發(fā)布時間：2016-08-17 17:07

  本文關鍵詞：功能材料結構與性能的同步輻射研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學技術大學》 2014年

功能材料結構與性能的同步輻射研究

馮亞娟  

【摘要】：人類社會的進步過程即是不斷使用新型材料滿足自身需求的過程。半導體材料、光伏材料、催化劑、熱電材料等功能材料在當代人類的經濟生活和科學研究中都具有重要的價值。為使種類日益增長的新型材料能夠物盡其用,我們首先需要深入了解這些材料的基本結構。隨著同步輻射實驗技術的快速發(fā)展,材料科學家獲得了在原子尺度上研究物質精細結構的有力工具。X射線吸收精細結構譜學(XAFS)使精確確定物質中的原子結構成為可能。在本文中,我們利用基于同步輻射的XAFS技術并結合X射線衍射(XRD)和紫外可見吸收光譜(UV-Vis)等多種常規(guī)技術,重點采用同步輻射原位XAFS方法,從原子結構出發(fā),更為深入地研究各種功能材料的構效關系。對半導體材料(Se納米管)、熱電材料(Ag2Se納米顆粒)、光電極材料(TiO2)和光電極反應催化劑(CoxO)的原子結構進行了詳細的研究：在原子尺度上,給出了Se納米管生長過程的精確描述；確定了超晶格Ag2Se的原子局域結構和相變機理；詳細研究了高性能光降解催化劑Mo摻雜TiO2的原子結構；證實了CoxO系列光電極催化劑具有活性中間體：為上述功能材料的理論研究和實際應用提供了參考信息。 本論文的主要研究內容如下： 1. Se納米管液相生長過程的原位XAFS研究 Se是一種被廣泛研究的非本征半導體材料,其間接帶隙為1.6eV。除了Ge和Si之外,Se是另一種在半導體工業(yè)中獲得廣泛應用的材料。常見的Se單質具有特殊的晶體結構六方晶系(三方硒,t-Se),是一種理想的產生一維納米結構的前驅物。在已報道的關于一維Se納米結構生長過程的研究中,研究者大多是基于中間產物的階段性形貌變化來推斷Se納米結構的生長機理,并不能在原子尺度上精確描述Se納米管或納米線的生長機理。為了明確一維Se納米結構生長過程中的結構變化信息,尤其是初期成核階段的機理,我們利用具有原子尺度結構敏感性的XAFS技術,原位研究了一維硒納米管的生長過程,并使用多重散射理論模擬進一步分析發(fā)現(xiàn)Se納米顆粒前驅物和Se納米管的基本組成單元都是Se單原子鏈。在Se納米顆粒中,Se單原子鏈無規(guī)排布形成無定型結構；經超聲處理,Se單原子鏈分散后按照六棱柱形組裝為Se納米管。本項研究從原子尺度給出了Se納米管的成核和生長機理,為一維Se納米材料的生長機理和可控制備研究提供了重要的參考信息。 2. Ag2Se超晶格結構的XAFS研究及相變動力學模擬 β-Ag2Se具有低的熱導率、高的Seebeck系數(shù)和低的電阻率,是一種有著重要應用前景的熱電材料。近年來,很多研究報道了非計量比的超晶格β-Ag2Se且有特殊的優(yōu)良性能。然而對超晶格β-Ag2Se性質的深入研究受限于其原子結構仍不明確。為了在原子尺度上探測超晶格β-Ag2Se的結構信息,我們采用了同步輻射XAFS實驗技術。示差量熱法(DSC)研究表明樣品顯示出了除常規(guī)正交-立方相變之外的新相變過程。我們采用模擬退火方法來輔助擬合Se K邊的擴展X射線吸收精細結構譜(EXAFS)的x(k)函數(shù),獲得超晶格β-Ag2Se的精確結構參數(shù)。擬合結果顯示在超晶格β-Ag2Se中存在一個間隙位Ag原子。根據(jù)這一結構模型進行的第一性原理分子動力學研究發(fā)現(xiàn),新的相變過程來自于間隙位Ag原子周圍的結構扭曲。這些結果為超晶格β-Ag2Se的相變機理研究提供了理論基礎。 3.光電材料Mo摻雜Ti02的結構解析及其性能研究 二氧化鈦是半導體中最具有應用前景的光電催化劑之一,具有高催化活性、長載流子壽命、高化學穩(wěn)定性和無毒等優(yōu)點。但由于帶隙寬度的限制,二氧化鈦只能夠吸收太陽光光譜中的紫外區(qū)(380nm),因此增大二氧化鈦的可見光利用率對提高其光催化性能有著非常重要的意義。我們研究了用凝膠溶膠方法制備的高性能Mo摻雜二氧化鈦光催化劑的局域結構和性能。EXAFS分析結果表明正六價的Mo原子替代了Ti原子的位置摻入銳鈦礦相中,并且存在Mo-O鍵長收縮現(xiàn)象。結合第一性原理計算,我們發(fā)現(xiàn)鍵長收縮來源于Mo原子周圍的高電子密度從而導致Mo-O鍵共價性增強。光催化降解亞甲基藍實驗證實了Mo摻雜提高了二氧化鈦的光催化性能。這些結果為提高光電材料性能的研究提供了實驗基礎。 4.產氧催化劑構效關系的原位XAFS和UV-Vis研究 太陽光驅動電化學水分解反應產生氫氣和氧氣是一種有效的生產清潔能源的手段。目前廣泛使用的半導體光電極(如Ti02)的能量轉化率普遍受到電極產氧反應的高過電勢影響。而過渡金屬氧化物(TMO,如CoOx)產氧催化劑可以有效降低產氧反應過電勢,提高能量轉化效率。我們通過在電解質中引入適當?shù)馁|子受體,實現(xiàn)了COOx產氧催化劑在較寬pH范圍內的反應活性。我們還利用電化學方法結合原位紫外可見光譜和原位XAFS技術研究了TMO催化劑的活性起源以及催化劑活性與工作電解質之間的關系。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ125.2
【目錄】：

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【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 鐘文杰,賀博,李征,韋世強;USTCXAFS2.0軟件包[J];中國科學技術大學學報;2001年03期

2 韋世強;孫治湖;潘志云;閆文盛;鐘文杰;賀博;謝治;韋正;;XAFS在凝聚態(tài)物質研究中的應用[J];中國科學技術大學學報;2007年Z1期

3 金濤;許頔;刁鵬;項民;;FeO(OH)-TiO_2/CoPi復合光陽極的制備及其光電催化氧化水性能[J];物理化學學報;2012年10期

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫林,張清東,陳先霖,戴江波,俞智華,周光武;基于模擬退火算法的中厚板精軋機工作輥熱膨脹模型[J];北京科技大學學報;2002年03期

2 孫林,張清東,陳先霖,何安瑞,宋耀華,張光新;支持輥磨損模型的模擬退火算法求解[J];北京科技大學學報;2003年02期

3 ;Application of simulated annealing algorithm to improve work roll wear model in plate mills[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2002年03期

4 徐雷,王國印;用模擬退火法由部分采樣點和幅譜重建離散有限時寬信號[J];電子學報;1990年04期

5 張木想,馬縛龍,肖國鎮(zhèn);神經網絡優(yōu)化計算的新方法[J];電子學報;1993年07期

6 楊儒,鐘炳,胡天斗,劉濤;負載型非晶態(tài)Cu/SiO_2催化劑局域結構的研究[J];分子催化;1998年04期

7 朱鵬波;丁劍;郭萃萍;范雪露;劉兆婷;范同祥;張荻;郭其新;鎌田雅夫;;木材結構分級多孔ZnO的同步輻射XAFS研究[J];功能材料;2011年03期

8 張茂林;李其江;吳軍明;吳雋;;同步輻射在古陶瓷研究中應用的現(xiàn)狀和展望[J];光譜實驗室;2011年05期

9 魏璐;王麗琴;周鐵;容波;夏寅;;無損光譜技術在彩繪陶質文物分析中的應用進展[J];光譜學與光譜分析;2012年02期

10 徐紀華;蔣潤;尹玉華;王錚;李寶會;;錨定非對稱ABA三嵌段共聚物在選擇性溶劑中自組裝行為的模擬退火研究[J];高分子學報;2013年10期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 宋春明;賈麗華;閆小玲;郭祥峰;;鑭改性鈦柱撐蒙脫土的合成及其光催化性能[A];第六屆全國工業(yè)催化技術及應用年會論文集[C];2009年

2 汪麗華;朱劍;高魏夢佳;田士兵;謝亞寧;儲勝啟;閻焰;王昌燧;;釉上低溫紅彩呈色機理的初步探討[A];山西大學2008年全國博士生學術論壇（科學技術哲學）[C];2008年

3 陳棟梁;范江瑋;李朝升;朱震剛;韋世強;;Ⅲ-Ⅴ族半導體InSb納米液滴局域結構的熒光XAFS研究[A];Liquid Physics and Related Problems--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2003年

4 閆文盛;李晨曦;韋世強;吳忠華;牛小娟;陳唯;陸坤權;;高溫原位XAFS研究熔態(tài)Sb的局域結構[A];Liquid Physics and Related Problems--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2003年

5 馮純伯;蔣珉;;應用模擬電場法解旅行商問題[A];1993年控制理論及其應用年會論文集[C];1993年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫松;TiO_2基光催化劑的制備、結構及光催化降解VOCs性能與機理研究[D];中國科學技術大學;2010年

2 李先鋒;基于特征優(yōu)化和多特征融合的雜草識別方法研究[D];江蘇大學;2010年

3 田生科;超積累東南景天（Sedum alfredii Hance）對重金屬（Zn/Cd/Pb）的解毒機制[D];浙江大學;2010年

4 江鳳仙;3d過渡金屬摻雜In_2O_3稀磁半導體材料的制備與研究[D];太原理工大學;2011年

5 馬鑫;基于協(xié)同機制和智能算法的多代理系統(tǒng)研究及應用[D];吉林大學;2011年

6 張代生;上轉換微納米晶@TiO_2核/殼結構紅外光催化材料的制備和表征[D];吉林大學;2011年

7 李海彥;離子摻雜TiO_2納米材料的光電性質及光催化活性研究[D];吉林大學;2011年

8 唐軍;半導體和氧化物表面石墨烯的生長和結構表征及錳摻雜碳化硅稀磁半導體研究[D];中國科學技術大學;2011年

9 姚濤;原位XAFS新方法及其功能材料動力學的研究[D];中國科學技術大學;2011年

10 王義飛;新型照明顯示器件用鋁酸鹽熒光粉的優(yōu)化研究[D];中國科學技術大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉翠;水聲圖像閾值分割及智能優(yōu)化算法的研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 蘭任;基于并行混合粒子群算法的蛋白質結構預測[D];大連理工大學;2010年

3 張俊;多車場帶時間窗車輛路徑問題的模型和算法[D];大連理工大學;2010年

4 徐美清;基于神經網絡和遺傳算法的移動機器人路徑規(guī)劃[D];湘潭大學;2010年

5 王慈慈;C、N、F元素摻雜納米二氧化鈦的制備及可見光催化性能研究[D];河北師范大學;2010年

6 吳昊;網絡論壇中的用戶主題討論建模及應用[D];浙江大學;2011年

7 黎利輝;基于特征選擇的入侵檢測研究[D];中南林業(yè)科技大學;2009年

8 郭高飛;分子篩復合TiO_2光催化劑對NO_x去除性能研究[D];華南理工大學;2011年

9 馮超;配電網無功補償容量優(yōu)化配置[D];華南理工大學;2011年

10 彭雄俊;Zn_(0.98)Co_(0.02)O/PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3異質結的制備及其磁性能研究[D];湘潭大學;2011年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王其武;韋世強;;近代物理技術在多相催化研究中的應用(Ⅹ) 第八章 EXAFS和SEXAFS在催化研究中的應用[J];石油化工;1991年07期

2 劉福生;吉仁;吳敏;孫岳明;;苝染料敏化Pt/TiO_2光催化分解水制氫[J];物理化學學報;2007年12期

3 羅大超;張?zhí)m蘭;龍繪錦;陳詠梅;曹亞安;;鎳離子表面處理對二氧化鈦光催化活性的影響[J];物理化學學報;2008年06期

4 李海龍;羅武林;陳濤;田文宇;孫茂;黎春;朱地;劉冉冉;趙宇亮;劉春立;;載Ag二氧化鈦納米管的制備及其光催化性能[J];物理化學學報;2008年08期

5 陸坤權;擴展X射線吸收精細結構(EXAFS)譜[J];物理學進展;1985年01期

6 鐘文杰,賀博,李征,韋世強;USTCXAFS2.0軟件包[J];中國科學技術大學學報;2001年03期

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李寶秀,宋心琦;微電子世界中的碳納米管[J];國外科技動態(tài);2001年03期

2 云中客;自組裝的納米管網絡[J];物理;2002年12期

3 趙國宏,李偉,王仲來,汪漢卿,楊建軍,陳立仁;納米管鈦酸多孔層石英毛細管色譜柱的制備及熱處理對色譜保留性能影響研究[J];分析化學;2004年03期

4 張強，黃榮彬，劉朝陽，鄭蘭蓀;硫化鉬納米管的激光真空濺射產生[J];高等學�；瘜W學報;1995年10期

5 明太;建造“天梯”的材料——納米管[J];知識就是力量;1997年05期

6 于麗萍;“超級纖維”——碳納米管[J];廣西化纖通訊;2001年02期

7 張青紅,高濂,鄭珊,孫靜;制備均一形貌的長二氧化鈦納米管[J];化學學報;2002年08期

8 張弜,呂春菊,李宗全;氧化物輔助生長法合成氮化硼納米管(英文)[J];化學物理學報;2005年01期

9 尹衍升,盧瑤,陳守剛;水熱法制備氧化鋯納米管的影響因素及形成機理[J];現(xiàn)代化工;2005年05期

10 徐大鵬,徐正;CdS納米管有序陣列的制備和表征[J];無機化學學報;2002年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張云懷;肖鵬;盧露;;二氧化鈦納米管的合成及其表征[A];重慶市化學化工學會2009學術年會論文集[C];2009年

2 張剛;顧秉林;;GaN納米管材料電學性質的預測與設計[A];2000年材料科學與工程新進展（下）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

3 李俊榮;張中太;唐子龍;;鈦氧化物納米管的表征[A];中國硅酸鹽學會2003年學術年會論文摘要集[C];2003年

4 郭志新;秦玉軍;鄭東紅;汪長春;;可溶性碳納米管的大規(guī)模制備[A];中國化學會第二屆隱身功能材料學術研討會論文集[C];2004年

5 何運兵;紀紅兵;;TiO_2納米管負載鉑催化劑催化完全氧化甲醛[A];低碳技術與材料產業(yè)發(fā)展研討會論文集[C];2010年

6 王鷺;韓杰;郭榮;;導電聚合物納米纖維合成納米管及其在藥物控制釋放上的應用[A];中國化學會第十三屆膠體與界面化學會議論文摘要集[C];2011年

7 李光霞;吳捷;張道斌;張暉;;TiO_2納米管對鹽酸四環(huán)素的吸附研究[A];第六屆全國環(huán)境化學大會暨環(huán)境科學儀器與分析儀器展覽會摘要集[C];2011年

8 曹艷霞;張國棟;嚴欣兵;王萬杰;王經武;;聚環(huán)氧乙烷/埃洛石納米管復合材料的制備與性能表征[A];中國化學會第28屆學術年會第18分會場摘要集[C];2012年

9 李靜玲;陳文哲;黃世震;;銀摻雜TiO_2納米管制備與性能研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

10 姚平平;汪海風;陳鵬磊;占肖衛(wèi);況勛;朱道本;劉鳴華;;含氟蒽衍生物在氣/液界面的組裝:從非手性分子到手性納米管[A];中國化學會第十二屆膠體與界面化學會議論文摘要集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;[N];中國高新技術產業(yè)導報;2004年

2 田學科;[N];科技日報;2004年

3 記者李曉巖;[N];中國化工報;2003年

4 ;[N];中國高新技術產業(yè)導報;2003年

5 記者 常麗君;[N];科技日報;2011年

6 記者 吳仲國;[N];科技日報;2000年

7 記者董映璧;[N];科技日報;2002年

8 烏 蘭;[N];大眾科技報;2003年

9 東方贏;[N];中國經營報;2001年

10 田學科;[N];科技日報;2004年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙景祥;一維納米管功能化的理論研究[D];吉林大學;2009年

2 徐彥;準一維金屬、鐵氧體的制備和磁性[D];蘭州大學;2009年

3 崔春華;多元金屬納米結構燃料電池催化劑的設計與制備[D];中國科學技術大學;2011年

4 郝少剛;若干低維結構和器件的第一原理研究與設計[D];清華大學;2006年

5 丁瑞雪;碳化硅納米管氣體吸附特性第一性原理研究[D];西安電子科技大學;2011年

6 劉卉春;碳納米管基載體的藥物輸運相關性質研究[D];山東大學;2010年

7 顧曉;金團簇，納米管與杯芳烴分子晶體的理論研究[D];復旦大學;2007年

8 鄒強;金屬氧化物一維納米材料制備與性能研究[D];天津大學;2007年

9 李興華;低維納米復合材料結構物性及ZnO：N中Zn-N定域結構和熱穩(wěn)定性研究[D];東北師范大學;2010年

10 陳雄波;鈰改性鈦基納米管的脫硝活性及抗堿/堿土金屬中毒性能研究[D];浙江大學;2012年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周思瑤;TiO_2基納米管吸附—光催化氧化脫除燃煤煙氣中單質汞的研究[D];浙江大學;2011年

2 郭亮;稀土氧化物納米管、線的制備及表征[D];北京化工大學;2004年

3 靳玉偉;用量子力學第一性原理計算方法研究納米材料[D];華北電力大學（北京）;2010年

4 熊添;以高核鉬簇多金屬氧酸鹽構筑復合材料及應用研究[D];北京化工大學;2010年

5 張全忠;包含平面四配位碳納米材料的第一性原理研究[D];陜西師范大學;2010年

6 劉陽;WO_3/TiO_2復合納米光催化材料制備及其光催化性能研究[D];浙江理工大學;2010年

7 曹丹花;埃洛石的接枝改性及MTO的負載化研究[D];鄭州大學;2010年

8 余華;多孔陽極氧化鋁模板與V_2O_5納米管組裝體系的研究[D];武漢理工大學;2005年

9 余愿;水熱法一維功能納米材料的生長、結構和物性研究[D];太原理工大學;2003年

10 丁佩;碳氮納米管的制備、表征及場致電子發(fā)射特性研究[D];鄭州大學;2003年

  本文關鍵詞：功能材料結構與性能的同步輻射研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

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