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金属单原子掺杂纳米TiO2的光催化还原CO2实验研究

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简介:
本研究致力于通过金属单原子掺杂改进纳米TiO2的光催化性能,以提高其在二氧化碳(CO2)光催化还原反应中的活性与效率。 为了探究最佳金属掺杂种类以及最优的金属掺杂比例对TiO2的影响,采用溶胶-凝胶法制备了Ni-TiO2、Co-TiO2 和 La-TiO2 三种单金属掺杂纳米TiO2光催化剂。通过控制变量法分别制备不同掺杂量(0%、0.3%、0.5%、0.7%和1.0%)的单掺杂光催化剂,并对其进行XRD、FT-IR 和 SEM 等表征分析,同时进行TG-DTA测试。随后进行了光催化还原CO2实验,通过检测产物甲醇产量来评估金属单掺杂TiO2光催化剂的活性。结合反应机理深入探讨了这些改性对促进光催化还原CO2的影响机制。本研究为后续探究金属掺杂TiO2制备高效光催化剂提供了一定参考依据。

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  • TiO2CO2
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    本研究致力于通过金属单原子掺杂改进纳米TiO2的光催化性能,以提高其在二氧化碳(CO2)光催化还原反应中的活性与效率。 为了探究最佳金属掺杂种类以及最优的金属掺杂比例对TiO2的影响,采用溶胶-凝胶法制备了Ni-TiO2、Co-TiO2 和 La-TiO2 三种单金属掺杂纳米TiO2光催化剂。通过控制变量法分别制备不同掺杂量(0%、0.3%、0.5%、0.7%和1.0%)的单掺杂光催化剂,并对其进行XRD、FT-IR 和 SEM 等表征分析,同时进行TG-DTA测试。随后进行了光催化还原CO2实验,通过检测产物甲醇产量来评估金属单掺杂TiO2光催化剂的活性。结合反应机理深入探讨了这些改性对促进光催化还原CO2的影响机制。本研究为后续探究金属掺杂TiO2制备高效光催化剂提供了一定参考依据。
  • 理 Principles of Nano-Optics
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    《纳米光学原理》是一部深入探讨纳米尺度下光与物质相互作用规律及其应用技术的专业书籍。它不仅涵盖了纳米光学的基本理论知识,还介绍了该领域的最新研究进展和技术突破,是相关领域科研人员和学生的必备参考书。 《纳米光学导论》,作者:Lukas Novotny 和 Bert Hecht,适合用于学习纳米光学。
  • 《基于COMSOL仿真:不同剂结构对二氧碳电过程中传输影响分析》
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    本文利用COMSOL软件,探讨了不同催化剂结构在二氧化碳电化学还原过程中对离子传输的影响,为优化反应条件提供理论依据。 在COMSOL环境下的研究复现过程中,科学家们致力于探求不同催化剂结构在二氧化碳电化学还原过程中的作用,尤其是其对离子传输的影响。二氧化碳的电化学还原是一个复杂的过程,涉及到化学、物理以及材料科学等多个学科的知识。催化剂的选择和设计是这个过程中的关键因素之一,因为它们能够显著地影响反应速率和选择性,进而决定最终产物的种类和产量。 在COMSOL Multiphysics软件中,研究者们可以模拟实际的化学和物理过程,通过数值模拟的方式来预测和分析不同催化剂结构对离子传输的影响。这项工作对于理解和优化二氧化碳电化学还原反应具有重要意义,因为离子传输效率直接影响到电池或电化学装置的能量转换效率和稳定性。 通过文献复现,研究人员可以对已发表的研究成果进行再验证,确保数据分析的准确性和可靠性。在本研究中,复现文献的结果不仅为科研人员提供了宝贵的参考,而且也为新材料和新技术的开发提供了理论依据。这包括了对催化剂结构的优化、对电化学反应机制的深入理解以及对离子传输过程的精确描述。 在实际操作中,研究者们首先需要构建一个准确的模型,这涉及到对反应物、催化剂以及整个反应环境的细致描述。随后,通过模拟计算,研究者们可以观察和记录在不同催化剂结构下二氧化碳还原过程中的离子传输速率、分布以及浓度变化等关键参数。这些数据有助于揭示特定催化剂结构是如何影响离子传输效率的,并且可以帮助研究人员优化催化剂的设计,以达到提高反应效率和产物选择性的目的。 值得注意的是,在复现研究的过程中,模拟与实验数据的一致性检验至关重要。这不仅验证了模拟方法的准确性,也为进一步的理论研究和实验设计提供了坚实的基础。通过对催化剂结构的调整和优化,研究人员可以设计出更高效的催化剂,从而推动二氧化碳电化学还原技术的发展。 这些工作不仅加深了我们对于催化剂结构在二氧化碳电化学还原过程中的作用和影响的理解,而且为今后的研究和实际应用提供了重要的参考和基础。
  • 有机框架(MOFs)衍生物制备及电应用_朱静怡.pdf
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    本论文由朱静怡撰写,主要探讨了金属有机框架(MOFs)衍生物的合成方法及其在电催化领域的潜在应用价值。通过实验研究,探索了不同MOFs材料的性能优化及其在能源转换和存储中的重要作用。 金属有机框架(MOFs)是一种由金属离子或团簇与有机配体通过中等强度的配位键形成的有机-无机杂化材料。这些材料具有极大的比表面积、高孔隙率、结构多样性和可修饰的孔道表面等特点,使其在催化领域特别是电化学催化方面展现出巨大的潜力和应用价值。 MOFs衍生材料通常通过热处理过程制备而成,包括选择不同的活化气氛(如惰性气体、空气或氢气)、调整温度及控制加热速率等因素。这些条件对最终催化剂的电催化性能有着显著影响。例如,改变金属中心离子种类可以调节MOFs结构和化学性质,从而影响其衍生材料的催化活性。过渡金属如钴、镍和铁等常被用作MOFs中的金属离子,在电催化过程中提供必要的活性中心以促进特定反应的发生。 在电化学催化中,MOFs衍生材料主要应用于氧还原反应(ORR)和析氢反应(HER)。ORR是燃料电池和金属-空气电池的重要步骤之一;而HER则对水解制氢至关重要。通过将MOFs转化为多孔碳纳米材料或纳米颗粒碳复合物,可以实现高效的ORR和HER催化性能。例如,钴基MOFs衍生的碳材料在ORR中表现出良好的四电子转移效率,有助于提高电池的能量转换效率;铁基MOFs则可能形成高活性析氢催化剂,降低HER过电位并提升反应速率。 为了进一步优化MOFs衍生催化剂的性能,研究人员还关注了杂原子掺杂策略。通过向MOFs引入氮、磷等非金属元素可以增强材料电子结构和催化活性。此外,调控孔径大小与形状能够有效控制催化剂负载量及暴露活性位点,从而提升催化效率。 展望未来,该领域的发展趋势可能包括:设计合成新型高效稳定的MOFs;研究更精细的热处理工艺以精确控制材料形貌和结构;开发新的掺杂策略利用多元杂化增强催化性能;探索更多电化学反应中的应用如二氧化碳还原、氧化等反应;以及进行系统性的机理研究深入理解催化剂工作原理,以便更好地指导新材料设计。 金属有机框架及其衍生物在电催化领域的研究与应用充满活力和创新,未来有望通过持续的研究开发为能源转换存储技术提供更加高效经济的解决方案。
  • 纤激增益调制数值仿真与
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    本研究深入探讨了掺铥光纤激光器中的增益调制现象,通过数值仿真和实验方法分析其动态特性,并提出优化方案以改善激光性能。 本段落系统性地研究了增益调制掺铥光纤激光器,并基于速率方程与传输方程构建了该类振荡器和放大器的数值模型。通过采用时域有限差分法求解,从理论及实验两方面探讨了不同泵浦光以及结构参数对2 μm波段输出特性的影响。经过数值仿真和实验优化后,成功获得了高转换效率、窄线宽且单一偏振特性的纳秒脉冲激光。具体而言,在种子源振荡器中得到了最大功率为796 mW、脉宽为67.9 ns以及斜效率达到54.4%的输出;而在一级放大器后,获得了最高功率达9.13 W且脉宽为50.5 ns的2 μm波段激光。数值仿真结果与实验数据吻合良好,该模型可作为此类激光器研究及工程设计的重要参考依据。
  • 纤中Peregrine孤生成与传输
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    本研究探讨了在掺杂光纤中生成及传输Peregrine孤子的现象,分析其独特特性及其潜在的应用价值,为非线性光学领域提供新的见解。 基于光脉冲在掺杂光纤中的传输模型,并利用分步傅里叶方法对Peregrine孤子在该介质中的产生与传输进行了数值研究。通过分析Peregrine孤子解,探讨了其在此类光纤中生成和传播的特性;特别地,在提取出高峰值脉冲并去除背景波之后,进一步考察了这些高幅值脉冲的传输行为。 研究表明:当Peregrine孤子在掺杂光纤内移动时,会激发产生一个时间与空间上都局域化的高峰值单个光脉冲;随后该峰值迅速分裂为多个次级脉冲。此外发现,小信号增益越大、饱和能量越高,则产生的脉冲强度越强且宽度更窄,并且这些子脉冲间的距离也会随之减小。 值得注意的是,在消除了背景波之后的高峰值脉冲能够在掺杂光纤中实现稳定传输;在此过程中,光脉冲经历周期性的呼吸式变化(即其时域宽度的变化),同时伴随着脉冲强度在时间上的振荡现象。更重要的是,随着传播距离增加,这些高幅值脉冲的能量平均值呈现逐渐增大的趋势。
  • 对氧速率影响——集成电路制造技术——理与工艺——第四章热氧
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    本章节探讨了掺杂元素对半导体材料热氧化过程中的氧化速率的影响机制,分析其在集成电路制造中的应用价值及潜在挑战。 掺杂情况对氧化速率有显著影响。线性和抛物型的氧化速率常数会受到存在于氧化剂或硅衬底中的杂质的影响。例如,在较低温度下磷可以明显增强氧化效果,而硼在低温时增强作用不明显但在高温条件下则表现突出。此外,钠、水汽和氯都能大幅提高氧化速率。
  • 管碳坐标计算程序
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    本程序用于精确计算碳纳米管中碳原子的空间坐标,助力于理论研究与新材料设计开发,适用于化学、物理及材料科学领域。 本程序仅适用于生成无限长且不开口的碳纳米管的原子坐标设置。
  • 不同形态材料学合成及SERS基底应用
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    本研究聚焦于多种形态金纳米材料的电化学合成方法,并探讨其在表面增强拉曼光谱(SERS)中的应用潜力,旨在开发高效、稳定的SERS基底。 不同形貌的金纳米材料的电化学生长及其在SERS基底中的应用研究指出,表面增强拉曼散射(SERS)作为一种光学检测方法具有良好的特异性和高灵敏度的特点。金属如金、银等形成的纳米结构可以产生显著的SERS效应,并被广泛应用于化学分析中。