具有聚阴离子型结构的Li₃V₂(PO₄)₃正极材料凭借比容量高、结构稳定性好、工作电压高以及成本低的综合性优势受到了广泛的关注, 被众多专家学者视为下一代锂离子动力电池正极材料的理想之选. 本文对Li₃V₂(PO₄)₃材料的结构、电化学性质、制备方法、存在的问题和解决的方案进行了详细的综述. 同时对Li₃V₂(PO₄)₃正极材料的发展趋势进行了展望.

基于密度泛函理论, 采用总能量平面波赝势方法, 设计了La_0.75Mg_0.25Ni_3.5-xCo_x　(x=0、0.25、0.5、0.75)系列合金, 并研究了其晶体及电子结构. 计算结果显示随着Co含量的增加, La原子上的电荷转移先增大后保持不变, 在Co含量为0.5时达到最大; 费米能级处的态密度值先增加后稍减小, Co含量在0.5时达到最大. 利用悬浮感应熔炼法制备了该系列合金La_0.75Mg_0.25Ni_3.5-xCo_x　(x=0、0.3、0.5、0.7). 对熔炼所得合金进行了结构和性能表征, XRD结果显示, 随着Co含量的增加, 合金的主相均为Ce₂Ni₇型AB_3.5相; 电化学测试显示, x=0.5时, 合金的放电容量和循环性能均较好, 为398.5 mAh/g, 容量保持率S₂₅₀为62%; PCT结果表明, 在室温条件下合金的吸氢平台在0.04~0.09 MPa之间, 当x=0.5时, 吸氢平台压最低, 为0.04 MPa, 同时吸氢量最大, 为1.587wt%. 综合分析计算和实验的结果, AB_3.5合金性能随Co添加量的变化趋势符合第一性原理计算的预测.

采用固相烧结反应法制备(Mg_1-xSr_x)₂Al₄Si₅O₁₈陶瓷. Sr掺杂促进低温相β-Mg2Al4Si5O18向高温相α-Mg₂Al₄Si₅O₁₈转变, 并拓宽了(Mg_1-xSr_x)₂Al₄Si₅O₁₈陶瓷的致密化烧结温度范围. X射线衍射结果表明在0≤x＜0.2范围内, (Mg_1-xSr_x)₂Al₄Si₅O₁₈陶瓷以(Mg,Sr)₂Al₄Si₅O₁₈堇青石固溶体形式存在; 在0.6＜x≤1.0范围内, 以(Sr, Mg)Al₂Si₂O₈固溶体存在. 用扫描电子显微镜观察表明Sr掺杂可以有效地降低Mg₂Al₄Si₅O₁₈陶瓷的气孔率与微裂纹, 促进SrAl₂Si₂O₈锶长石晶粒生长与均匀分布. 在0≤x≤0.4范围内, (Mg_1-xSr_x)₂Al₄Si₅O₁₈陶瓷介电常数基本保持在7.0左右. 在0.6≤x≤1.0范围内从7.0增加到8.5. Q_f值在0≤x≤0.2范围内从24100 GHz显著地提高到   38900 GHz, 然后逐渐降低至SrAl₂Si₂O₈的14500 GHz.

通过机械球磨对ZnO粉末进行处理. 采用XRD、SEM对不同球磨时间的ZnO粉末的相结构和形貌进行表征, 用恒电流充放电实验研究其在锌镍电池体系中的放电特性和循环稳定性, 并结合循环伏安法探讨其充放电机理. 实验结果表明, 球磨过程中位错的形成和运动导致晶粒尺寸的减小和晶格应变值的增大, 晶粒尺寸由135.6 nm减小至17.9 nm, 晶格应变值相应地从0.06%增加到0.57%. 球磨处理提高了ZnO粉末的电化学反应活性, 因而其放电容量逐渐增加. 当球磨时间达到100 h时, ZnO的放电容量达到300.6 mAh/g, 比未球磨的高50 mAh/g.

采用水热法制备了ZnO纳米棒, 以ZnO纳米棒为原料制备出ZnO/TiO₂纳米管晶膜电极并应用于染料敏化太阳能电池. 用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDX)和N2吸脱附分析等研究了样品的结构、表面形貌和化学组成, 并通过紫外?可见光度计和电化学工作站探讨了煅烧温度在80 ~ 600℃范围内ZnO/TiO₂纳米管电极的光电化学性能. 此外, 研究经TiCl₄化学处理的ZnO/TiO₂纳米管电极光电性能的改善情况. 结果表明, 600℃煅烧的ZnO/TiO₂纳米管电极制备的染料敏化太阳能电池表现出较优的光电性能, 其短路电流密度(J_sc)为 2.28 mA/cm², 开路电压(V_oc)为0.631 V, 光电转换效率η为0.66%. 600℃煅烧的ZnO/TiO₂纳米管经TiCl₄处理后的染料敏化太阳能电池的光电性能得到显著改善, 其光电转换效率η提高到1.06%.

采用氧化石墨和七水合硫酸锌作为初始反应物, 在低温下(80℃)合成了氧化石墨/ZnO, 然后通过低温剥离法制备了高质量石墨烯/ZnO (GNS/ZnO)复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重分析仪(TG)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段对石墨烯/ZnO样品进行了表征. 结果表明: 氧化石墨还原彻底, 纳米ZnO成功地负载到了石墨烯上, 有效地减少了石墨烯片层间的团聚现象. 通过对ZnO和石墨烯/ZnO荧光性能测试, 结果表明: 石墨烯/ZnO发生了荧光淬灭现象, 在光电子领域拥有广阔的应用前景.

利用有机合成技术及超分子自组装技术逐级合成了一种新颖的石墨烯基超分子杂化纳米材料, 并利用红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等确认了产物的结构. 同时, 热重(TG)研究表明: 在50~400℃的测试范围内, 源于界面相互作用的提高, 逐级引入的有机基团显著增加氧化石墨烯衍生物的热稳定性能.该材料在开发具有新颖性能的石墨烯基有机-无机杂化复合材料具有一定的实践意义及理论价值.

金属铀的化学性质十分活泼, 极易发生氧化腐蚀. 为改善基体的抗腐蚀性能, 采用非平衡磁控溅射技术在金属铀表面制备了不同氮含量的CrN_x薄膜. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、动电位极化曲线, 分别研究了薄膜形貌、物相结构、表面元素化学价态及抗腐蚀性能. 结果表明, 当氮流量为10 sccm时薄膜主要为体心立方的α-Cr, 随氮流量的增大, 薄膜转化为六方Cr₂N和立方CrN结构, 其择优取向由Cr(110)转化为Cr₂N(111)及CrN(200), 金属态Cr的含量逐渐减少, 氮化态Cr的含量增多, Cr2p3/2的结合能峰位逐渐向高结合能方向移动. CrN_x薄膜呈纤维状结构, 当氮流量增大到30 sccm时, 生成了Cr₂N的密排结构, 有效改善了薄膜的致密性. 在金属铀表面制备CrNx薄膜后, 自然腐蚀电位增大, 腐蚀电流密度降低, 当氮流量增大到30 sccm时, 薄膜的自然腐蚀电位提高了近550 mV左右, 腐蚀电流密度降低约两个数量级, 有效改善了贫铀表面的抗腐蚀性能.

采用物理气相传输法(Physical Vapor Transport, PVT)沿[0001]方向生长了一个直径为2英寸的氮掺杂6H-SiC晶体. 采用拉曼面扫描方法对晶体中多型的分布进行了细致表征, 研究了SiC晶体生长过程中多型的产生和演化. 在6H-SiC晶体中观察到了15R-SiC和4H-SiC两种多型. 在拉曼面扫描得到的晶体多型分布图上观察到了两类次多型结构区域, 一类是继承其生长界面上对应的次多型结构形成的次多型结构区; 另一类是由温度、压力等生长条件波动导致在6H-SiC主多型中出现的15R-SiC多型结构区. 第一类次多型结构区中掺入的氮元素较多, 载流子浓度较高, 并且随着晶体生长不断扩大; 第二类次多型结构区对晶体结晶质量的影响较小, 且提高生长温度可以抑制15R-SiC多型结构.

研究了铋离子掺杂磷铝酸盐玻璃近红外发光与光学碱度的反常现象. 研究发现, 通过改变碱金属离子半径调节玻璃基质光学碱度, 在808 nm激光激发下铋离子位于1300 nm波段的近红外宽带发光强度随光学碱度的增大而增强, 而在690 nm激光激发下得到的1100 nm波段近红外发光强度则随着光学碱度的增大而减弱. 该玻璃1300 nm波段近红外发光强度与光学碱度依存关系与以往报道结果相反, 且也与1100 nm波段发光特性相反. 根据上述结果可以推测玻璃中1100和1300 nm波段的近红外发光源于不同价态的铋离子, 而该玻璃体系的基质结构自还原作用是导致上述现象产生的主要原因.

研究了AgInSbTe相变薄膜作为一种新的热刻蚀材料的腐蚀特性。采用射频磁控溅射的方法在室温下制备了非晶态AgInSbTe薄膜, 经真空加热退火晶化. 以氢氧化钠溶液作为腐蚀剂, 研究了退火温度、腐蚀剂浓度、腐蚀时间对晶态、非晶态 AgInSbTe薄膜腐蚀特性的影响. 结果表明: 以非晶态形式存在的沉积态AgInSbTe薄膜在0.001 mol/L氢氧化钠溶液中腐蚀速度小于0.04 nm/min, 退火晶化后, 薄膜的腐蚀速度大幅度提高, 晶态和非晶态薄膜的腐蚀选择比随退火温度的升高而增大. 当腐蚀时间为20 min时, 经300℃真空退火的晶态AgInSbTe薄膜比相应非晶态的腐蚀速度高45倍以上. 腐蚀后薄膜表面质量良好(粗糙度＜1 nm, 10 μm×10 μm区域). 并对AgInSbTe相变薄膜的腐蚀机理进行了讨论.

通过添加重金属钡的酸碱溶液, 在不同外界条件下, 研究了磷酸盐激光玻璃表面结构在酸碱侵蚀过程的反应机理. 结果表明, 酸碱对磷酸盐激光玻璃的侵蚀过程主要包括金属阳离子析出和[PO₄]网络结构破坏等两个重要过程. 金属阳离子的析出主要是非桥氧结构P-O-M(M为K⁺、Ba²⁺、Al³⁺等阳离子)在酸碱作用下生成P-O-H基团, 而[PO₄]网络结构的破坏则是指玻璃网络原有的Q²结构在酸碱的侵蚀下逐渐向Q¹和Q⁰转变. 据此, 推导了磷酸盐激光玻璃在酸碱侵蚀过程中的反应模型.

采用溶胶-凝胶法, 在FTO(SnO₂:F)低辐射镀膜玻璃衬底上制备了柱状晶体结构的TiO₂薄膜, 获得双层结构FTO/TiO₂镀膜玻璃样品. 研究了TiO₂薄膜厚度对FTO/TiO₂镀膜玻璃样品的光催化活性、低辐射性能以及透光性能的影响. 结果表明, FTO/TiO₂镀膜玻璃样品光催化活性随着TiO₂薄膜厚度的增加先升高后下降, 在TiO₂薄膜厚度为300 nm时光催化活性最佳; 低辐射性能随着TiO₂薄膜厚度的增加而下降, 但TiO₂薄膜厚度为300 nm时仍然具备一定的低辐射性能; 透光性能与TiO₂薄膜膜厚的关系不大, 可见光透射比保持在72%左右; 表面平均粗糙度约为1 nm, 表面光滑, 不易沾染油污灰尘. 该镀膜玻璃在保证低辐射建筑节能和透光的前提下, 兼具光催化自清洁功能, 具有很好的应用前景.

分别以阳极氧化处理的6061铝合金和纯铝为载体, 用液相沉积的方法在载体上制备了二氧化钛薄膜. 结果表明, 在6061铝合金上的TiO₂纳米薄膜呈现带有孔洞的竹节状结构, 而纯铝基片上的TiO₂纳米薄膜具有良好的一维贯通结构. 这主要是在AAO模板制备过程中, 由于铝合金中的合金元素Mg被氧化, 其产生的氧化物体积比Al₂O₃的体积小所致. 在铝合金表面的TiO₂薄膜光催化性能优于纯铝表面的TiO₂薄膜. 铝合金表面制备的TiO₂薄膜因其特殊的带孔洞的竹节状结构, 使其比表面积比纯铝上的TiO₂薄膜大, 因此其光降解甲基蓝效果更好. TiO₂对甲基蓝的光催化降解符合一级反应动力学公式, 在0.1 mol/L的氟钛酸铵溶液中沉积得到的TiO₂薄膜光催化性能最好, 表观反应速率为k=0.00444/min.

以硝酸铋和六次甲基四胺为原料, 采用沉淀法合成了不同氮掺杂量的Bi₂O₃(N-Bi₂O₃)粉体, 并采用XRD、FT-IR、XPS、UV-Vis、PL手段对其晶相结构和光谱特征等进行了表征. 研究结果表明, 未掺杂Bi₂O₃为单斜相α-Bi₂O₃, 氮掺杂Bi₂O₃则为四方相β-Bi₂O₃和Bi₅O₇NO₃组成的混晶, 氮原子替代了Bi₂O₃晶格中部分氧原子, 形成了Bi-N键而稳定存在. 氮掺杂能促进β-Bi₂O₃的生成. 与未掺杂Bi₂O₃粉体相比, 氮掺杂样品的吸收带边发生了明显红移, 荧光强度明显减弱. 甲基橙在可见光下的降解实验表明, 氮掺杂Bi₂O₃具有良好的可见光催化活性.

分别以阴、阳离子表面活性剂和聚合物作为表面修饰剂, 以四氯乙烯、十二烷基苯和Isopar H作为分散介质, 研究纳米TiO₂电泳粒子表面荷电性质及其荷电量的可控制备. 研究结果表明，阳离子表面活性剂修饰的TiO₂粒子的ξ电位在四氯乙烯中呈负性, 在十二烷基苯和Isopar H中呈正性; 阴离子表面活性剂的修饰产物则相反. 进一步研究了十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和苯乙烯/二乙烯苯修饰的TiO₂粒子体系中电荷控制剂的浓度对TiO₂粒子荷电量的影响. 结果表明TiO₂电泳粒子的ξ电位在电荷控制剂的临界胶束浓度附近存在极小值, 并随着浓度的增加而有规律地变化, 但荷电性质不改变. 根据这一规律可实现对粒子表面电荷的可控制备.

采用医药级蒙脱石和钠基蒙脱石作载体材料, 通过溶液插层法制备了头孢拉定/蒙脱石插层化合物. 采用紫外分光光度法定量计算其载药量, 采用X射线衍射和傅立叶红外光谱测试定性分析其结构, 研究其层间结构变化情况. 结果表明, 头孢拉定与蒙脱石发生插层反应主要是由于离子交换作用, 简单的物理混合不能使二者发生插层反应. 钠化后的医药级蒙脱石有较好的离子交换特性, 易于发生插层反应. 医药级蒙脱石和头孢拉定在水中进行插层反应后, 蒙脱石的层间距减小; 而钠基蒙脱石和医药级蒙脱石钠化改性后制备的插层化合物层间距均增大.

Mesoporous carbon CMK-3 was synthesized by using SBA-15 silica mesoporous as hard template and characterized through nitrogen adsorption/desorption and low angle X-ray diffraction. As-prepared material with large pores and high surface area was used to remove Orange G dye from aqueous solution. Adsorption experiments were carried out as batch studies at variety of contact times, pH, initial dye concentrations, temperatures and salt concentrations. Langmuir and Freundlich isotherm models were employed to simulate the equilibrium data of anionic dye. It was found that the equilibrium data were well represented by the Langmuir isotherm, yielding maximum monolayer adsorption capacity of 189 mg/g. Experimental data were analyzed using pseudo-first order and pseudo-second order kinetic models and obtained results indicated that kinetics followed a pseudo-second order equation.

提出了一种新的氧化物电极制备方法: 微波热解法. 分别采用微波热解法及刷涂热解法来制备电极. 通过SEM、XRD、强化寿命、线性扫描等测试手段对两种电极进行了比较. 以酸性红G为目标物考察两种电极的电催化性能. 与传统刷涂热解法相比, 微波热解法所需操作时间较少(2 h), 操作步骤及强度也较低. 结果表明, 新方法制备得到的电极在表面形貌、氧化物晶型、电极稳定性、氧析出电位及电催化性能等方面, 相比于传统方法制备的电极, 均有一定程度的提升.