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Zno/nb2o5 core/shell nanorod array photoanode for dye-sensitized solar cells

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Frontiers of optoelectronics 2018年第3期11卷 285-290页

作者： Xiaoyan HU Heng WANG College of New Energy and Electronic Engineering Yancheng Teachers University Yancheng 224002 China

In this paper, Zno/nb2o5 core/shell nanorod arrays were synthesized and used as photoanodes for dye- sensitized solar cells （DSSCs）. We first synthesized Zno nanorod array on fluorine-doped tin oxide （FTo） glasses by a hydrothermal method, and then Zno/nb2o5 core/shell nanorod array was directly obtained via solvothermal reaction in nbCl5 solution. The scanning electron micro- scope （SEM） and transmission electron microscope （TEM） images revealed that the Zno nanorods were uniformly wrapped by nb2o5 shell layers with a thickness of 30-40 nm. Photovoltaic characterization showed that the device based on Zno/nb2o5 core/shell nanorod photoanode exhibited an improved efficiency of 1.995%, which was much higher than the efficiency of 0.856% for the DSSC based on bare Zno nanorod photoanode. This proved that the photovoltaic performance of Zno nanorods could be improved by wrapping with nb2o5 shells.

关键词： Zno nb2o5 core/shell nanorods solvothermal dye-sensitized solar cell （DSSC）

nb2o5和Tio2对低品位稀土渣中含铈氟磷灰石结晶的影响

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Nb2O5和TiO2对低品位稀土渣中含铈氟磷灰石结晶的影响

作者：郭兴起内蒙古科技大学

学位级别：硕士

白云鄂博矿富含铁、稀土、铌等有价资源,但由于矿物颗粒细小且共生,不利于后续选矿与冶金处理。未被高效利用的冶金渣堆积于尾矿坝,严重影响区域生态环境。随着白云鄂博矿的不断开发,高效利用低品位稀土冶金渣受到广泛关注。为了提高稀... 详细信息

白云鄂博矿富含铁、稀土、铌等有价资源,但由于矿物颗粒细小且共生,不利于后续选矿与冶金处理。未被高效利用的冶金渣堆积于尾矿坝,严重影响区域生态环境。随着白云鄂博矿的不断开发,高效利用低品位稀土冶金渣受到广泛关注。为了提高稀土资源利用率,本研究以Po为添加剂,采用火法工艺进行矿相重构,使得弥散于渣中的稀土以氟磷灰石相富集并长大,为后续的分离利用打下良好基础。nbo和Ti o作为低品位稀土渣中重要组分,影响着熔渣中稀土结晶的形貌以及富集效果。为研究nbo和Ti o对矿相重构的影响,本研究利用管式炉进行了缓冷结晶实验。XRD以及SEM-EDS结果表明:nbo有效促进了含铈氟磷灰石相的析出。随着渣中nbo含量的增加(0～12wt.%),含铈氟磷灰石相总体体积分数与析晶数量明显增加。但由于结晶过程中大量结晶竞争生长,单个结晶的体积略微减小。含铈氟磷灰石相在渣中呈孤岛状生长,表明Canbo相的析晶温度远低于稀土结晶。Ti o含量影响含铈氟磷灰石相结晶过程。当渣中Ti o含量不高于12wt.%时促进含铈氟磷灰石相的析出,结晶体积分数和数量均明显增加,渣中铌、钛元素弥散分布于Ca Si o基底相中。当渣中Ti o含量达到15～18wt.%时,Ca Ti Si o榍石相与含铈氟磷灰石相交错分布,抑制了含铈氟磷灰石相的析出。EDS结果表明:含铈氟磷灰石相中Ca与Ce、P与Si相互替代,发生类质同象,含铈氟磷灰石CaCe[PSio]F(x=0.24～0.44)由氟磷灰石Ca[Po]F演变而来。为探究含铈氟磷灰石相的非等温结晶动力学,采用激光共聚焦扫描显微镜对不同冷却速率(10～40°C/min)条件下不同组分的含稀土渣系进行了原位观察:含铈氟磷灰石相的初晶温度随着nbo、Ti o含量增大而上升,随着冷却速度增大而降低。对于同组分渣系,冷却速率影响结晶结晶生长速率以及单晶形貌。利用Jeziorny法研究含铈氟磷灰石相的非等温结晶过程,Avrami指数n在1.5～2之间且随冷却速率增大而增大,表明含铈氟磷灰石相受冷速影响呈一维生长,受扩散控制。该研究结果为高效利用白云鄂博低品位稀土矿渣提供了基础数据。

关键词： nb2o5 Tio2 稀土氟磷灰石结晶动力学

Ni/nb2o5基催化剂的制备及其水相催化香草醛加氢脱氧研究

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Ni/Nb2O5基催化剂的制备及其水相催化香草醛加氢脱氧研究

作者：张在满河北工业大学

学位级别：硕士

水相加氢脱氧工艺作为一种绿色、高效的升级技术,可将生物质及其衍生物转化为高附加值化学品和可再生燃料。然而,水相中催化剂容易发生金属浸出和载体坍塌等问题,从而导致催化剂的活性降低。因此,设计和开发高抗水性负载型催化剂对生物... 详细信息

水相加氢脱氧工艺作为一种绿色、高效的升级技术,可将生物质及其衍生物转化为高附加值化学品和可再生燃料。然而,水相中催化剂容易发生金属浸出和载体坍塌等问题,从而导致催化剂的活性降低。因此,设计和开发高抗水性负载型催化剂对生物质水相加氢脱氧（HDo）具有重要意义。本文通过nbo晶型调控和碳掺杂等策略,制备了适合于生物质衍生物（香草醛）水相加氢脱氧的新型Ni/nbo基催化剂,探究了比表面积、氧空位、酸性位点、金属-载体相互作用等性质对Ni/nbo基催化剂催化活性的影响。主要研究内容如下:首先,通过调节煅烧温度（500℃、700℃、900℃）,合成了具有不同晶型结构的Ni/X-nbo催化剂（Ni/TT-nbo、Ni/T-nbo、Ni/H-nbo）,并研究催化剂的晶型对香草醛水相加氢脱氧反应的影响。与Ni/TT-nbo和Ni/H-nbo相比,Ni/T-nbo催化剂展现出更高的催化性能。随着反应体系中水体积的增加（水/乙醇从0/20到8/12）,Ni/T-nbo催化剂上产物MMP的产率显著地增加。在180℃、1 MPa H、水/乙醇=8/12、1 h条件下,Ni/T-nbo催化剂上香草醛的转化率为96.1%,目标产物2-甲氧基-4-甲基苯酚（MMP）的选择性达到79.2%。采用了SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS、H-TPR、NH-TPD等手段对催化剂进行表征,发现Ni/T-nbo中丰富的氧空位可以吸附、活化香草醇（VA）的羟基,从而促进MMP的生成。此外,水与VA形成更强的过渡态,进一步降低了C-oH键断裂的能量。因此,Ni/nbo催化剂上氧空位和水的协同作用促进了香草醛在水相中的加氢脱氧反应,实现了MMP的高收率。其次,通过碳掺杂策略（调节掺杂比例和碳源类型）,成功制备了一系列Ni/T-nbo@C复合载体催化剂。TEM、BET、XPS、FT-IR、NH-TPD等表征结果表明:掺杂比例（C/nb=0.5,1,2,3）和碳源类型（果糖、单宁、木糖）可有效改变催化剂的孔结构、比表面积、氧空位浓度、金属-载体相互作用和表面酸性等性质。当以单宁酸为碳源,C/nb=2时,制备的Ni/T-nbo@C-2催化剂展现了优异的香草醛水相加氢脱氧的催化性能。在150℃、1 MPa H、水/乙醇=8/12、1 h条件下,获得了99.9%的香草醛转化率和96.6%MMP选择性。结合实验和表征结果,发现Ni/T-nbo@C-2催化剂表面大量的氧空位和酸性位点显著地提高了催化剂的加氢脱氧性能。此外,水的存在降低了VA氢解过程的活化能垒,进一步提高了MMP的选择性。同时,Ni/T-nbo@C-2催化剂在生物质衍生物水相加氢脱氧中展现了良好的催化稳定性和普适性。

关键词：加氢脱氧香草醛 nb2o5 水相氧空位

医用钛合金表面nb2o5/nb2o5-Ti/Ti梯度涂层的制备与性能研究

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医用钛合金表面Nb2O5/Nb2O5-Ti/Ti梯度涂层的制备与性能研究

作者：单湘衡湖南工业大学

学位级别：硕士

氧化铌陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性和生物相容性,是目前金属植入体表面改性的热点材料。但是,氧化铌与金属的物性参数不匹配,两者直接结合会产生较大的界面应力和涂层内应力,导致涂层容易开裂、分层和脱落。为提高涂层与基体的结合强... 详细信息

氧化铌陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性和生物相容性,是目前金属植入体表面改性的热点材料。但是,氧化铌与金属的物性参数不匹配,两者直接结合会产生较大的界面应力和涂层内应力,导致涂层容易开裂、分层和脱落。为提高涂层与基体的结合强度,本文在医用Ti6Al4V表面设计了一种新型的nbo/nbo-Ti/Ti梯度涂层,并以nbo、nbo/Ti和nbo/nbo+Ti/Ti为对照,围绕涂层的制备、残余应力、微观结构和性能展开了系统地研究。基于功能梯度材料理论,设计了新型nbo/nbo-Ti/Ti功能梯度涂层。该涂层的外层nbo为功能层,具有耐磨和防腐作用,中间梯度层nbo-Ti和粘接层Ti用于提高涂层的结合强度。采用有限元方法分析了nbo单层、nbo/Ti双层、nbo/nbo+Ti/Ti复合层和nbo/nbo-Ti/Ti梯度层(代号分别为No1、No2、No3和No4)四种nbo基涂层的残余应力分布特征,探讨了中间梯度层nbo-Ti的层数与厚度以及粘结层Ti的厚度对No4涂层残余应力的影响规律,并利用正交法优化了No4的结构。结果表明:(1)No4涂层的最大残余应力为11.4 MPa,较No1(22.5 MPa)、No2(21.5 MPa)和No3(12.7 MPa)涂层分别减小49.3%、44.8%和10.2%;(2)当梯度层数由1增加到6时,No4涂层的残余应力最大值由12.6 MPa减小到11.7 MPa,但层数继续增大到8时,残余应力最大值无明显变化;(3)随着梯度层的厚度由0.25μm增大到0.45μm,No4涂层的残余应力最大值由12.4 MPa降低到11.4 MPa;(4)当粘接层Ti的厚度由0.25μm增大到0.45μm时,No4涂层的残余应力变化增幅小于2%;(5)No4涂层的最优结构参数组合是:梯度层的层数为6,厚度为0.4μm,粘结层的厚度为0.35μm。采用磁控溅射技术在Ti6Al4V表面制备了No1、No2、No3和No4涂层,研究了涂层的微观结构与性能。结果表明:(1)所有涂层均为柱状非晶结构;(2)No4涂层的附着力大于50 N,较No1、No2和No3涂层分别提高21倍和0.64倍;(3)亲水性能、附着性能、力学性能和摩擦学性能由高到低的顺序是No4>No3>No2和No1;(4)四种涂层都能提高Ti6Al4V的耐蚀性能,其中No1涂层的耐腐蚀性最佳。

关键词：钛合金 nb2o5 梯度涂层结合强度耐蚀性能

高稳定性nb2o5-MoS2催化剂的构筑及其木质素加氢脱氧性能研究

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高稳定性Nb2O5-MoS2催化剂的构筑及其木质素加氢脱氧性能研究

作者：尹建玉天津大学

学位级别：硕士

木质素是自然界中含量第二丰富的高碳聚合物,是生产芳香族化学品和生物油燃料的可再生能源之一。通过加氢脱氧技术,木质素及其模型化合物可以有效地断裂C-o键并转化为高附加值的小分子芳烃化学品。本研究工作基于Mo S催化材料在木质素... 详细信息

木质素是自然界中含量第二丰富的高碳聚合物,是生产芳香族化学品和生物油燃料的可再生能源之一。通过加氢脱氧技术,木质素及其模型化合物可以有效地断裂C-o键并转化为高附加值的小分子芳烃化学品。本研究工作基于Mo S催化材料在木质素加氢脱氧制取芳烃反应中展现出活性较好但是循环稳定性差的问题,旨在通过第二组分nbo的改性,实现Mo S物化性质的调控,从而提升其催化活性及结构稳定性。首先,论文通过水热法制备了具有不同nb/Mo摩尔比以及不同制备条件下的一系列nbo-Mo S催化剂,探究其在对甲酚加氢脱氧反应中的催化性能(在催化反应测试前合成的催化剂进行活化预处理)。结果表明,在水热条件为温度200℃,溶液p H值为0.9,制备时间为24 h的nbo-Mo S-0.14-R(nb/Mo摩尔比为0.14,R表明进行了活化预处理)催化剂性能最优。在300℃,氢气压力3MPa,3 h的反应条件下,该催化剂可以100%地转化对甲酚,并得到产率82.8%的甲苯。机理研究表明,nbo对Mo S的调控作用为:(1)增大了催化剂的表面积,加速了硫化过程,进一步增加了活性组分(Mo S)的含量;(2)提升了Mo S片层的堆积程度,片层结构更加丰富,增加了活性位点,更有利于与底物发生反应;(3)增加了总酸量,有助于增强C-o键的吸附与断裂,有利于对甲酚的直接脱氧反应。此外,论文对最优的nbo-Mo S-0.14-R催化剂进行了十次循环反应测试,结果表明经过循环测试后催化剂的活性依然保持。表征结果发现催化剂的结构经过数次连续反应几乎保持不变,表明该催化剂具有良好的循环稳定性。其次,结合动力学分析方法探究了对甲酚在nbo-Mo S-0.14-R催化剂上的反应过程,以及含有酚羟基的不同木质素模型化合物在该催化剂上的断键机理。结果表明,nbo-Mo S-0.14-R催化剂催化对甲酚的加氢脱氧反应符合一级动力学,在不同木质素模型化合物的氢解过程均有良好的断裂C-o键的能力。结合该催化剂在不同反应中间产物作为底物的催化反应测试结果以及不同反应条件下的产物分布情况,得到对甲酚在该催化剂作用下的反应路径为:对甲酚直接脱氧得到甲苯,随后甲苯在氢气环境中加氢得到甲基环己烷,随着反应的进行,甲苯C-C键断裂,生成少量的苯,以及苯加氢、甲基环己烷脱甲基得到少量的环己烷。最后,为了抑制nbo-Mo S-0.14-R催化剂的加氢性能,进一步提升甲苯收率,采用两步水热法在nbo-Mo S-0.14-R催化剂中添加第二金属Co。表征结果发现,金属Co以CoS的形式存在,同时Co的加入,没有改变Mo S的晶相,并且Mo S层状结构更加丰富,缺陷位点增多,活性进一步增强。在氢气压力2MPa,300℃,3 h的反应条件下,对甲酚100%转化,甲苯收率达到94.6%。并且经过十次循环反应测试,催化活性依然保持,结构没有发生改变。

关键词：木质素加氢脱氧 MoS2催化剂高稳定性 nb2o5 对甲酚

nb2o5/BioClⅡ型异质结的构建及增强光催化还原二氧化碳

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材料导报 2021年第6期35卷 6001-6007页

作者：伍书祺黄泽皑李晴川饶志强周莹西南石油大学新能源与材料学院新能源材料及技术研究中心油气藏地质及开发工程国家重点实验室

本工作设计制备了Ⅱ型异质结nb2o5/BioCl复合材料并用于光催化还原二氧化碳。首先构建了两种比例异质结构(5%(质量分数,下同)和11%),通过透射电镜(TEM)发现两种材料结合存在界面,利用X射线光电子能谱(XPS)仪对材料的表面元素进行分析,... 详细信息

本工作设计制备了Ⅱ型异质结nb2o5/BioCl复合材料并用于光催化还原二氧化碳。首先构建了两种比例异质结构(5%(质量分数,下同)和11%),通过透射电镜(TEM)发现两种材料结合存在界面,利用X射线光电子能谱(XPS)仪对材料的表面元素进行分析,随后进行价带位置测定,并根据UV-vis固体漫反射图谱推导材料禁带宽度,进而证实材料间形成了Ⅱ型异质结构。异质结构材料对可见光吸光能力有所增强,荧光光谱(PL)表明异质结构复合材料的光生电子和空穴分离能力得到了提高。光催化还原二氧化碳活性测试表明,5%nb2o5加入能够有效提高材料光催化还原二氧化碳的活性,其中还原产物Co、CH4、H2的产率分别为单独BioCl的1.3倍、2.8倍、1.9倍,分别是单独nb2o5的2.7倍、2.0倍、1.1倍。最后结合价带位置、禁带宽度,提出了nb2o5/BioCl在光催化还原二氧化碳中的反应可能路径。本研究可为设计高效BioCl基异质结构材料用于光催化还原二氧化碳提供新思路。

关键词： BioCl nb2o5 Ⅱ型异质结光催化二氧化碳

基于碳布上直接生长的nb2o5纳米管的高性能钠离子电容器

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Science China Materials 2020年第7期63卷 1171-1181页

作者：贾蕊姜源李蕊柴瑞青娄正沈国震陈娣 School of Mathematics and Physics University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures Institute of SemiconductorsChinese Academy of SciencesBeijing 100083China Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering Cornell UniversityIthacaNY 14853USA

钠离子混合电容器是连接超级电容器与电池之间的桥梁,在大规模储能领域中具有广阔的应用前景.然而,设计出能够与正极材料相匹配,并且兼具快速动力学行为和长循环寿命的负极材料仍然是目前面临的重要挑战之一.本文通过简单的水热工艺,通... 详细信息

钠离子混合电容器是连接超级电容器与电池之间的桥梁,在大规模储能领域中具有广阔的应用前景.然而,设计出能够与正极材料相匹配,并且兼具快速动力学行为和长循环寿命的负极材料仍然是目前面临的重要挑战之一.本文通过简单的水热工艺,通过调节溶液的pH值,可以将nb2o5纳米管以及纳米线/纳米管同质结直接生长在碳布(CC)上.所制备的nb2o5@CC纳米管在1500次循环后,电流密度为1 A g-1时表现出175 mA h g-1的高可逆容量以及97%的库伦效率.以nb2o5@CC为负极、活性炭为正极制备的钠离子混合电容器的能量密度和功率密度分别可达到195 W h kg-1和7328 W kg-1.即使在5000次循环后仍然具有80%的电容保持率.另外,该柔性钠离子混合电容器可以在各种可弯曲条件下正常工作.因此,nb2o5@CC纳米管在未来有望成为一种柔性可穿戴能源存储器的理想电极材料.

关键词：混合电容器超级电容器长循环寿命纳米管负极材料正极材料 nb2o5 能量密度

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四方相nb2o5微米球的可控合成及高负载量下的储锂性能研究

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Science Bulletin 2020年第14期65卷 1154-1162,M0003页

作者：胡致铨何秋刘子昂刘熊覃明盛温波时文超赵焱李琪麦立强 State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing International School of Materials Science and EngineeringWuhan University of TechnologyWuhan 430070China State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures International School of Materials Science and EngineeringWuhan University of TechnologyWuhan 430070China

通过一种简单且可控的方法合成了四种晶型的nb2o5微米球(TT-nb2o5,T-nb2o5,M-nb2o5,H-nb2o5).将它们作为锂离子电池负极进行电化学性能测试,相较TT-nb2o5, T-nb2o5和H-nb2o5, M-nb2o5表现出更高的可逆容量、更好的循环稳定性和优异的倍... 详细信息

通过一种简单且可控的方法合成了四种晶型的nb2o5微米球(TT-nb2o5,T-nb2o5,M-nb2o5,H-nb2o5).将它们作为锂离子电池负极进行电化学性能测试,相较TT-nb2o5, T-nb2o5和H-nb2o5, M-nb2o5表现出更高的可逆容量、更好的循环稳定性和优异的倍率性能. M-nb2o5在0.2 A g^-1的电流密度下,表现出163 m Ah g^-1的比容量,循环1000圈后的容量保持率为82.3%. M-nb2o5电极材料在充放电过程中呈现扩散控制、高度可逆的锂离子脱嵌机制,表现出更高的本征电导,在22.51 mg cm^-2的超高负载量下能够实现高达2.24 m Ah cm^-2的面积比容量.在12.12 mg cm^-2的负载量下,循环100圈后的容量保持率为95.1%,表明此材料具有良好的循环稳定性.此外,还通过电化学测试、密度泛函理论计算以及原位XRD测试进一步解释了M-nb2o5高的电子传输和锂离子传输动力学特征.

关键词：电化学性能测试充放电过程储锂性能 nb2o5 倍率性能密度泛函理论计算循环稳定性原位XRD

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用于燃烧前Co2捕集的微孔nb2o5膜的制备及其水热稳定性能

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化工学报 2013年第11期64卷 4060-4067页

作者：陈加伟陈慧如漆虹徐南平南京工业大学膜科学技术研究所、材料化学工程国家重点实验室江苏南京210009

以五正丁氧基铌为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备出稳定的nb2o5聚合溶胶,详细考察了溶胶制备过程参数(体系酸度、水解比、反应温度、反应时间和螯合剂用量)对溶胶尺寸、稳定性以及制备重复性的影响。采用平均粒径为4.8nm的nb2o5溶胶,通过... 详细信息

以五正丁氧基铌为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备出稳定的nb2o5聚合溶胶,详细考察了溶胶制备过程参数(体系酸度、水解比、反应温度、反应时间和螯合剂用量)对溶胶尺寸、稳定性以及制备重复性的影响。采用平均粒径为4.8nm的nb2o5溶胶,通过浸浆法在平均孔径为3nm的γ-Al2o3中孔膜上制备出nb2o5微孔膜。利用TG、XRD、NH3吸附-脱附、Co2吸附、吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-IR)和单组分气体渗透实验等手段对nb2o5粉体及微孔膜的性能进行了表征,结果表明:在200℃、0.3MPa条件下,350℃烧成的微孔nb2o5膜对H2的渗透率和H2/Co2的理想分离因子分别为3.1×10-9 mol·m-2·s-1·Pa-1和21。此外,微孔nb2o5膜经150kPa的水蒸气处理8h后,膜的渗透性能以及H2/Co2理想选择性基本保持不变。

关键词：微孔陶瓷膜 nb2o5 Co2捕集水热稳定性

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