶的同时增加多孔结构成为有效解决这一问题的关键。最近, Crossland等采用晶种模板法成功合成了介孔的锐钛矿TiO2单晶,并且通过光电器件研究证实了采用该思路可进一步提高材料的光电性能。金红石TiO2在光催化全分解水方面具有独特的优势,然而关于多孔单晶金红石TiO2的研究相对较少,尤其是合成热力学不稳定的高表面能{111}晶面完全暴露的多孔金红石单晶面临较大的技术挑战因而一直未见文献报道。本文利用晶种模板法,以TiCl4溶液为含Ti前驱体、NaF为形貌控制剂、采用水热处理制备出不同比例{111}晶面的介孔金红石单晶。我们前期工作表明, NaF可作为形貌控制剂合成低表面能{110)晶面占优的介孔金红石单晶。本文发现,通过改变NaF的添加量,可有效调变{111}/{110}晶面比例,最终合成完全暴露{111}高表面能的介孔金红石TiO2单晶。扫描电镜结果显示,当添加20 mg NaF时,合成{110}占优的具有高长径比的介孔晶体；当NaF用量增加到40 mg时{110}晶面进一步缩短；至80 mg时则制备出{111})高能面完全暴露的金红石TiO2晶体。值得注意的是,对比研究表明,不采用模板合成了与多孔晶体完全相对应的不同{111}/(110}晶面比例的实心金红石晶体。透射电镜及选区电子衍射以及结合X射线衍射进一步证实,多孔的金红石TiO2晶体与实心金红石单晶均都为单晶结构,孔结构贯穿于样品内部且具有较高的晶面结晶性。氮气吸附实验发现,虽然三个不同晶面比例介孔金红石单晶样品间的形貌具有显著的差异,但比表面积非常相近(分别为24,25,28 m2/g),孔径也都为50 nm左右,该值与所用SiO2模板球的直径以及TEM观察结果相一致。光催化产氢性能结果表明,选择性的暴露活性晶面显著提高了光催化活性,仅含高能面{111}的介孔金红石单晶样品具有最高的产氢速率(约800μmol h–1 g–1),比常规{110}晶面占优的介孔单晶样品速率提高了约一倍。尤其比实心单晶样品的产氢速率提高了至少一个数量级,这应归结于介孔结构特性所导致的表面反应活性位增加、电子传输距离缩短以及光吸收增强协同作用的结果。
关键词:
二氧化钛
,
光催化剂
,
介孔
,
单晶
,
产氢
于荣
,
贺连龙
,
程志英
,
朱静
,
叶恒强
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2002.z1.140
用高空间分辨分析电子显微术研究了TiAl-W-Si合金中B2相的析出行为和元素W的分布.结果表明,α2/γ相界面台阶由于W的富集而成为B2析出相的择尤形核位置.B2相中,高达三分之一的Al原子被W原子置换,而在γ相中只固溶了很有限的W.另外,W也偏析在α2/γ和B2/γ相界面上.这些结果合理地解释了W对提高TiAl合金蠕变性能的显著作用.
关键词:
分析电子显微术
,
TiAl
,
析出相
,
偏析
Journal of Physics D-Applied Physics
The effect of Co addition combined with W on the microstructure and magnetic properties of nanocomposite magnets with composition of (1 - x wt%)Nd8.55Fe84.49W0.60 B-0.636 + x wt% CO, prepared by mechanical alloying, has been investigated. The addition of W can increase the unit cell volume of soft and hard phases in nanocomposite: magnets, and cause the anisotropy field of the hard phase component to increase. Therefore, the addition of W can improve coercivity. On the other hand, addition of Co leads to a decrease of the grain size of the alpha-Fe soft phase component in nanocomposite magnets annealed at temperatures lower than 670 degrees C. It leads further to a decrease of the optimal annealing temperatures, an increase of the remanence and maximum magnetic energy product, and a slight decrease of the coercivity. With increasing the content of Co, the dependence of remanence J(r) on annealing temperature T-a changes from a convex shape, giving a maximum, to a monotonically decreasing one. These phenomena have been explained in terms of the variation of grain growth and exchange coupling between the grains, due to the addition of Co and W.
关键词:
nd-fe-b;remanence enhancement;alloys;phase;microstructure;nb
HUANG Huimin CHEN Xinmin Central South University of Technology
,
Changsha
,
China HUANG Huimin Associate Professor
,
Department of Chemistry
,
Central South University of Technology
,
Changsha
,
China
金属学报(英文版)
The nature of the oxygen contained in β-W was investigated with DSC,X-ray analysis on quenched samples and Auger spectroscope.It was shown that the oxygen contained in nonpyrophoric β-W consists of the reversibly chemisorbed oxygen and the interstitial oxygen which could form an interstitial solid solution with β-W.It seems better to consider β-W to be a metastable phase of tungsten with the interstitial oxygen as stabilizer.
关键词:
tungsten
,
null
,
null
,
null
黄远辉
,
杨海涛
,
尚福亮
,
吴国根
,
汪晓
稀有金属材料与工程
用高温固相反应法制备出A_2W_3O_(12) 型稀土钨酸盐材料(A=Y,Er,Ho,Yb),用室温及高温XRD测定其在不同温度下的结构、晶胞参数及晶胞体积,并用TOPSA软件对其结构进行精修.发现除HO_2W_3O_(12)外,都具有较大的负热膨胀系数.据A. W. Sleight预测,HO_2W_3O_(12)具有较大的负热膨胀特性,但本实验却发现它并没有负热膨胀性,反而具有非常大的正热膨胀系数.
关键词:
稀土钨酸盐
,
高温XRD
,
HO_2W_3O_(12)
韩兵强
,
李楠
材料科学与工程学报
doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2003.06.020
以铝热法为基础制备了Al2O3/W复合材料,探讨了Al2O3含量对复合材料合成的影响.研究表明:主要物相为α-Al2O3、金属W.刚玉含量小于0 3时,温度影响不显著,大于0 3时,温度影响显著,有大量碳化物生成,且WC/W2C相对含量随Al2O3含量增加及煅烧温度的提高而增加.当刚玉含量为0 5mol时,有正交晶钨酸铝生成.随刚玉含量变化,金属钨分布从连续分布向弥散分布变化.连续分布的金属钨因被氧化铝包裹因此难以碳化,而弥散分布的金属钨则易于被碳化.
关键词:
铝热反应
,
相组成
,
显微结构
,
碳化
Physical Review B
The effect of W on the structural stability of TiAl intermetallic systems and the site preference of W in B2 and L1(0) TiAl were studied based on first-principles calculations. It was found find that about 15 at. % W addition, in good agreement with experiment, is required to stabilize the B2 structure in a TiAl base alloy. W was predicted to occupy Al sites in the B2 phase, but Ti sites in the L1(0) phase. The B2-stabilizing effect of W and its site preference can be explained perfectly on the basis of the pseudogap effect and the strong covalent W-Ti bonding. The strong W-Ti bonding pairs are maximized when W occupies Al sites in B2 TiAl. But when W occupies Al sites in L1(0) TiAl, the W-Ti bonding is weakened by the existence of Al in the alternating (002) plane, which can, however, strengthen the in-plane W-Ti bonding when W occupies Ti sites.
关键词:
gamma-titanium aluminides;electronic-structure;microstructure;deformation;systems;alloys
马德营
,
李佩旭
,
夏伟
,
李树强
,
汤庆敏
,
张新
,
任忠祥
,
徐现刚
人工晶体学报
本文采用低压金属有机化学气相沉积系统(LP-MOCVD)生长出Mg掺杂压应变分别限制多量子阱结构的AlGaInP/GaInP 660 nm LD外延材料,制作出腔长1000 μm、条宽150 μm的宽面半导体激光器.采用选择性Zn扩散在管芯两端面区制作出透明窗口结构来提高器件的腔面光灾变阈值(COD).透明窗口结构激光器最大连续输出功率为3.7 W,是正常结构的激光器COD饱和功率的4.4倍.激光器的特征温度T0为68 K,热阻为4.6 K/W.在热沉温度为20 ℃时进行了500 mW恒功率老化,老化时间为1000 h.
关键词:
窗口结构
,
Zn扩散
,
热阻
,
AlGaInP
,
半导体激光器
