人工晶体学报

刘俊杰, 关春龙, 易剑, 宋惠, 江南, 西村一仁

2023, 52(10): 1733-1744.

摘要 ( 418 )

PDF (11435KB) ( 521 )

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单晶金刚石具有超宽的禁带宽度、低的介电常数、高的击穿电压、高的热导率、高的本征电子和空穴迁移率,以及优越的抗辐射性能,是目前已知的最有前景的宽禁带高温半导体材料,被誉为“终极半导体”。但单晶金刚石在半导体上的大规模应用还有很多技术难题急需解决。本文聚焦大尺寸(英寸级)单晶金刚石衬底的化学气相沉积合成、剥离切片及研磨抛光技术,通过对近年来的相关文献进行整理,综述了相关方面的国内外研究现状。在此基础上,对未来单晶金刚石半导体材料的制备、剥离和研磨抛光进行了展望。

堆积硅料的阶跃分布孔隙率对准单晶铸锭过程籽晶熔化的影响

孙英龙, 郑丽丽, 张辉

2023, 52(10): 1745-1757.

摘要 ( 88 )

PDF (16150KB) ( 58 )

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本文针对光伏太阳能用准单晶硅铸锭系统的硅料熔化过程进行了数值模拟研究,尤其是孔隙率阶跃分布的堆积硅料熔化过程对籽晶熔化的影响。研究结果表明:堆积硅料孔隙率呈轴向阶跃分布有利于降低籽晶的熔化比例;籽晶的熔化界面形状主要受下层孔隙率影响,在特定的平均孔隙率范围内,上下两层孔隙率差异较小时,孔隙率的轴向阶跃分布对籽晶的熔化界面形状影响较小;当籽晶的熔化比例相近时,平均孔隙率越小,籽晶的熔化界面形状越平缓,越有利于籽晶边缘区域的保留;当平均孔隙率一定时,下层孔隙率越小越有利于籽晶边缘区域的保留。堆积硅料区域孔隙率呈径向阶跃分布会使籽晶的熔化界面形状发生畸变,内层孔隙率的逐渐增大会使籽晶的熔化界面形状由“凸”逐渐转变为“凹”,外层孔隙率不大于内层孔隙率时籽晶可以得到有效保留;内外两层孔隙率差值越小,籽晶的熔化比例越小。籽晶的熔化比例分布在不同轴向阶跃分布孔隙率下呈现一定的中心对称性,而在不同径向阶跃分布孔隙率下呈现一定的周期性,孔隙率均匀分布时的籽晶熔化界面形状优于其他情况。在实际工况条件下,可以根据由不同孔隙率分布条件下获取的籽晶熔化状态数据绘制的等值线图对堆积硅料区域的孔隙率分布进行合理配置。

激光浮区法生长TbYO₃晶体

赵鹏, 仵嘉玲, 夏聪, 马世会, 胡章贵

2023, 52(10): 1758-1765.

摘要 ( 109 )

PDF (8126KB) ( 164 )

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随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展,对可见光-近红外区域的光学隔离器要求逐渐增加。目前设备原件正趋于小型化发展,工业应用最广泛的铽镓石榴石(TGG)晶体因其较小的Verdet常数,无法满足未来高功率激光器的需要。Tb₂O₃具有较高的Verdet常数,但是高熔点和相变机制使其难以通过常规提拉法进行单晶生长。本研究通过向Tb₂O₃中掺杂Y₂O₃,研究了不同掺杂浓度下(Tb_xY_1-x)₂O₃的晶体生长。在n(Tb)∶n(Y)=1∶1时,通过激光浮区(LFZ)法生长了TbYO₃单晶,而纯净的Tb₂O₃和(Tb_0.3Y_0.7)₂O₃单晶无法通过该方法合成。TbYO₃晶体具有较高的Verdet常数(445 nm处为529 rad·T^-1·m^-1,880 nm处为116 rad·T^-1·m^-1),为TGG晶体(445 nm处为350 rad·T^-1·m^-1,880 nm处为49 rad·T^-1·m^-1)的1.51~2.37倍。因此,TbYO₃晶体可以有效减少构建光学隔离器的介质长度或降低嵌入光学隔离器所需的磁场强度。此外,TbYO₃晶体还具有11 W·m^-1·K^-1的中等热导率,1.67 GW·cm^-2的高激光损伤阈值。这些优点可以使TbYO₃晶体成为一种有吸引力的磁光材料。

壳聚糖对SiO₂@PDA光子晶体色牢度的影响研究

张翡, 杨辉

2023, 52(10): 1766-1772.

摘要 ( 61 )

PDF (13094KB) ( 32 )

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本文旨在丝绸基底上获得一种结构稳定、色彩明亮的涂层结构。以单分散SiO₂@PDA微球为光子晶体的前驱体,在丝绸上构建SiO₂@PDA光子晶体,通过壳聚糖溶液对结构色丝绸进行后处理,探究不同质量分数的壳聚糖溶液对结构色丝绸色牢度的影响。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察SiO₂@PDA光子晶体结构的微观形貌,能谱仪(EDS)表征SiO₂微球样品的元素组成,X射线衍射仪表征SiO₂和SiO₂@PDA微球的物相结构,并通过摩擦测试和水洗测试探究结构色丝绸的色牢度。本实验制备的SiO₂和SiO₂@PDA微球粒径大小均一、单分散性良好,SiO₂@PDA光子晶体结构呈周期性紧密排列。与未通过壳聚糖溶液处理的结构色织物相比,在质量分数为3%的壳聚糖溶液后处理下,摩擦测试和水洗测试后结构色脱落较少,仍能保持原来的颜色。实验表明,壳聚糖溶液处理可以有效提高结构色织物的色牢度。

铜锑硫薄膜太阳电池的数值模拟研究

佟蕾, 国嘉嵘, 李清, 苗佳怡, 李春然, 钟敏

2023, 52(10): 1773-1779.

摘要 ( 56 )

PDF (3542KB) ( 53 )

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用SCAPS构建了铜锑硫薄膜太阳电池模型,计算了器件的性能。分别研究了吸收层厚度、载流子浓度、缺陷密度和背电极功函数对器件性能的影响。结果表明,过薄的吸收层对绿光和红光吸收不充分,1.5~3 μm厚的吸收层能满足光谱吸收要求。当受主浓度为2×10¹⁸ cm^-3时,器件光电转换效率最高。缺陷密度大于10^-14 cm^-3时,器件的光电转换效率急剧降低。贫铜富硫气氛制备铜锑硫可以提高受主浓度,减小开路电压亏损,也可以抑制硫空位缺陷形成,从而提高器件的光电转换效率。功函数较高的材料能降低背电极势垒,减少载流子在背电极复合。材料参数优化后,器件的光电转换效率最高为21.74%。

单层BiSbTeSe₂热电性能的第一性原理研究

张倩, 毕亚军, 李佳

2023, 52(10): 1780-1786.

摘要 ( 50 )

PDF (5168KB) ( 13 )

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本文利用第一性原理计算并结合玻尔兹曼输运方程,预测了一种热电性能优良的新型Bi₂Te₃基材料,即单层BiSbTeSe₂。通过系统计算单层BiSbTeSe₂的电子能带结构和热电输运性质,发现单层BiSbTeSe₂在300 K时的塞贝克系数达到最高值(522 μV· K^-1),在500 K时功率因子与弛豫时间的比值最大为5.78 W· m^-1·K^-2·s^-1。除此之外,单层BiSbTeSe₂还具有较低的晶格热导率和较高的迁移率。在最佳p型掺杂下,单层BiSbTeSe₂在500 K时的热电优值 ZT高达3.95。单层BiSbTeSe₂的优良性能表明其在300~500 K的中温热电器件领域具有潜在的应用价值,可以为进一步开发高性能Bi₂Te₃基热电材料提供设计依据。

二维层状In₂Se₃材料的快速制备及结构特性研究

俞书昕, 金泽辛, 陈容, 李韬, 祖翔宇, 吴海飞

2023, 52(10): 1787-1792.

摘要 ( 59 )

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In₂Se₃二维层状材料具有优异的光电、热电和铁电特性。目前In₂Se₃二维层状材料大部分通过对化学气相输运(CVT)法制备的块体In₂Se₃进行机械剥离获得,CVT法制备工艺复杂、制备时间长、成本高,与之相比,布里奇曼(B-S)法具有制备工艺简单、制备效率高、成本低的优势。为此,本文对CVT法和B-S法制备的块体In₂Se₃分别进行了机械剥离,并转移到SiO₂/Si(111)基底,获得了相应的二维层状In₂Se₃样品。同时利用原子力显微镜(AFM)、激光拉曼和X射线衍射(XRD)对两样品进行表面形貌、晶格振动谱和结晶质量的测量,发现用B-S法制备、剥离的样品具有与CVT法制备、剥离样品几乎相同的表面原子级平整度和单晶结晶质量。本文为高质量二维层状In₂Se₃材料的获得提供了更为经济实用的途径。

X(PO₃)₂(X=Zn, Cd, Hg)电子结构与光学性质的第一性原理研究

周新圆, 江豹, 王云杰, 赵璨, 苏欣

2023, 52(10): 1793-1800.

摘要 ( 67 )

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晶体材料的微观结构对于宏观性能有着决定性的作用,探究材料电子结构与光学性质之间的关系是合成新型材料研究的基础方向之一。本文基于密度泛函理论的第一性原理,系统地对X(PO₃)₂(X=Zn, Cd, Hg),这三例阳离子含d¹⁰电子构型元素的三元磷酸盐晶体的电子结构与光学性质进行了研究。Zn(PO₃)₂、Cd(PO₃)₂和Hg(PO₃)₂三种材料的带隙宽度依次减小,分别为5.089、4.065和 2.942 eV。通过分析禁带附近的能带轨道归属,可知X(PO₃)₂的价带顶部由P原子、O原子以及阳离子的d轨道所占据,而导带底部则主要由P原子、O原子以及阳离子的s、p轨道所占据,此外P和相邻O原子的电荷密度分布图有明显重叠,证明P—O键具有较强的共价性。X(PO₃)₂的静态介电常数分别为3.13、2.76、3.24。计算可知在1 064 nm处Zn(PO₃)₂的双折射率为0.032,Cd(PO₃)₂的双折射率为0.025,Hg(PO₃)₂的双折射率为0.024,且通过分别计算化合物以及阴离子基团的双折射大小,分析出材料的双折射是P—O基团和阳离子协同作用的结果。同时对材料进行布居分析,计算元素得失电子的情况,再次验证了P—O基团相对于Zn—O、Cd—O、Hg—O具有较强的共价性。

Pd掺杂SnP₃单层对SF₆分解组分吸附的第一性原理研究

张瑞恩, 陈林聪, 赵海龙, 范晓舟

2023, 52(10): 1801-1808.

摘要 ( 48 )

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利用气敏传感器检测SF₆分解组分信息可评估GIS设备运行状态,及早发现绝缘缺陷。金属掺杂的SnP₃单层有着良好的吸附性能,在气体检测领域具有应用前景。本文基于第一性原理计算并分析了Pd-SnP₃单层吸附SO₂、H₂S、SOF₂和SO₂F₂后体系的吸附能、态密度、能隙与解吸时间等参数,探讨其用于气体传感器的可能性。结果表明:在吸附性能方面,Pd-SnP₃单层仅对SO₂F₂发生了化学吸附,且结合态密度、差分电荷密度与转移电荷分析进一步验证了该材料对SO₂F₂的吸附效果明显优于SO₂、H₂S和SOF₂;在传感特性方面,仅有SO₂F₂的吸附使体系的能隙发生了明显变化,且该气体可在398 K及以上温度下从Pd-SnP₃单层表面快速脱吸附。综合分析,Pd-SnP₃单层对SO₂F₂具有高选择性和检测性。因此,Pd-SnP₃单层具有成为检测SO₂F₂气敏材料的潜质。本研究为Pd-SnP₃单层在气敏材料领域的应用提供理论基础。

Dy³⁺掺杂Y₂MgTiO₆荧光粉的制备及发光性质研究

蒋小康, 张王曦月, 高峰, 周恒为

2023, 52(10): 1809-1815.

摘要 ( 47 )

PDF (7968KB) ( 19 )

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通过溶胶-凝胶法制备出一系列Dy³⁺掺杂的Y₂MgTiO₆(YMT∶Dy³⁺)荧光粉,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪对荧光粉的晶体结构、微观形貌及发光性质进行研究和分析。研究结果显示,YMT∶Dy³⁺荧光粉为双钙钛矿结构,Dy³⁺掺杂不改变样品的晶体结构。在近紫外光(352 nm)的激发下,样品的发射光谱显示出典型的Dy³⁺特征发射峰,分别是485 nm处的蓝光、578 nm处的黄光,以及650~700 nm的红光。当Dy³⁺摩尔浓度x=0.03时,荧光粉出现浓度猝灭效应,其浓度猝灭机制为电偶极子-电偶极子相互作用(d-d)。YMT∶Dy³⁺荧光粉的CIE色坐标明显受到Dy³⁺的浓度影响,其中YMT∶0.02Dy³⁺荧光粉的CIE色坐标为(0.406,0.407),位于暖白光区,可作为一种暖白光荧光粉应用于近紫外激发白光发光二极管(w-LEDs)。

LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺荧光粉的制备及发光性能研究

陆琴, 方传利, 王游, 吴冬妮, 王誉洁, 娄成龙

2023, 52(10): 1816-1821.

摘要 ( 42 )

PDF (4031KB) ( 29 )

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为提高蓝绿色荧光粉的发光性能,本文采用传统的高温固相法合成LaNbO₄∶Dy³⁺及LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺荧光粉样品。通过测试样品的XRD、荧光光谱和CIE色度坐标,研究Dy³⁺单掺,Dy³⁺、Ca²⁺共掺对LaNbO₄荧光粉性能的影响。结果表明:LaNbO₄∶Dy³⁺及LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺荧光粉的衍射峰都与标准卡衍射峰的位置相匹配。样品的激发光谱均由两个宽带激发峰和一系列尖锐激发峰组成,LaNbO₄∶Dy³⁺和LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺样品的最强激发峰位分别是387和472 nm。在波长为387 nm激发下,样品的最强发射峰值分别是575和477 nm。且当Dy³⁺掺杂浓度为0.05时,样品发光强度最佳。当Dy³⁺和Ca²⁺共掺,且Ca²⁺浓度为0.05时,样品的发光性能最好。通过色卡坐标可以观察到在蓝绿色区域LaNbO₄∶Dy³⁺,Ca²⁺比LaNbO₄∶Dy³⁺的坐标更加集中,由此可知Dy³⁺和Ca²⁺共掺LaNbO₄发光效果更好,发光性能更加稳定,表明该荧光粉是一种可被紫外光激发并且光致发光性能稳定的蓝绿色荧光粉。

红光拓宽型植物照明用荧光粉La₂MgTiO₆∶Pr³⁺,Mn⁴⁺的合成和发光性质探究

胡一凡, 陈嘉婷, 王延惠, 王维昊, 卢永虹

2023, 52(10): 1822-1828.

摘要 ( 63 )

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采用高温固相法合成了La₂MgTiO₆∶Mn⁴⁺、La₂MgTiO₆∶Pr³⁺、La₂MgTiO₆∶Pr³⁺,Mn⁴⁺单掺杂和双掺杂荧光粉,并通过X射线衍射、扫描电镜、荧光光谱等测试方法对荧光粉的物相结构、形貌和发光特性进行了表征及分析。结果表明:成功合成了La₂MgTiO₆∶Mn⁴⁺、La₂MgTiO₆∶Pr³⁺、La₂MgTiO₆∶Pr³⁺,Mn⁴⁺荧光粉且均为纯相;样品的粒径为1~2 μm;La₂MgTiO₆∶Mn⁴⁺在650~750 nm的红光发射是来自Mn⁴⁺的²E₁→⁴A₂跃迁,La₂MgTiO₆∶Pr³⁺在红光区域600~660 nm具有强烈的发射,归属为Pr³⁺的³P₀→³H₆和³P₀→³F₂跃迁。当Mn⁴⁺与Pr³⁺共同掺杂于La₂MgTiO₆时,来自Mn⁴⁺、Pr³⁺不同波段的红光发射使荧光粉的发射光谱与植物光敏色素P_r与P_fr吸收光谱的重叠程度大幅增加,表明Mn⁴⁺、Pr³⁺共掺有效拓宽了La₂MgTiO₆荧光粉的红光发射区域,更符合植物照明的需求,在LED植物照明领域具有更明显的潜在应用价值。

Eu(III)与两种吡啶二甲酸配合物的合成、晶体结构与发光性能

王宏胜, 李会, 刘瞻, 梁彩莲

2023, 52(10): 1829-1835.

摘要 ( 44 )

PDF (4636KB) ( 24 )

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利用水热合成方法,在170 ℃下用3,5-吡啶二甲酸(3,5-H₂pdc)和3,4-吡啶二甲酸(3,4-H₂pdc)与高氯酸铕(Eu(ClO₄)₃)水溶液反应合成了一种新的Eu(III)配合物{[Eu₂(3,5-pdc)(3,4-pdc)₂(H₂O)₄]·3H₂O}_n。X射线单晶衍射测试表明该配合物为二维结构,属单斜晶系, P2₁/m空间群,其晶胞参数为a=0.598 20(4) nm,b=2.639 21(19) nm, c=1.147 58(9) nm, α=γ=90°,β=102.628 0(10)°。对该配合物进行了元素分析、红外光谱等表征,并进行了荧光激发光谱、发射光谱、荧光寿命、绝对发光量子产率等测试,结果表明,该配合物能够发射稀土Eu(III)的特征发射光谱,其⁵D₀→⁷F₂跃迁的荧光寿命为338 μs,在313 nm的紫外光激发下,发光量子产率为24%。

基于半刚性咪唑羧酸配体构筑的Cu(I)有机骨架材料:合成、晶体结构和性质

潘会宾, 吴婷婷, 高霞, 卢久富

2023, 52(10): 1836-1841.

摘要 ( 52 )

PDF (5873KB) ( 25 )

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在溶剂热条件下,利用半刚性咪唑羧酸配体4-(2-甲基咪唑)苯甲酸和金属铜合成了一种新的Cu(I)配位聚合物[Cu(H₂O)(MIBA)]_n,其中HMIBA代表有机化合物4-(2-甲基咪唑)苯甲酸。在室温条件下,研究了基于半刚性咪唑羧酸配体构筑的Cu(I)有机骨架配位聚合物的固体荧光性能,其中配体HMIBA的最大发射峰为433 nm,配位聚合物[Cu(H₂O)(MIBA)]_n的最大发射峰为412 nm,均显示出荧光性能。此外,通过X射线单晶衍射仪、红外光谱、热重分析和元素分析对其晶体结构进行了表征。X射线单晶衍射表明,该聚合物呈3D→3D双重互穿网络,具有(6⁴·8²)的四连通单节点拓扑结构。

一种含吗啉修饰的多吡啶钯(Ⅱ)配合物的合成、表征与抗金黄色葡萄球菌作用研究

王润宾, 韩天植, 李知敏, 尧智玲, 廖向文, 王金涛

2023, 52(10): 1842-1849.

摘要 ( 53 )

PDF (4100KB) ( 16 )

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由4′-[4-(4-吗啉基丁氧基)苯基]-2,2′∶6′,2″-三联吡啶合成了一种含吗啉修饰的三联吡啶钯配合物(Pd1),并通过核磁氢谱、元素分析和X射线单晶衍射对其结构进行表征。Pd1对金黄色葡萄球菌(S. aureus)表现出良好的抗菌活性(MIC=62.48 μg/mL, MIC为最小抑菌浓度)。通过耐药实验发现金黄色葡萄球菌对Pd1不易产生耐药性,筛选发现Pd1与盐酸克林霉素联合作用时,可以增强金黄色葡萄球菌对盐酸克林霉素的敏感性。机制研究发现Pd1对与产生耐药性有关的生物膜有明显的抑制作用。此外,Pd1对金黄色葡萄球菌产生的毒素活性具有明显的抑制作用。

配合物{[Cu(pcba)₂]₂·(MeOH)₂}的合成、结构、HSA结合及细胞毒性

曾振芳, 蔡杰慧, 黄秋萍, 庞华钰, 杨达钦, 黄秋婵

2023, 52(10): 1850-1857.

摘要 ( 46 )

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以对氯苯甲酸为配体,合成了铜配合物{[Cu(pcba)₂]₂·(MeOH)₂}(pcba =对氯苯甲酸,MeOH=甲醇),经元素分析、IR和X射线单晶衍射表征,该配合物属于三斜晶系,P1空间群,晶胞参数为a=6.591 80(10) Å,b=10.769 0(2) Å,c=12.472 2(2) Å,α=90.198 0(10)°,β=104.076(2)°,γ=99.673(2)°,Z=1,D_c=1.593 mg/m³,F(000)=408, 最终结构残差因子R₁=0.040 0,wR₂=0.114 5。采用紫外和荧光光谱对配合物及其跟人血清蛋白(HSA)相互作用的方式进行研究,结果表明,配合物浓度越大,紫外及荧光强度越低。配合物对HSA的猝灭常数K_sv=5.78×10³ L·mol^-1,猝灭速率常数K_q=5.78×10¹¹ L·mol^-1·s^-1,配合物对HSA的结合常数K_a=1.38×10² L·mol^-1,结合位点数n=0.592。同时,本文研究了{[Cu(pcba)₂]₂·(MeOH)₂}对胃癌细胞A549、宫颈癌细胞Hela、肝癌细胞HepG2和人正常肝细胞LO2的抗增殖能力,发现其对三种癌细胞的增殖抑制效果跟顺铂相当,对人正常肝细胞LO2的毒性比顺铂小。

3-甲基吡啶悬臂Cu(II)-Zn(II)异双核配合物的合成、晶体结构及其与CT-DNA的结合活性

王洋, 李铭, 关金涛, 张智勇, 闫俊涛, 熊兰, 毛佳伟

2023, 52(10): 1858-1866.

摘要 ( 40 )

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本文通过3,3′-((乙基-1,2-二基双((吡啶-2-甲基)杂氮二基))双亚甲基)二(2-羟基-5-甲基苯甲醛)(H₂L)和丙二胺在金属离子存在条件下的缩合反应,得到了一个新型3-甲基吡啶悬臂Cu(II)-Zn(II)异双核配合物,并通过红外光谱、紫外光谱、电喷雾质谱、X射线单晶衍射等手段对其结构进行了表征。单晶衍射结果表明该配合物属于六方晶系,P6₃/m空间群,a=1.982 18(17) nm,b=1.982 18(17) nm,c=1.839 4(2) nm,分子式为C₃₇H₄₁CuN₆O₄Zn。金属中心Cu(II)和Zn(II)由两个酚氧原子和一个醋酸根桥联,它们的配位环境都可以近似地看作为四方锥结构,Cu(II)和Zn(II)之间的距离是0.289 7 nm。本文还利用循环伏安实验和黏度实验的方法对该配合物与小牛胸腺DNA(CT-DNA)的相互作用模式进行了研究,结果表明该配合物与CT-DNA的结合方式为弱的插入模式,其相应的结合活性为6.92×10³ mol/L。

酒石酸添加对Ce³⁺激活硼锗酸盐闪烁玻璃发光性能的影响

张梅伦, 曹振博, 杨胜赟, 张洋, 李自金, 周游, 郑京明, 贾金升

2023, 52(10): 1867-1871.

摘要 ( 61 )

PDF (2740KB) ( 20 )

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本文采用传统的高温熔融法在空气气氛中制备了无色透明的Ce³⁺激活硼锗酸盐闪烁玻璃,该硼锗酸盐闪烁玻璃中GeO₂和Gd₂O₃总含量为85%,测得其密度在5.82 g/cm³左右,且在450~800 nm线性透过率可达80%以上。加入少量的酒石酸(C₄H₆O₆)作为强还原剂以减少Ce⁴⁺的产生,研究了在不同酒石酸添加量下硼锗酸盐闪烁玻璃中Ce³⁺在340 nm激发波长下的荧光衰减特性,确定了酒石酸的最佳添加量。此外,硼锗酸盐闪烁玻璃鲜有光产额方面的报道,本文测得制备的Ce³⁺激活硼锗酸盐闪烁玻璃的光产额为27 ph/MeV,且该高密度Ce³⁺激活硼锗酸盐闪烁玻璃具有最短约14.40 ns的衰减时间。可以预见,该高密度、快闪烁硼锗酸盐闪烁玻璃在高能物理和医学成像等领域有着巨大的发展潜力。

RuO₂/BiOCl复合光催化剂的制备及其固氮性能研究

田野, 闫哲, 刘建新, 樊彩梅

2023, 52(10): 1872-1879.

摘要 ( 40 )

PDF (10501KB) ( 23 )

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BiOCl在光催化固氮领域中有着广阔的应用价值,但其光生电子-空穴对的快速复合限制了其应用和发展。本文首先采用水解法制备了一种具有丰富氧空位的新型RuO₂/BiOCl复合光催化剂,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱、电子顺磁共振等对其进行了表征,采用300 W氙灯为模拟太阳光源,评估了其光催化固氮性能。结果表明:当复合催化剂中RuO₂负载量达到0.2%(质量分数)时,RuO₂/BiOCl具有更好的固氮活性,在光照1 h后其最佳活性达到了131.9 μmol/L。相较纯BiOCl催化剂,其固氮性能提升了3.5倍。最后,本文对催化剂的反应机理进行了相关探索,为制备具有更高固氮活性的光催化剂提供参考。

核壳结构TiO₂微球的制备及其光催化性能

杜晶晶, 赵军伟, 施飞, 赵忠, 卢钱杰, 程晓民

2023, 52(10): 1880-1886.

摘要 ( 50 )

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以四氯化钛为原料,硫酸铵为分散剂,尿素为前驱物,采用一步溶剂热法成功制备出核壳结构纳米TiO₂微球。通过控制溶剂热温度对TiO₂微球的结构参数(核壳尺寸、晶粒尺寸、比表面积和孔径等)进行调控,并研究样品光催化降解气相苯的性能。结果表明,随着溶剂热温度的升高,微球核壳逐渐分离,中空结构愈发明显,且均为20 nm以下的纳米颗粒组成的二级结构。此类微球比表面积高达265.4 m²/g,孔隙率高达0.247 8 cm³/g,光吸收性能均较P25 TiO₂要高,且光吸收带边出现“蓝移”。核壳结构微球表现出吸附协同光催化降解苯的特性,尤其是180 ℃下制备的样品光催化活性最高,分析表明,该优异性能得益于其核壳结构对光的充分散射和吸收、优良的结晶度,以及较高的比表面积。

微反应器策略实现γ-CuI的形貌调控

占思进, 游立, 刘飞, 王诗瀚, 胡国涛, 杨晓健, 张丹, 王先炜

2023, 52(10): 1887-1896.

摘要 ( 55 )

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γ-CuI较宽的能带空隙及较高的离子电导率等特点,使其在光能利用和超快闪烁材料领域有着广泛的应用。γ-CuI 的形貌往往对其结构性质有重要的影响,精准地调控其形貌有很大的意义。因此,本文采用微反应法,通过控制不同NH₃·H₂O用量、Cu源、管内反应停留时间及合成温度等因素,结合SEM、XRD和FT-IR等测试手段,对不同合成条件下制备得到的γ-CuI的晶型与形貌进行了研究。并对传统液相沉淀法和微反应法制备的γ-CuI进行了比较。结果表明,当NH₃·H₂O使用量(C_NH₃·H₂O/C_N₂H₄)为0.4、管内停留时间为10 s、反应温度为20 ℃的条件下达到90.5%的最高产率。其中,NH₃·H₂O的使用量对形貌的影响最大,当NH₃·H₂O的使用量为0.4时,合成了形貌均一的棒状γ-CuI。对比不同的铜源,除Cu(CH₃COO)₂·H₂O制备得到棒状的γ-CuI,其余Cu源均主要生成颗粒状γ-CuI。增加管内时间则有助于棒状γ-CuI的形成,但进一步增长时间会导致样品在管内损失。此外,过高的反应温度会导致棒状γ-CuI逐渐向颗粒状γ-CuI转化。

Mg²⁺对半水硫酸钙晶须结晶习性的影响

王青, 刁华利, 刘冬梅, 张典, 徐港

2023, 52(10): 1897-1906.

摘要 ( 45 )

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本文以磷石膏为原料蒸压制备半水硫酸钙晶须,采用数字显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等微观测试方法对Mg²⁺作用下的半水硫酸钙晶须微观形貌、组成及晶面发育情况等进行试验研究,运用分子动力学技术模拟计算Mg²⁺在半水硫酸钙晶体晶面的相互作用能和径向分布函数,两者结合探讨Mg²⁺对半水硫酸钙晶体不同晶面结晶习性的影响。结果表明,Mg²⁺和半水硫酸钙晶体不同晶面的相互作用能从小到大顺序为:ΔE₍₂₀₀₎<ΔE₍₀₀₂₎<ΔE₍₄₀₀₎<ΔE₍₀₂₀₎<ΔE₍₂₀₄₎,即Mg²⁺主要吸附在半水硫酸钙晶体的(200)、(002)、(400)晶面上。Mg²⁺与SO^2-₄间的作用距离小于Ca²⁺与SO^2-₄间的作用距离,Mg与S之间产生了明显的电子效应,且电子效应随硫酸镁掺量的增加而增强,XRD衍射峰位置随硫酸镁掺量的增多向右偏移变得更加明显,说明有少量的Mg²⁺嵌入半水硫酸钙晶格。在硫酸镁掺量0.15%(质量分数,下同)时,优先促进晶体c轴方向的生长,使半水硫酸钙晶须呈细长针状,平均长度为47.29 μm,平均长径比为36.07;在硫酸镁掺量为0.30%时,抑制晶体沿c轴和径向的生长,使半水硫酸钙晶须呈细短针状,平均长度为39.72 μm,平均长径比为28.91。

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