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米花型银-氮化钛薄膜SERS基底的制备及罗丹明6G的检测研究

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红外与激光工程 2024年第2期53卷 159-167页

作者：邸志刚高建鑫贾春荣周昊李金鑫刘花菊魏恒勇华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 华北理工大学材料科学与工程学院河北唐山063210

罗丹明6G的痕量检测需要具有较高的灵敏度,为提高SERS基底的增强因子从而提高检测灵敏度,设计了米花型SERS基底,采用有限元法对其拉曼增强效果进行仿真,模拟不同中心球半径r、米花花瓣轴a、b、c以及中心球与花瓣间距d条件下电场强度的变... 详细信息

罗丹明6G的痕量检测需要具有较高的灵敏度,为提高SERS基底的增强因子从而提高检测灵敏度,设计了米花型SERS基底,采用有限元法对其拉曼增强效果进行仿真,模拟不同中心球半径r、米花花瓣轴a、b、c以及中心球与花瓣间距d条件下电场强度的变化,得出最佳结构参数,并计算其SERS增强因子。随后利用电化学沉积法制备该基底,并探究电压值以及柠檬酸三钠和AgNO_(3)的浓度配比对基底结构和性能的影响,从而制备出与理想物理模型形态最接近的米花型银/氮化钛薄膜基底。然后用其对罗丹明6G(R6G)进行痕量检测,探究该基底的拉曼增强效果以及稳定性。实验结果表明,当沉积电压为2V,柠檬酸三钠与AgNO_(3)浓度配比为1∶1 (2 mmol/L∶2 mmol/L)时,得到的米花型TiN-Ag复合SERS基底与理想化模型仿真形态最接近。经过计算得到该基底的增强因子可达10^(15),对罗丹明6G的检测限可达10^(-13)mol/L。实验结果证明设计的基底灵敏度高、稳定性强,可对食品非法添加剂的痕量检测提供技术支撑。

关键词：表面增强拉曼光谱米花型结构氮化钛薄膜痕量检测罗丹明6G

BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜的制备及其光电化学阴极保护性能

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1945-1953页

作者：庆达王建省苏新悦赵英娜曾雄丰华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料实验室唐山063210 河北省(唐山)陶瓷产业技术研究院唐山063007

提高光生载流子的分离效率是提高光电化学阴极保护性能的有效途径,为弥补SrTiO_(3)禁带宽度大、光生载流子分离效率低等缺点,通过两步超声喷雾热解工艺在氟掺杂氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜。通过XRD、SEM、... 详细信息

提高光生载流子的分离效率是提高光电化学阴极保护性能的有效途径,为弥补SrTiO_(3)禁带宽度大、光生载流子分离效率低等缺点,通过两步超声喷雾热解工艺在氟掺杂氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜。通过XRD、SEM、UV-vis DRS、PL对样品物相成分、表面形貌、光学性能等进行观测。随后以304不锈钢(304 SS)为被保护金属,观测了BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜遮蔽光条件下的光电化学阴极保护性能。其中BaTiO_(3)/SrTiO_(3)的相对位置由Mott-Schottky曲线确定。结果表明:通过两步超声喷雾热解工艺制备得到的BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜,光吸收范围拓宽至400 nm;BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜相比于SrTiO_(3)薄膜,光吸收性能增强;光生载流子分离效率提高;在3.5wt%NaCl溶液中,BaTiO_(3)/SrTiO_(3)复合薄膜使304 SS的开路电位负移至−0.38 V,负移程度约230 mV,而纯SrTiO_(3)薄膜仅能负移100 mV。其性能提升主要归因于BaTiO_(3)与SrTiO_(3)复合形成了异质结,促进了光生载流子的分离。

关键词： BaTiO_(3) SrTiO_(3) 复合薄膜超声喷雾热解光电化学阴极保护

二维Ti_(3)C_(2)修饰WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料及其光电化学阴极保护性能

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1338-1346页

作者：苏新悦王建省赵英娜庆达曾雄丰华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料实验室唐山063210 河北省(唐山)陶瓷产业技术研究院唐山063007

引入第二相材料构建异质结及加入助催化剂都可以有效提高半导体材料的光电化学性能。本文设计制备了WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料并选用助催化剂Ti_(3)C_(2)进行修饰,在模拟太阳光环境下通过光电化学阴极保护技术保护304不锈钢(304 ... 详细信息

引入第二相材料构建异质结及加入助催化剂都可以有效提高半导体材料的光电化学性能。本文设计制备了WO_(3)/SrTiO_(3)异质结复合材料并选用助催化剂Ti_(3)C_(2)进行修饰,在模拟太阳光环境下通过光电化学阴极保护技术保护304不锈钢(304 SS)。结果表明:Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3)复合材料的光电化学阴极保护性能显著增强。将304 SS与Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3)复合材料耦合,可将304 SS的电位从-0.13 V转移到-0.42 V,并且三元复合材料产生的光电流密度是单独使用SrTiO_(3)的7倍。在WO_(3)/SrTiO_(3)界面上形成的异质结电场及助催化剂Ti_(3)C_(2)的加入协同提高了光生电子和空穴的分离效率,提高了光电化学阴极保护性能。

关键词：异质结助催化剂 Ti_(3)C_(2)-WO_(3)/SrTiO_(3) 复合材料光电化学阴极保护

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碱渣改性充填体早期力学特性及能量演化特征

材料导报 2024年第9期38卷 136-142页

作者：孙海宽甘德清薛振林刘志义张雅洁华北理工大学矿业工程学院河北唐山063200 华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063200

为探究碱渣改性充填体的早期力学特性及能量演化特征,利用WHY-600压力机开展了单轴压缩试验,分析了其抗压强度、弹性模量、破裂模式及能量变化,结合响应曲面法,对质量浓度、尾砂级配及碱渣添加量进行寻优分析。结果表明:随碱渣添加量增... 详细信息

为探究碱渣改性充填体的早期力学特性及能量演化特征,利用WHY-600压力机开展了单轴压缩试验,分析了其抗压强度、弹性模量、破裂模式及能量变化,结合响应曲面法,对质量浓度、尾砂级配及碱渣添加量进行寻优分析。结果表明:随碱渣添加量增加,充填体失稳破坏位移量、单轴抗压强度、弹性模量先增大后减小,当碱渣添加量为5%时,充填体抗压强度大,抵抗变形能力强;随碱渣添加量增加,充填体耗散能、弹性变形能、峰值强度下单位体积应变能及总能量均先增加后减小;单轴压缩条件下,碱渣改性充填体破坏模式为半贯穿或贯穿的斜剪切、平行双裂隙以及倒Y型裂隙,破坏程度随碱渣添加量增加而增大;建议采用质量浓度77%、细粗尾砂级配3:7、碱渣添加量5.35%的配比来制备碱渣改性充填体,经计算其抗压强度为5.3458 MPa,能满足矿山早期生产需求。研究结果为碱渣改性材料的可行性提供了一定的理论依据。

关键词：碱渣改性充填体单轴抗压强度能量演化特征破裂模式配比参数寻优

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过渡金属离子促进煤自燃机理的量子化学计算

煤炭学报 2024年第5期49卷 2347-2359页

作者：王福生孙玮张渝张朝阳高东卓建坤华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 华北理工大学河北省矿业开发与安全技术重点实验室河北唐山063210 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

为研究低温氧化条件下典型过渡金属离子对煤自燃的影响,对褐煤(HM)、气煤(QM)、肥煤(FM)进行过渡金属离子的测定,选取过渡金属离子中含量较多且氧化性较强的Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)为研究对象。采用量子化学计算方法,分析了电荷分布、... 详细信息

为研究低温氧化条件下典型过渡金属离子对煤自燃的影响,对褐煤(HM)、气煤(QM)、肥煤(FM)进行过渡金属离子的测定,选取过渡金属离子中含量较多且氧化性较强的Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)为研究对象。采用量子化学计算方法,分析了电荷分布、前线轨道和拉普拉斯键级,证明了活性位点的存在。探究了有无过渡金属离子情况下,Ar—CH_(2)—CH_(3)到Ar—CO—CH_(3)的2种反应历程进行模型优化、过渡态计算和IRC验证,得到热力学相关参数。计算结果表明,无过渡金属离子参与的反应决速步的活化能垒为164.18 kJ/mol,有过渡金属离子反应决速步活化能垒为158.72 kJ/mol,过渡金属离子对总反应速度影响效果不显著。Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)参与下,反应的总放热量分别为1535.52、1834.97、365.93 kJ/mol,其数值均大于氧气分子氧化脂肪烃所放出的热量(319.93 kJ/mol),氧化脂肪烃中C—H的自由能垒分别为42.79、4.30、117.29 kJ/mol,其值都小于氧气分子氧化C—H反应的活化能值(146.38 kJ/mol),过渡金属离子对C—H氧化能力从高到低的顺序为Mn(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ),反应过程中伴随着·OH和H_(+)的生成,在后续反应中,会进一步与煤结构发生反应,加快煤自燃过程;为验证模拟结果的准确性,采用程序升温气相色谱联用仪对4种不同煤样的CO气体产物出现的时间和体积分数进行测定,发现4种煤样出现CO气体产物的温度点相近,添加锰离子的煤样在90℃时产生了CO,其余3种煤样在100℃出现CO气体产物,CO气体产物体积分数从大到小的顺序为Mn(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)和原煤样,这与计算得到的结果相一致,随着温度的升高,Mn(Ⅲ)对于提高CO生成速率效果逐渐减弱,铁离子和铜离子催化煤自燃效果逐渐显著,实验结果与模拟结果具有一定的相关性,相比于氧气分子,煤中过渡金属离子更容易与C—H发生氧化反应,不仅使自由基链式反应更早发生,还增加了反应的放热量和·OH和H_(+)的生成量,从而促进煤自燃。

关键词：过渡金属离子煤自燃量子化学活化能自由能

热变形可生物降解镁基合金的微观组织特征和力学性能研究进展

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稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1310-1320页

作者：张源杨煜卓刘芸刘薇田亚强陈连生华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 华北理工大学现代冶金技术教育部重点实验室河北唐山063210

镁合金凭借与人骨相近的弹性模量、体内自发的可降解性及优异的生物相容性,在生物医用领域表现出巨大的发展潜力。然而,镁合金室温塑性成形差及绝对抗拉强度/屈服强度低,限制了其广泛应用。热变形作为一种有效改善镁合金力学性能的方式... 详细信息

镁合金凭借与人骨相近的弹性模量、体内自发的可降解性及优异的生物相容性,在生物医用领域表现出巨大的发展潜力。然而,镁合金室温塑性成形差及绝对抗拉强度/屈服强度低,限制了其广泛应用。热变形作为一种有效改善镁合金力学性能的方式,具有细化晶粒及破坏连续大尺寸第二相等特征,通过引入高密度位错进而显著提高材料强度和塑性。因此,从热变形医用镁合金组织演变特征出发,以变形方式为分类依据,综述了近年来医用镁合金热变形的研究动态。概述了轧制、锻造、挤压、高压扭转等4种典型热变形工艺的差异性特征。在此基础上,阐述了不同热变形工艺下医用镁合金的晶粒细化机制,动态再结晶过程和位错增殖对力学性能的影响规律。进一步归纳了热变形医用镁合金微观组织结构及力学性能的本质关联。

关键词：医用镁合金热变形第二相晶粒细化力学性能

F掺杂SrTiO_(3)的制备及光电化学阴极保护性能研究

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人工晶体学报 2024年第4期53卷 707-713页

作者：王建省孔存辉曾雄丰赵英娜华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室唐山063210 河北省(唐山)陶瓷产业技术研究院唐山063007

SrTiO_(3)因合适的能带结构和稳定的物化特性,在光电化学阴极保护领域有很大的应用潜力,但是对太阳光的利用率低和光生电子-空穴对复合率高等问题限制了其进一步发展。基于此,利用阴离子(F)掺杂对SrTiO_(3)改性,以得到高效、稳定光电转... 详细信息

SrTiO_(3)因合适的能带结构和稳定的物化特性,在光电化学阴极保护领域有很大的应用潜力,但是对太阳光的利用率低和光生电子-空穴对复合率高等问题限制了其进一步发展。基于此,利用阴离子(F)掺杂对SrTiO_(3)改性,以得到高效、稳定光电转换性能的SrTiO_(3)光阳极材料。通过溶剂热法制备了不同F掺杂浓度的SrTiO_(3)光阳极材料,UV-Vis DRS和PL测试结果表明,F掺杂提高了SrTiO_(3)对太阳光的利用率和光生电子-空穴对的分离能力。光电化学阴极保护测试结果表明:光照条件下,当F掺杂量为2.0%(原子数分数)时,F-2.0%-SrTiO_(3)与304不锈钢偶联后其光电流密度达到3.7μA/cm^(2),使304不锈钢的开路电位负移至-0.42 V,在模拟海水中为304不锈钢提供有效保护。

关键词： SrTiO_(3) F掺杂溶剂热法光电化学阴极保护光学性质

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钛酸钡薄膜制备及压电光催化研究进展

陶瓷学报 2024年第3期45卷 446-462页

作者：庆达王晓宇苏新悦王建省赵英娜曾雄丰华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料实验室河北唐山063210 河北省(唐山)陶瓷产业技术研究院河北唐山063007

压电催化和光催化的耦合被称为压电光催化,作为处理废水最有效的工艺之一,压电光催化在降解有机污染物和微生物消毒方面引起了人们的广泛关注。但是,传统的压电光催化材料往往含铅,其造价昂贵且容易造成二次污染,因此,研究者们在不断探... 详细信息

压电催化和光催化的耦合被称为压电光催化,作为处理废水最有效的工艺之一,压电光催化在降解有机污染物和微生物消毒方面引起了人们的广泛关注。但是,传统的压电光催化材料往往含铅,其造价昂贵且容易造成二次污染,因此,研究者们在不断探索新型压电材料来驱动压电催化过程。钛酸钡(BaTiO3)作为一种典型的压电半导体材料,其制备成本低、压电活性强、具有优异的压电催化性能,已被广泛用于水分解制氢、二氧化碳还原、细菌消毒和废水处理等多个领域。然而,现有钛酸钡材料存在光生载流子分离率低等问题,实际制备过程中往往需要对其性能进行改进和优化。在此基础上,对BaTiO3的晶体结构、压电光催化原理、极化方式、薄膜制备方法进行了综述,并展望了其未来发展趋势。

关键词：钛酸钡薄膜极化方式制备方法压电光催化

BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及压电光催化性能研究

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陶瓷学报 2024年第1期45卷 117-124页

作者：邢子翱赵慧珍庆达王建省曾雄丰华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料实验室河北唐山063210 河北省(唐山)陶瓷产业技术研究院河北唐山063007

采用Ba(OH)_(2)·8H_(2)O、TiO_(2)通过水热—煅烧法制备四方相BaTiO_(3)。以三聚氰胺为前驱体,热缩聚法制备g-C_(3)N_(4)。简单研磨制备不同质量分数BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)压电光催化复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、... 详细信息

采用Ba(OH)_(2)·8H_(2)O、TiO_(2)通过水热—煅烧法制备四方相BaTiO_(3)。以三聚氰胺为前驱体,热缩聚法制备g-C_(3)N_(4)。简单研磨制备不同质量分数BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)压电光催化复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外—可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)对样品结构、形貌、光学性能进行表征。在模拟太阳光与超声波作用下降解罗丹明(Rh B),研究了复合材料的压电光催化性能。结果表明:10%BaTiO_(3)/g-C_(3)N_(4)光吸收性能最好,压电光催化性能最优,100 min内对Rh B降解率为97.81%,是g-C_(3)N_(4)降解速率的1.48倍。捕获剂实验表明,压电光催化条件下·OH与·O_(2)^(-)为主要活性物种。

关键词：钛酸钡类石墨相氮化碳压电光催化