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化学与沉积CIS太阳能电池功能层薄膜及其光电性能研究

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化学与沉积CIS太阳能电池功能层薄膜及其光电性能研究

作者：忻睦迪北京工业大学

学位级别：硕士

CuInS2是一种性能优越的太阳能电池材料,其具有光吸收率高,禁带宽度接近太阳能电池最佳禁带宽度,直接带隙半导体,即可制成p型薄膜也可做成n型薄膜,理论转化效率高,成本低等特点,被人们称为最有希望的光伏器件材料之一。本文旨在探求应... 详细信息

CuInS2是一种性能优越的太阳能电池材料,其具有光吸收率高,禁带宽度接近太阳能电池最佳禁带宽度,直接带隙半导体,即可制成p型薄膜也可做成n型薄膜,理论转化效率高,成本低等特点,被人们称为最有希望的光伏器件材料之一。本文旨在探求应用低能耗、环境友好的化学浴沉积方法,设计合理的实验路线,优化实验参数,制备出高结晶度的硫化铜与氧化锌薄膜,并研究其光学及电学特性。本论文的主要研究内容可分为以下两大部分:1.设计反应路线,运用传统化学浴沉积与微波辅助方法成功制备出CuS薄膜,并比较了两种方法制备薄膜的热力学和动力学过程。研究反应时间、溶液pH值以及添加剂等反应参数对制备过程的影响。通过调节这些反应参数有效控制了制备过程,最终制备出结晶良好、符合化学计量比、表面具有特殊形貌的CuS薄膜,并对其带隙与电导率进行了计算。通过改造场发射测试方法对薄膜的场发射性能进行了评价,同时研究了反应时间与络合剂/分散剂的改变对其场发射性能的影响,通过计算薄膜的功函数、几何场增强因子以及有效发射面积,得到影响场发射性能的主导因素。2.设计反应路线,运用传统化学浴沉积方法成功制备出ZnO薄膜。研究溅射参数、络合剂与反应溶液环境等反应参数对制备过程的影响。通过调节这些反应参数有效控制了制备过程,最终制备出结晶良好、具有纤锌矿结构的、具有高度(0002)取向的ZnO薄膜,并对其带隙与电导率进行了计算。选取波长为630nm的红光激光器作为光源,对ZnO一维纳米阵列是否存在光陷效应进行了证明。将ZnO进行Al元素的n型掺杂,并利用紫外-可见漫反射光谱对ZnO:Al一维纳米阵列进行了雾度的测试,研究了随着反应时间以及掺杂量的增加雾度的变化规律;对未掺杂ZnO与Al掺杂ZnO一维纳米阵列进行了电阻率和Hall效应的测试,研究了Al掺杂量的增加对薄膜载流子浓度以及迁移率的影响。

关键词：化学浴沉积硫化铜氧化锌场发射雾度

工业氨肟化工艺失活HTS分子筛的结构特征和Ti物种状态

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石油学报（石油加工） 2014年第4期30卷 595-601页

作者：夏长久郑爱国朱斌向彦娟忻睦迪林民徐广通舒兴田中国石化石油化工科学研究院催化材料与反应工程国家重点实验室北京100083

采用XRD及其Rietveld全谱拟合、低温N2吸附-脱附、XPS、TEM(包括EFTEM和HRTEM)、UV-Vis等手段对失活HTS分子筛的晶胞参数、骨架结构、颗粒形貌和Ti物种的位置与状态进行分析。结果表明,HTS分子筛失活后,其拓扑结构保存完整,且晶胞参数... 详细信息

采用XRD及其Rietveld全谱拟合、低温N2吸附-脱附、XPS、TEM(包括EFTEM和HRTEM)、UV-Vis等手段对失活HTS分子筛的晶胞参数、骨架结构、颗粒形貌和Ti物种的位置与状态进行分析。结果表明,HTS分子筛失活后,其拓扑结构保存完整,且晶胞参数未发生明显变化,但部分微孔结构发生溶解,介孔体积增大,比表面积略有下降。HTS分子筛失活后,部分骨架Ti物种转变为非骨架Ti物种,富集且高度分散于分子筛颗粒形成小碎片,可以初步判定该碎片为高度分散的无定型TiO2或TiO2-SiO2氧化物。

关键词：空心钛硅分子筛氨肟化失活 TEM XRD XPS UV-Vis

分子筛和金属有机骨架材料用于乙烯/乙烷分离的研究进展

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石油学报（石油加工） 2020年第4期36卷 866-877页

作者：边青敏忻睦迪邹亢徐广通中国石化石油化工科学研究院石油化工催化材料与反应工程国家重点实验室北京100083

在石油工业中,乙烯和乙烷由于分子尺寸和物化性质相近,具有很大的分离难度。与高能耗的深冷分离方法相比,以多孔材料(如分子筛等)作为吸附材料的吸附分离法可在常温下实现乙烯和乙烷的分离,具有低成本、低能耗等特点,在乙烯和乙烷的低... 详细信息

在石油工业中,乙烯和乙烷由于分子尺寸和物化性质相近,具有很大的分离难度。与高能耗的深冷分离方法相比,以多孔材料(如分子筛等)作为吸附材料的吸附分离法可在常温下实现乙烯和乙烷的分离,具有低成本、低能耗等特点,在乙烯和乙烷的低能耗分离方面展现出了很大的潜力。笔者归纳了近30年来研究应用最为广泛的两类多孔材料(分子筛和金属有机骨架材料(MOFs))的晶体和孔道结构、改性方法及其乙烯/乙烷主要分离机理和应用效果。研究对比发现:分子筛类吸附材料对乙烯和乙烷具有较高的分离选择性以及优异的稳定性,但吸附容量较为一般;MOFs由于具有便于调控的骨架以及丰富的孔道结构,对乙烯和乙烷展现出了优异的吸附分离性能,然而其结构稳定性以及分离选择性仍有很大提升空间。依据分子筛和MOFs各自在乙烯/乙烷吸附分离方面表现出的优势,提出了二者在乙烯/乙烷吸附分离方面的研究趋势及发展方向。

关键词：乙烯乙烷吸附分离分子筛金属有机骨架材料(MOFs)

氨肟化工艺失活HTS分子筛酸性质对其催化氧化性能的影响

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石油学报（石油加工） 2014年第5期30卷 779-784页

作者：夏长久郑爱国朱斌向彦娟忻睦迪林民徐广通舒兴田中国石化石油化工科学研究院石油化工催化材料与反应工程国家重点实验室北京100083

采用NH3-TPD和吸附吡啶红外光谱对工业失活HTS分子筛的酸性质进行了表征,并采用苯酚羟基化活性评价和H2O2分解实验结果探析HTS分子筛的失活原因。结果表明,失活HTS分子筛中出现大量Brnsted酸,且Lewis酸量显著增加,呈现出弱酸、中强酸... 详细信息

采用NH3-TPD和吸附吡啶红外光谱对工业失活HTS分子筛的酸性质进行了表征,并采用苯酚羟基化活性评价和H2O2分解实验结果探析HTS分子筛的失活原因。结果表明,失活HTS分子筛中出现大量Brnsted酸,且Lewis酸量显著增加,呈现出弱酸、中强酸和强酸3种强度分布。根据田部浩三规则分析,可以确定Brnsted和Lewis酸来源于失活HTS分子筛颗粒表面的无定型TiO2-SiO2二元氧化物团簇。骨架四配位Ti物种催化氧化有机物的反应与无定型含Ti团簇催化H2O2分解反应互为竞争反应,骨架Ti含量下降和无定型含Ti物种增加是引起HTS分子筛失活的主要原因。

关键词：空心钛硅分子筛氨肟化 NH3-TPD 吡啶吸附红外光谱酸性失活

高温原位XRD和TG-MS法研究S Zorb工业吸附剂热解行为

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石油学报（石油加工） 2015年第3期31卷 732-739页

作者：邹亢徐广通盖金祥黄南贵忻睦迪曹晓娜王明恒中国石化石油化工科学研究院北京100083 中国石化济南分公司山东济南250101

从某S Zorb工业装置上采集了2个具有不同脱硫活性的工业吸附剂,采用XRD、碳硫分析和SEM表征其晶体结构、化学组成和形貌,采用高温原位XRD表征其在受热过程中晶体结构的变化规律,采用TG-MS和DTA表征其热分解过程和产物。结果表明,Zn2SiO... 详细信息

从某S Zorb工业装置上采集了2个具有不同脱硫活性的工业吸附剂,采用XRD、碳硫分析和SEM表征其晶体结构、化学组成和形貌,采用高温原位XRD表征其在受热过程中晶体结构的变化规律,采用TG-MS和DTA表征其热分解过程和产物。结果表明,Zn2SiO4的形成显著影响了S Zorb吸附剂的化学组成、脱硫活性和稳定性、分解温度、质量损失。S Zorb吸附剂的热解包括5个阶段,分别为物理吸附水和吸附物的挥发、Ni物相的氧化、积炭的燃烧、ZnS热解和晶相转变。高温和酸性环境会导致进一步生成Zn2SiO4物相。最后详细阐述了S Zorb吸附剂的热解机理,以期为S Zorb工业生产和科研提供信息。

关键词：高温原位XRD TG-MS S Zorb吸附剂热解行为

多晶X射线衍射在石油炼制与化工催化剂研究中的应用

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石油学报（石油加工） 2024年第5期40卷 1385-1396页

作者：忻睦迪付颖黄南贵邱丽美徐广通中石化石油化工科学研究院有限公司北京100083

在石油化工领域,多晶X射线衍射是一种最有效、应用最广泛的研究催化材料晶体结构的分析方法。简要介绍了X射线衍射技术的基本原理。重点从物相定性/定量分析对催化材料组成确定、相对结晶度的现行标准及其对分子筛水热环境下结构变化的... 详细信息

在石油化工领域,多晶X射线衍射是一种最有效、应用最广泛的研究催化材料晶体结构的分析方法。简要介绍了X射线衍射技术的基本原理。重点从物相定性/定量分析对催化材料组成确定、相对结晶度的现行标准及其对分子筛水热环境下结构变化的研究、晶胞参数的现行标准及其对催化活性中心的辨识、晶粒大小测定方法及其对反应扩散的影响等多个方面综述了近年来X射线衍射基础方法在石油炼制与化工催化剂研究中的应用,并阐明了这些方法的注意事项及适用范围。此外,介绍了中石化石油化工科学研究院有限公司在该领域取得的研究进展。并对X射线衍射技术在技术升级、机器学习、原位表征及联用技术等4个方面的发展进行了展望。

关键词：多晶X射线衍射炼油与化工催化剂定性相分析定量相分析相对结晶度晶胞参数晶粒大小

多晶X射线衍射Rietveld方法在石油炼制与化工催化剂研究中的应用

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石油学报（石油加工） 2024年第5期40卷 1397-1408页

作者：付颖忻睦迪黄南贵邱丽美徐广通中石化石油化工科学研究院有限公司北京100083

在石油化工领域,多晶X射线衍射Rietveld方法(简称Rietveld方法)是一种有效且应用广泛地研究催化剂晶体结构的分析方法。简要介绍了Rietveld方法的基本原理、判据及常用的软件,并结合实例重点从催化剂定量相分析和分子筛骨架外阳离子的定... 详细信息

在石油化工领域,多晶X射线衍射Rietveld方法(简称Rietveld方法)是一种有效且应用广泛地研究催化剂晶体结构的分析方法。简要介绍了Rietveld方法的基本原理、判据及常用的软件,并结合实例重点从催化剂定量相分析和分子筛骨架外阳离子的定位2方面综述了近年来Rietveld方法在石油炼制与化工催化剂研究领域中的应用,总结了利用Rietveld方法进行定量相分析和测定晶体结构的步骤、注意事项及适用范围,最后对Rietveld方法在与电子衍射、计算化学和原位表征相结合以及软硬件技术升级等方面的发展前景进行了展望。

关键词：多晶X射线衍射 Rietveld方法石油化工催化剂分子筛定量相分析阳离子定位

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钛硅分子筛晶胞参数计算方法研究

石油炼制与化工 2014年第2期45卷 35-40页

作者：忻睦迪向彦娟郑爱国黄南贵中国石化石油化工科学研究院北京100083

利用X射线衍射技术（XRD）对钛含量不同的系列钛硅分子筛（TS-1）的晶体结构进行研究.通过调节XRD测试的仪器参数,确定了最优试验条件,建立了利用Rietveld全谱拟合计算钛硅分子筛晶胞参数的方法.通过计算发现：原料中钛摩尔分数低于2.5... 详细信息

利用X射线衍射技术（XRD）对钛含量不同的系列钛硅分子筛（TS-1）的晶体结构进行研究.通过调节XRD测试的仪器参数,确定了最优试验条件,建立了利用Rietveld全谱拟合计算钛硅分子筛晶胞参数的方法.通过计算发现：原料中钛摩尔分数低于2.5％时制备的分子筛的晶胞参数随钛含量增加呈线性增加,推断分子筛制备时部分钛进入骨架;原料中钛摩尔分数为2.5％～8.0％时制备的分子筛的晶胞参数基本不变,推断制备时钛摩尔分数高出2.5％的部分不再进入分子筛骨架.

关键词： X射线衍射 Rietveld拟合晶胞参数 TS-1

利用Operando IR-MS研究S Zorb工艺中烯烃反应的影响因素

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石油学报（石油加工） 2020年第1期36卷 121-129页

作者：袁蕙徐广通史延强忻睦迪陈帅邱丽美邹亢中国石化石油化工科学研究院石油化工催化材料与反应工程国家重点实验室

设计构建了用于S Zorb反应化学研究的Operando IR-MS分析表征平台,开发了烯烃加氢反应Operando IR-MS表征技术。以炼油厂运行装置使用的S Zorb工业新剂、待生剂及参比剂为对象,以正丁烯为反应探针分子,系统考察了影响烯烃加氢造成辛烷... 详细信息

设计构建了用于S Zorb反应化学研究的Operando IR-MS分析表征平台,开发了烯烃加氢反应Operando IR-MS表征技术。以炼油厂运行装置使用的S Zorb工业新剂、待生剂及参比剂为对象,以正丁烯为反应探针分子,系统考察了影响烯烃加氢造成辛烷值损失的因素及其规律。结果表明:与新剂相比,待生剂的烯烃相对消耗量大幅减少,其变化趋势与吸附剂中ZnS和碳的质量分数均成负相关;吸附剂表面的活性Ni对加氢和脱硫反应贡献均较大;吸附剂上NixSy的生成及量的增加抑制烯烃的加氢反应。因此,在保证脱硫率前提下为降低汽油的辛烷值损失,可通过抑制吸附剂上过多的活性Ni、选择性调变表面Ni的存在形态、合理控制吸附剂表面ZnS和积炭量等综合方法来实现。

关键词： Operando IR-MS表征技术 S Zorb吸附脱硫技术催化剂烯烃加氢反应辛烷值损失