国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

CaCrO4/Cr2O3 的低溫燃燒合成及電化學(xué)性能研究*

2021-10-14 09:33趙宣銘
化學(xué)工程師 2021年8期
關(guān)鍵詞:光電流復(fù)合物反射率

王 晶,趙宣銘

(榆林學(xué)院 能源工程學(xué)院,陜西 榆林 719000)

全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展離不開(kāi)能源材料的飛速發(fā)展,尤其是能源材料在電子、化工、電氣自動(dòng)化、航空航天以及汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用迫使科研人員不斷地開(kāi)發(fā)新的能源材料[1,2]。CaCrO4是一種常用的能源材料,由于它高的穩(wěn)定性和低的電荷轉(zhuǎn)移阻抗,經(jīng)常被用作電池的正極材料[3]。但是,單一組分的CaCrO4的電荷分離和遷移能力低,這極大地限制了它在電池領(lǐng)域的應(yīng)用[4]。為了提高單一組分CaCrO4的電荷分離和遷移能力,構(gòu)建復(fù)合物半導(dǎo)體材料可有效降低其電荷轉(zhuǎn)移阻抗,進(jìn)而提高其在電池中的利用效率[5]。

三氧化二鉻(Cr2O3)是一種高效的提高半導(dǎo)體材料電荷遷移和分離效率的電荷轉(zhuǎn)移載體,經(jīng)常被用來(lái)增強(qiáng)單一組分半導(dǎo)體材料的電化學(xué)性能[6]。將Cr2O3與CaCrO4結(jié)合,構(gòu)建新型CaCrO4/Cr2O3復(fù)合物電極材料將增強(qiáng)它的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力,進(jìn)而拓展該體系在電池領(lǐng)域的應(yīng)用。常用的制備多元復(fù)合物半導(dǎo)體材料的方法主要分為一步法和多步法,而一步法合成復(fù)合物半導(dǎo)體材料時(shí)制備流程簡(jiǎn)單、無(wú)需復(fù)雜的工藝過(guò)程,因而受到了科研人員的廣泛關(guān)注[7]。但是,采用一步低溫燃燒合成法以尿素為燃料構(gòu)建新型CaCrO4/Cr2O3復(fù)合物電極材料尚未見(jiàn)任何報(bào)道。因此,采用一步法合成CaCrO4/Cr2O3復(fù)合物電極材料并研究其電化學(xué)性質(zhì)具有重要的意義。

本文提出采用一種新穎的一步低溫燃燒合成法:以尿素為燃料在300℃合成CaCrO4/Cr2O3電極材料。采用多種表征測(cè)試手段分析CaCrO4/Cr2O3電極材料的相結(jié)構(gòu)、元素組分、表面形貌、光學(xué)性質(zhì)、光電流和阻抗譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CaCrO4/Cr2O3電極材料具有高的紫外可見(jiàn)光學(xué)吸收系數(shù),高的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

無(wú)水CaCl2(99.99%);Cr(NO3)3·9H2O(99.99%);去離子水(實(shí)驗(yàn)室自制,未進(jìn)一步處理);尿素(CH4N2O, AR 天津科密歐試劑有限公司)。

D8 ADVANCE 型X 射線粉末衍射儀(德國(guó)Bruker 公司);KRATOS X SAM 800 型X 射線光電子能譜儀(島津/Kratos 公司);XL-30 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(Philips 公司);Cary-5000 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(美國(guó)瓦里安公司);辰華CHI760 電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)。

1.2 CaCrO4 /Cr2O3 的制備

按nCa∶nCr=1∶3 的摩爾比 稱(chēng)取無(wú)水CaCl2和Cr(NO3)3·9H2O,分別溶解在裝有20mL 的去離子水的燒杯中。待無(wú)水CaCl2和Cr(NO3)3·9H2O 完全溶解后,加入20g 尿素,在磁力攪拌器上攪拌10h。將上述溶液轉(zhuǎn)移至油浴鍋中升溫至300℃,保持該溫度2h,直至溶液變成濃稠狀的黑色凝膠。將凝膠取出,在反應(yīng)膜網(wǎng)上300℃引發(fā)自燃燒反應(yīng),待反應(yīng)2h后,獲得粉末狀樣品即為CaCrO4/Cr2O3。

2 結(jié)果與討論

2.1 所制備CaCrO4/Cr2O3 的XRD 分析

為了研究低溫?zé)Y(jié)合成的CaCrO4/Cr2O3的相結(jié)構(gòu)和純度,圖1 給出了一步低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的XRD 圖譜,其中nCa∶nCr=1∶3。

圖1 低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3 的XRD 圖譜Fig.1 XRD pattern of CaCrO4/Cr2O3 synthesized by the low temperature combustion method

采用Jade 5.0 軟件對(duì)獲得的XRD 圖譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)精修,精修的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察到的圖譜幾乎是一致的。圖譜主要由CaCrO4和Cr2O3兩相組成,其標(biāo)準(zhǔn)的JCPDF 卡片號(hào)分別為JCPDS No.08-0458 和JCPDS No.38-1479。CaCrO4為四方相,空間群為I41/amd(141),晶胞參數(shù)為a=0.7345nm,b=0.6293nm,和塊體樣品相比,它的值略大。Cr2O3為菱方晶系,空間群為R-3c(167),晶胞參數(shù)為a=0.4959nm,b=1.3595nm,其晶胞參數(shù)值也略微比塊體的大?;趯?shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,采用一步低溫燃燒合成法在300℃可合成CaCrO4/Cr2O3復(fù)合物電極材料。

2.2 所制備CaCrO4/Cr2O3 的XPS 分析

為了進(jìn)一步研究合成的CaCrO4/Cr2O3的相純度,圖2 給出了低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的XPS 全譜,測(cè)量范圍為0~1350eV。

圖2 低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3 的XPS 全譜Fig.2 XPS survey spectra of CaCrO4/Cr2O3 synthesized by the low temperature combustion method

由圖2 可以看出,樣品中僅包含了Ca、C、Cr 和O 元素的特征峰,無(wú)其它任何雜質(zhì)元素的特征峰出現(xiàn)。樣品中出現(xiàn)的C 元素的特征峰主要是XPS 儀器的標(biāo)定峰,表明采用一步低溫燃燒合成法在300℃合成的CaCrO4/Cr2O3不含任何其它雜質(zhì)元素。

2.3 所制備CaCrO4 /Cr2O3 的表面形貌和EDX 分析

圖3 是低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的SEM照片。

圖3 低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3 的SEM 照片F(xiàn)ig.3 SEM image of CaCrO4/Cr2O3 synthesized by the low temperature combustion method

由圖3 可以看出,CaCrO4/Cr2O3樣品主要由一些細(xì)顆粒和大的顆粒組成,顆粒間部分出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象。圖4 是低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的EDX譜。

圖4 低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3 的EDX 譜Fig.4 EDX spectra of CaCrO4/Cr2O3 synthesized by the low temperature combustion method

由圖4 可以看出,樣品中僅包含C、Ca、Cr、O 和Pt 元素,而C 和Pt 主要?dú)w因于樣品處理過(guò)程中噴Pt 或SEM 儀器自身,該結(jié)果也表明,CaCrO4/Cr2O3樣品中不含其它任何雜質(zhì)元素。

2.4 所制備CaCrO4 /Cr2O3 的光學(xué)性質(zhì)分析

所制備的CaCrO4/Cr2O3的光學(xué)性質(zhì)分析見(jiàn)圖5。

圖5 低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3 的(a)紫外可見(jiàn)漫反射光譜,(b)紫外可見(jiàn)吸收光譜和(c)(αhν)2~hν 曲線Fig.5 (a)UV-Vis diffuse reflection spectrum,(b)UV-Vis absorption spectrum and(c)(αhν)2~hν curve of CaCrO4/Cr2O3 synthesized by the low temperature combustion method

圖5(a)為低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的紫外可見(jiàn)漫反射光譜。由圖5a 可以看出,當(dāng)波長(zhǎng)增加時(shí),在200~380nm 范圍內(nèi),反射率略微下降;在380~580nm 范圍內(nèi),反射率逐漸增加;而反射率在580~600nm 范圍內(nèi)又出現(xiàn)了明顯的下降;隨后反射率急劇增加,在800nm 時(shí)幾乎達(dá)到了穩(wěn)定;800nm 以后,反射率的增加比較緩慢。根據(jù)紫外可見(jiàn)漫反射光譜和Kubelka-Munk (K-M)公式,可將其轉(zhuǎn)換為紫外可見(jiàn)吸收光譜[8]。

式中,R:反射率;α:吸收系數(shù);S:散射系數(shù)。

圖5(b)是通過(guò)轉(zhuǎn)換后獲得的低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。從圖5b 可以看出,CaCrO4/Cr2O3樣品在190~790nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有高的光學(xué)吸收系數(shù),暗示該材料具有高的紫外可見(jiàn)光催化活性,而該假設(shè)可通過(guò)光電流和阻抗譜曲線進(jìn)行證實(shí)。結(jié)合紫外可見(jiàn)吸收光譜和公式(2),可獲得CaCrO4/Cr2O3樣品的(αhν)2~hν 的關(guān)系曲線圖。

式中 E:能量;A:常數(shù);n=2;Eg:CaCrO4/Cr2O3樣品的光學(xué)帶隙值。

圖5(c)為CaCrO4/Cr2O3樣品的(αhν)2~hν 的關(guān)系曲線圖。將曲線最陡處的斜率外延至與橫坐標(biāo)的焦點(diǎn),其焦點(diǎn)值即為Eg值。根據(jù)圖5 (c) 可知,CaCrO4/Cr2O3樣品的Eg值為2.24eV。它具有的帶隙值表明其在可見(jiàn)光輻照到樣品上時(shí),是可以激發(fā)其價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶的。

2.5 所制備CaCrO4/Cr2O3 的電化學(xué)性質(zhì)分析

所制備的CaCrO4/Cr2O3電化學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3 的(a)光電流和(b)阻抗譜Fig.6 (a)photocurrent and(b)impedance spectrum of CaCrO4/Cr2O3 synthesized by the low temperature combustion method

為了證實(shí)CaCrO4/Cr2O3樣品具有高的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力,采用電化學(xué)工作站對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)量。圖6(a)是低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的光電流曲線,光源為氙燈。當(dāng)光源打開(kāi)時(shí),光電流迅速增加,瞬間達(dá)到最大值;當(dāng)關(guān)閉光源時(shí),光電流迅速回復(fù)到最低值;經(jīng)多次循環(huán)后,達(dá)到穩(wěn)定。結(jié)果表明,CaCrO4/Cr2O3樣品可響應(yīng)可見(jiàn)光,具有高的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力。阻抗譜可進(jìn)一步證實(shí)CaCrO4/Cr2O3樣品具有高的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力。圖6(b)是低溫燃燒合成的CaCrO4/Cr2O3的阻抗譜。由圖6(b)中可以看出,其阻抗譜幾乎只出現(xiàn)了一條直線,主要?dú)w因于瓦爾堡阻抗[9,10]。CaCrO4/Cr2O3樣品的阻抗譜中未出現(xiàn)半圓,表明它具有高的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力。

3 結(jié)論

采用一步低溫燃燒合成法在300℃低溫成功地合成了具有高的可見(jiàn)光響應(yīng)且具有高的電荷轉(zhuǎn)移和遷移能力的CaCrO4/Cr2O3復(fù)合電極材料。CaCrO4/Cr2O3復(fù)合電極材料的主晶格為四方相的CaCrO4和菱方晶系的Cr2O3。物相和純度分析表明,CaCrO4/Cr2O3中除包含Ca、Cr 和O 元素以外,不含其它任何雜質(zhì)元素。形貌分析發(fā)現(xiàn),CaCrO4/Cr2O3顆粒間出現(xiàn)了明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。光學(xué)性質(zhì)分析表明,CaCrO4/Cr2O3可響應(yīng)可見(jiàn)光且Eg值為2.24eV。電化學(xué)性質(zhì)分析證實(shí)了CaCrO4/Cr2O3具有高的電荷轉(zhuǎn)移和分離效率,是一種潛在的電極材料。

猜你喜歡
光電流復(fù)合物反射率
利用鏡質(zhì)組反射率鑒定蘭炭與煤粉互混樣的方法解析
基于TCAD仿真建模的瞬時(shí)劑量率效應(yīng)研究
商品條碼印制質(zhì)量檢測(cè)參數(shù)
——缺陷度的算法研究
碳量子點(diǎn)黃芩素復(fù)合物對(duì)金黃色葡萄球菌抑菌作用的研究
車(chē)燈反射腔真空鍍鋁反射率研究
光電效應(yīng)中有關(guān)光電流的問(wèn)題探析
鹵代烴與小分子弱相互作用研究進(jìn)展
運(yùn)用自制教具探究光電管中光電流的伏安特性
基于地面邊緣反射率網(wǎng)格地圖的自動(dòng)駕駛車(chē)輛定位技術(shù)
WS2/TiO2/絹云母復(fù)合物的制備及性能表征
南华县| 莎车县| 扶余县| 章丘市| 淮南市| 朔州市| 屏东市| 天全县| 二连浩特市| 神池县| 凌云县| 容城县| 虞城县| 张掖市| 漳浦县| 秦安县| 达尔| 新闻| 塔城市| 富川| 九寨沟县| 南木林县| 伊宁市| 武宣县| 屏南县| 兖州市| 新巴尔虎左旗| 闸北区| 门源| 获嘉县| 临海市| 同仁县| 政和县| 尼玛县| 阳山县| 巴林左旗| 阿坝县| 久治县| 高雄县| 海林市| 江永县|