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石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池

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无机材料学报 2017年第10期32卷 1042-1048页

作者：刘永强黄浩翟进生马梦君范佳杰郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 郑州大学国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001

以三维锐钛矿TiO_2微球为上层光散射层材料,以商业纳米TiO_2为下层连接材料,采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO_2薄膜,并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中,石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入,Cd S/Cd Se量子点采用连续离子层... 详细信息

以三维锐钛矿TiO_2微球为上层光散射层材料,以商业纳米TiO_2为下层连接材料,采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO_2薄膜,并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中,石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入,Cd S/Cd Se量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)制备。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱对样品进行表征。实验还制备了Cd S/Cd Se量子点敏化及石墨烯量子点/Cd S/Cd Se共敏化太阳能电池,并研究了石墨烯量子点及Cd S不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明,石墨烯量子点及Cd S不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均有较大影响。优选条件下,TiO_2/QGDs/Cd S(4)/Cd Se电池的光电转换效率为1.24%,光电流密度为9.47 m A/cm^2,显著高于TiO_2/Cd S(4)/Cd Se电池的这些参数(0.59%与6.22 m A/cm^2)。这主要是由于TiO_2表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输,减少了载流子的复合。

关键词：石墨烯量子点(GQDs) Cd S/Cd Se量子点 TiO2微球共敏化太阳能电池

高温海洋环境下过渡金属基合金的腐蚀与防护研究进展

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表面技术 2022年第5期51卷 198-213,233页

作者：曹国钦陈朝阳万冬阳水季川马铭萱胡俊华郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001 海军研究院北京102442

综述了高温海洋腐蚀环境的类型,以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为,及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度,讨论了化学/电化学反应发... 详细信息

综述了高温海洋腐蚀环境的类型,以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为,及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度,讨论了化学/电化学反应发生的可能性。基于氧化腐蚀过程中复合氧化膜的形成过程,总结了氧化膜与侵蚀性离子以及杂质气体的再作用机理,明确了保护性氧化膜和非保护性氧化膜的类型。从合金化的角度,揭示了Cr、Al等元素对防腐性能提升的关键作用,指出了材料计算在高温海洋环境的潜在应用价值。最后归纳了高温海洋环境下的涂层防护手段和材料体系,其中结构稳定性和界面反应问题是涂层材料研究的重点。在未来研究方向上,指出应该重点关注腐蚀过程中活性元素的交互作用以及钝化膜的形成机理,筛选有效防护元素。利用氧化、盐雾等多种腐蚀条件,依托构效关系进行涂层优化,形成系统的海洋高温涂层防护方案。高熵合金涂层作为新兴体系在高温防护上的应用具有研究价值。

关键词：海洋环境盐雾腐蚀熔融盐腐蚀钝化膜涂层

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p型氧化镍薄膜晶体管的微流控法制备研究

无机材料学报 2019年第1期34卷 79-84页

作者：梁玉梁凌燕吴卫华裴郁姚志强曹鸿涛中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省石墨烯应用研究重点实验室宁波315201 郑州大学材料科学与工程学院国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001

可以图形化和沉积同时进行的镀膜技术可有效简化器件制备流程,从而降低成本。本工作研究了一种新型的图形化沉积镀膜技术–微流控法:将宽度及间隔均为80μm、沟槽深度为2μm左右的PDMS模板与衬底贴合构筑微流通道,毛细力作用下前驱液可... 详细信息

可以图形化和沉积同时进行的镀膜技术可有效简化器件制备流程,从而降低成本。本工作研究了一种新型的图形化沉积镀膜技术–微流控法:将宽度及间隔均为80μm、沟槽深度为2μm左右的PDMS模板与衬底贴合构筑微流通道,毛细力作用下前驱液可在微流通道内流动,并在衬底表面形成图形化的液膜,最后经热处理完成图行化的薄膜沉积。此外,分析了硝酸镍/2-甲氧基乙醇前驱体的热分解过程和不同温度退火下前驱体粉末的相结构演化规律。最终利用微流控法图形化沉积技术制备了图形化的氧化镍沟道,并构筑了薄膜晶体管器件。优化后的薄膜晶体管表现出典型的p型特征,场效应迁移率可达0.8 cm^2?V^(–1)?s^(–1)。

关键词：氧化物半导体溶液法浸润性薄膜晶体管热失重-差热曲线

轻水堆包壳锆材服役环境下延寿策略及研究进展

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表面技术 2019年第11期48卷 69-81页

作者：曹国钦任莹莹仵康康姚航航胡俊华邵国胜袁改焕郑州大学材料科学与工程学院郑州450001 低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001 郑州新世纪材料基因组工程研究院河南荥阳450000 国核宝钛锆业股份公司陕西宝鸡721013

综述了核反应堆用锆合金的涂层研究现状。主要论述了非金属类涂层、金属类涂层以及MAX相涂层。其中MAX相既具有金属的性质,又具有陶瓷的性质。分析了包壳材料服役环境下的腐蚀行为,包括正常工况下的过热水氧化腐蚀和含锂离子的水溶液腐... 详细信息

综述了核反应堆用锆合金的涂层研究现状。主要论述了非金属类涂层、金属类涂层以及MAX相涂层。其中MAX相既具有金属的性质,又具有陶瓷的性质。分析了包壳材料服役环境下的腐蚀行为,包括正常工况下的过热水氧化腐蚀和含锂离子的水溶液腐蚀行为,同时也关注了离子辐照行为以及事故工况下的高温蒸汽腐蚀行为。现有涂层材料普遍具有局限性,研究多侧重于高温蒸汽腐蚀。出现了一些新材料,比如可形成致密氧化膜的MAX相、硅涂层等,但是其正常工况下的应用前景不明。相比而言,金属类涂层在抗腐蚀方面更具优势,然而其抗辐照行为和中子经济性尚待研究。目前单一涂层技术在满足抗辐照和中子经济性的基础上尚不足以同时满足正常工况和高温蒸汽下的抗腐蚀性和高稳定性。组合涂层或者多层膜技术逐步受到重视。多元涂层氧化过程中的元素迁移动力学行为以及涂层基体界面的微合金化对结合力的影响具有深远意义,目前该方面的研究有待突破。

关键词：包壳材料锆合金涂层氧化腐蚀抗辐照元素迁移

高分散Co_(0.2)Ni_(1.6)Fe_(0.2)P助催化剂改性P掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片高效光催化析氢的研究

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物理化学学报 2022年第7期38卷 26-35页

作者：沈荣晨郝磊陈晴郑巧清张鹏李鑫华南农业大学生物质工程研究院农业部能源植物资源与利用重点实验室广州510642 华南农业大学材料与能源学院广州510642 郑州大学材料科学与工程学院低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001

随着化石燃料使用的增加和温室气体排放量持续上升,20世纪以来气温上升得更快。开发环境友好型能源取代传统化石燃料是当务之急。氢能源作为-种清洁、高效的能源,被认为是最有希望取代传统化石燃料的能源。光催化水分解水产氢作为为一... 详细信息

随着化石燃料使用的增加和温室气体排放量持续上升,20世纪以来气温上升得更快。开发环境友好型能源取代传统化石燃料是当务之急。氢能源作为-种清洁、高效的能源,被认为是最有希望取代传统化石燃料的能源。光催化水分解水产氢作为为一种环保型技术被认为是最有前景的氢能生产方法。提高光生电子-空穴对分离效率是构建高效光催化剂的关键。然而,利用高度分散的助催化剂构建高效、稳定的产氢光催化剂仍然是-一个挑战。本文首次成功地采用--步原位高温磷化法制备了高度分散的非贵金属三金属过度金属磷化Co_(0.2)Ni_(1.6)Fe_(0.2)P助催化剂(PCNS-CoNiFeP)掺杂P的石墨相氮化碳纳米片(PCNS)。有趣的是,PCNS-CoNiFeP与传统氢氧前驱体磷化法制备的CoNiFeP相比,没有聚集性,分散性高。X射线衍射(XRD).X射线光电子能谱(XPS).元素映射图像和高分辨率透射电镜(HRTEM)结果表明,PCNS-CoNiFeP已成功合成。紫外-可见吸收光谱结果表明,PCNS-CoNiFeP在200--800 nm波长范围内较PCNS略有增加。光致发光光谱、电化学阻抗谱(EIS)和光电流分析结果表明,CoNiFeP助催化剂能有效促进光生电子空穴对的分离,加速载流子的迁移。线性扫描伏安法(LSV)结果还表明,负载CoNiFeP助催化剂可大大降低CNS的过电位。结果表明,以三乙醇胺溶液为牺牲剂的PCNS-CoNiFeP最大产氢速率为1200 μmol-h^(-1).g^(-1),是纯CNS-Pt(320 μmol-h^(-1).g^(-1))的4倍。在420 nm处的表观量子效率为1.4%。PCNS-CoNiFeP在光催化反应中也表现出良好的稳定性。透射电镜结果表明,6-8 nm的CoNiFeP高度分散在PCNS表面。高度分散的CoNiFeP比聚集的CoNiFeP具有更好的电荷分离能力和更高的电催化析氢活性。由此可见,聚合的CoNiFeP-PCNs(300 μmol-h^(-1).g^(-1))的产氢速率远低于PCNS-CoNiFeP.此外,CNS的P掺杂可以改善其电导率和电荷传输。

关键词：三金属磷化物光催化产氢无贵金属助催化剂磷掺杂石墨相氮化碳

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1D Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒/2D Ti_3C_(2)纳米片肖特基异质结的构建及光催化产氢性能研究

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物理化学学报 2021年第6期37卷 180-190页

作者：姜志民陈晴郑巧清沈荣晨张鹏李鑫华南农业大学林学与风景园林学院农业部能源植物资源与利用重点实验室广州510642 华南农业大学材料与能源学院广州510642 郑州大学材料科学与工程学院低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001

开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢化是一个非常具有挑战性的课题。近年来,1D Mn_xCd_(1-x)S纳米结构由于载流子扩散路径短,长径比高,具有优异的光吸收、电荷分离和H_(2)析出活性,而广泛地应用在... 详细信息

开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢化是一个非常具有挑战性的课题。近年来,1D Mn_xCd_(1-x)S纳米结构由于载流子扩散路径短,长径比高,具有优异的光吸收、电荷分离和H_(2)析出活性,而广泛地应用在光催化H_(2)析出应用中。然而,单一的Mn_xCd_(1-x)S光催化剂仍然存在着一些缺点,如光生电子-空穴对的快速复合和量子效率低等。为了进一步促进光生电荷载流子的分离和H_(2)释放动力学,采用原位溶剂热法合成了Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒(MCSNRs)和Ti_3C_(2)MXene纳米片(NSs)之间的1D/2D肖特基异质结。采用各种表征方法深入地研究了金属Ti_3C_(2)MXene NSs在Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒上促进光催化H_(2)进化的关键作用和潜在机制。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、元素分布图和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段,证实成功地构建了低成本的肖特基杂质结,并将其应用于光催化产氢反应中。此外,在Na_(2)SO_3和Na_(2)S混合牺牲剂溶液中,进行了光催化析氢反应。优化后的1D/2D肖特基异质结的最高析氢速率为15.73 mmol·g^(-1)·h^(-1),比纯MCS NRs(2.34 mmol·g^(-1)·h^(-1))高6.72倍。在420nm处获得了19.6%的表观量子效率(AQE)。稳定性测试结果表明,二元光催化剂具有良好的光催化稳性性及广阔的应用前景。更有趣的是,紫外-可见漫反射光谱、光致发光(PL)光谱、瞬态光电流响应和极化曲线谱都清楚地证实了MCS NRs和Ti_3C_(2)MXene纳米片之间的有效电荷分离。线性扫描伏安法(LSV)也表明,MXene助催化剂的加入可以显著降低纯MCS NRs的过电位,证实2D Ti_3C_(2)NSs可以作为电子导电桥梁,改善H_(2)析出动力学。总之,金属Ti_3C_(2)MXene NSs和MCS NRs之间的2D/1D杂化肖特基异质结不仅可以大大改善光生电子和空穴的分离,而且可以减少H_(2)析出过电位,从而显著提高光催化产氢活性。希望本文的研究能为低成本肖特基异质结的构建提供新的思路,为光催化H_(2)生产的实际应用提供参考。

关键词：光催化产氢 1D Mn_(0.2)Cd_(0.8)S纳米棒 Ti_3C_(2)Mxene纳米片 2D/1D肖特结太阳燃料

太阳能驱动H_(2)O_(2)的原位生产与利用:自循环光催化芬顿系统

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第1期44卷 4-6页

作者：张鹏李佑稷李鑫郑州大学材料与工程学院低碳环保材料智能设计国际联合研究中心河南郑州510642 吉首大学化学与化工学院湖南吉首416000 华南农业大学生物质工程研究院农业部能源植物资源与利用重点实验室广东广州510642

人工光合成通过模拟自然界的光合作用合成人类必须的化学品,并在光解水制氢、水和氧气反应制备双氧水等领域得到了广泛的关注.然而,双氧水不稳定导致产物的分离和提纯成本高,阻碍了其进一步发展.为解决上述问题,最近,南京理工大学张侃... 详细信息

人工光合成通过模拟自然界的光合作用合成人类必须的化学品,并在光解水制氢、水和氧气反应制备双氧水等领域得到了广泛的关注.然而,双氧水不稳定导致产物的分离和提纯成本高,阻碍了其进一步发展.为解决上述问题,最近,南京理工大学张侃教授团队联合韩国延世大学Jong Hyeok Park教授,河海大学敖燕辉教授开发出了基于人工树叶的自循环光芬顿系统,在碳酸氢盐溶液和微量Mn^(2+)/Mn^(4+)的协同作用下,成功地将原位生产的双氧水进一步生成活性含氧物种(ROSs)并用于污水处理,实现了高效太阳能驱动H_(2)O_(2)的原位生产与利用(见***.,2022,13,4982).该工作首先利用人工树叶阴极部分对Mn^(4+)离子还原,实现了Mn^(2+)/Mn^(4+)氧化还原物种在催化体系中的循环使用,确保了芬顿体系的可持续性.其次,通过对耦合的光阳极以及阴极的表面动力学过程进行优化,构建了太阳能到双氧水转换效率超过1.46%的人工树叶.实验发现,70 cm^(2)的大面积器件可在70 min内矿化含有5 ppm罗丹明B,5 ppm亚甲基蓝和5 ppm对硝基苯酚的混合污水,并表现出超过一个月的稳定性.综上,本文可为发展新的太阳能驱动环境处理模式提供借鉴.

关键词：光电催化双氧水合成芬顿反应人工树叶环境处理

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纳米SiC基光催化剂研究进展

物理化学学报 2022年第11期38卷 21-44页

作者：何科林沈荣晨郝磊李佑稷张鹏江吉周李鑫华南农业大学生物质工程研究院农业部能源植物资源与利用重点实验室广州510642 吉首大学化学化工学院湖南吉首416000 郑州大学材料科学与工程学院低碳环保材料智能设计国际联合研究中心郑州450001 武汉工程大学环境生态与生物工程学院武汉430205

工业化无疑促进了经济的发展,提高了生活水平,但也导致了一些问题,包括能源危机、环境污染、全球变暖等,其中这些所产生问题主要是由燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料引起的。光催化技术具有利用太阳能将二氧化碳转化为碳氢化合物燃料... 详细信息

工业化无疑促进了经济的发展,提高了生活水平,但也导致了一些问题,包括能源危机、环境污染、全球变暖等,其中这些所产生问题主要是由燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料引起的。光催化技术具有利用太阳能将二氧化碳转化为碳氢化合物燃料、从水中制氢、降解污染物等优点,从而在解决能源危机的同时避免环境污染,因此被认为是解决这些问题的最有潜力的技术之一。在各种光催化剂中,碳化硅(SiC)由于其优良的电学性能和光电化学性质,在光催化、光电催化、电催化等领域具有广阔的应用前景。本文首先系统地阐述了各种SiC的合成方法,具体包括模板生长法、溶胶凝胶法、有机前驱物热解法、溶剂热合成法、电弧放电法,碳热还原法和静电纺丝等方法。然后详细地总结了提升SiC光催化活性的各种改性策略,如元素掺杂、构建Z型(S型)体系、负载助催化剂、可见光敏化、构建半导体异质结、负载炭材料、构建纳米结构等。最后重点论述了半导体的光催化机理以及SiC复合物在光催化产氢、污染物降解和CO_(2)还原等领域的应用研究进展,并提出了前景展望。

关键词：碳化硅光催化光催化析氢光催化降解光催化CO_(2)还原

河南省某典型垃圾焚烧发电厂的VOCs排放特征

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环境科学研究 2022年第5期35卷 1193-1202页

作者：陈纯李鹏钊董瑞泽闫良玉刘丹郝新奇毛景河南省生态环境监测中心河南郑州450046 河南省环境监测技术重点实验室河南郑州450046 郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001 郑州大学低碳环保材料智能设计国际联合研究中心河南郑州450001 郑州大学化学与分子工程学院河南郑州450001

为评估河南省生活垃圾焚烧发电厂排放的挥发性有机物(VOCs)对臭氧生成的贡献,选取某典型企业进行调研.采用气袋、苏玛罐和吸附管进行采样,通过气质联用(GC/MS)和高效液质(HPLC/MS)联用分析方法对117种VOCs物种排放水平进行监测,并计算... 详细信息

为评估河南省生活垃圾焚烧发电厂排放的挥发性有机物(VOCs)对臭氧生成的贡献,选取某典型企业进行调研.采用气袋、苏玛罐和吸附管进行采样,通过气质联用(GC/MS)和高效液质(HPLC/MS)联用分析方法对117种VOCs物种排放水平进行监测,并计算本地化VOCs排放因子.采用最大增量反应活性(MIR)法计算臭氧生成潜势(OFP),并识别OFP贡献率较大的物种.结果表明:①主排放口实测的VOCs总浓度为4.28 mg/m^(3),VOCs排放量为3.5 t/a,计算的VOCs排放因子为0.016 g/kg(以垃圾计,下同).②MIR系数法计算的有组织OFP总排放量为9.3 t/a,对应的MIR系数平均值为2.67.③排放量占比较大的VOCs组分依次为芳香烃(38.37%)、卤代烃(28.79%)、含氧化合物(14.32%)和烷烃(12.75%).对OFP贡献率较大的VOCs组分为芳香烃(53.91%)和含氧化合物(28.16%),OFP贡献率排名前5位的VOCs物种分别为乙醛(20.5%)、间/对-二甲苯(20.2%)、正丁烯(6.2%)、1,2,4-三甲苯(5.4%)和正丁醛(4.9%).④固废间、锅炉房、锅炉房外、渗滤液泵房及房顶采样点测得的VOCs无组织排放总浓度分别为83.6、6.19、1.24、5.71、1.79 mg/m^(3).研究显示,该垃圾焚烧发电厂固废间VOCs浓度较高,需要进一步提高车间内VOCs收集率,以减少无组织VOCs排放,同时可在主排放口安装合适的VOCs去除装置以进一步削减VOCs有组织排放量.

关键词：生活垃圾焚烧发电厂挥发性有机物(VOCs) 臭氧生成潜势(OFP) 排放因子