本研究利用结构设计理念将TiNCl应用于高倍率锂离子电池, 并解释其储能机理. 由于Ti–N层的高导电性, 它可作为电子导电单元. 由Cl层构成的多面体通道有助于锂离子的传输, 并作为离子传输单元. 此外, 由于TiNCl中的Cl带负电的特性, 负极材料在1 mV s −1 下的赝电容贡献率高达99.5%. 而在50 C的高倍率下, 经过1000次循环后, 它依旧保持极高的可逆比容量(202 mA h g −1 ). 这种基于结构单元的设计理念对于研发高性能新型电极材料具有指导意义.
高熵碳化物纳米颗粒的发展将为未来科技带来无限可能. 然而, 目前传统的合成方法很难实现该纳米材料的有效合成. 为此, 本文首次报道了一种简单、快速、低成本的燃烧合成方法, 实现了高熵碳化物纳米颗粒的可控合成. 即首先从热力学方面分析了燃烧合成高熵碳化物纳米颗粒的可能性, 然后以金属氧化物粉、碳粉、镁粉为反应原料以及氟化钠为熔盐介质, 采用燃烧合成方法成功合成出(Ta 0.25 Nb 0.25 Zr 0.25 Ti 0.25 )C高熵碳化物纳米颗粒(燃烧温度: ~1487 K, 持续时间: 63 s, 升温速率: ~68 K s −1 ). 实验结果表明: 合成的高熵碳化物纳米颗粒不仅在所有组成元素的含量和分布上具有高度均匀性, 而且氧杂质含量低, 仅为2.98 wt%. 此外, 合成的高熵碳化物纳米颗粒可以作为硫酸盐活化剂用于降解去除地下水或污水中的四环素污染物, 10小时内的去除率可达到~65.5%.
RENiX 2 化合物(其中RE为稀土元素, X为p区元素)在低温磁制冷应用中受到高度关注. 它们根据元素的不同可以结晶成CeNiSi 2 型、NdNiGa 2 型或MgCuAl 2 型晶体结构, 并表现出不同类型的磁有序性从而影响其磁性. MgCuAl 2 型铝化物由于具有有利的铁磁基态从而表现出比CeNiSi 2 型硅化物和NdNiGa 2 型镓化物更大的磁热性能. 此外, RENiGa 2 镓化物根据RE元素的不同可以结晶成NdNiGa 2 或MgCuAl 2 型结构. 本文选择重稀土(HRE)元素来探索HRENiGa 2 (HRE = Dy, Ho或Er)镓化物的微观结构、磁有序和磁热性能. 三种化合物均以MgCuAl 2 型晶体结构结晶, 并且随着温度的升高经历了从铁磁到顺磁的二级磁相转变. DyNiGa 2 , HoNiGa 2 和ErNiGa 2 化合物的最大等温磁熵变(Δ S iso max )值分别为6.2, 10.4和11.4 J kg −1 K −1 (0–5 T), 这与许多最近报道的低温磁制冷材料性能相当. 特别地, HoNiGa 2 和ErNiGa 2 化合物(包括它们的复合材料)在氢气液化的温度范围内表现出优异的磁热性能.
为了提高光电化学(PEC)电池的性能, 用于修饰光电极的各类新型催化剂已被广泛研究和试用. 然而, 在光电极表面修饰高性能催化剂的成本高、过程复杂、稳定性差, 这些问题严重阻碍了其实际应用. 本研究提出了一种Ag-Pt合金纳米颗粒(Ag-Pt NPs)修饰光电极的策略, 即将TiO 2 /Ti牺牲层覆盖的硅光阴极置入三电极电化学测试体系中进行有光照的多次线性电势扫描. 本修饰方法不需使用含有金属离子的前驱体溶液, 只需用到酸性背景液、可重复使用的Pt对电极和Ag/AgCl参比电极, 即可通过金属Ti与溶解(或扩散)至溶液中的Pt 2+ /Ag + 离子间的光辅助置换反应而形成Ag-Pt合金. 经实验验证, 修饰了Ag-Pt纳米颗粒的硅光阴极的析氢反应动力学可得到显著增强, 同时其光吸收性能不会出现明显降低. 在一个太阳的模拟光照下, 未修饰的平面硅光阴极维持10 mA cm −2 的光电流密度所需过电势在经过Ag-Pt NPs修饰后可从−0.8 V RHE 降低至−0.1 V RHE , 而对修饰了Ag-Pt NPs的硅纳米线阵列光阴极而言, 其过电势可低至0 V RHE . 此外, 还证明了Ag-Pt NPs修饰的光阴极在酸性和中性介质中均表现出显著增强的光化学分解水性能和优异的稳定性. 本研究为不同形貌的光电极上合金纳米颗粒的修饰提供了新的思路和方法.
光生电荷的快速迁移和高效分离是实现高效太阳能分解水反应的必要条件. 本文通过铁电单畴PbTiO 3 晶体的不同极性晶面对阴阳离子的选择性吸附, 在其正负极性面上分别选择性生长了TiO 2 和CdS, 构建出了“三明治”型CdS/PbTiO 3 /TiO 2 异质结构, 且CdS和TiO 2 均与PbTiO 3 晶体具有高质量的界面接触. 在该“三明治”型结构中通过单畴铁电场与界面电场的结合, CdS、PbTiO 3 和TiO 2 三种材料的能带实现了有序级联, 为整个体系提供了促进光生电荷迁移和分离的强驱动力. 用于可见光催化产氢反应中, CdS/PbTiO 3 /TiO 2 的活性较PbTiO 3 /TiO 2 提升了两个数量级, 显示了“三明治”型结构的高电荷分离特性. 本工作中所展示的利用铁电场实现不同半导体能带结构有序级联的策略, 为光电荷迁移与分离路径的合理设计提供了一种新思路.
硅异质结(SHJ)太阳电池由于具有本征非晶硅/掺杂非晶硅的双层膜结构, 表现出了优异的钝化特性. 本文在加热光照条件下研究了SHJ太阳电池的少子寿命变化情况, 发现其会有明显提升. 通过分析饱和电流密度( J 0 )的数值变化, 将此现象归因于SHJ太阳电池的表面钝化质量提高. 基于以上实验结果, 利用指数函数拟合模型可以提取出不同温度下光致增强的速率, 并利用阿伦尼乌斯拟合, 得到光致增强的激活能为0.47 eV, 这说明钝化质量提高与非晶硅层中的氢扩散有关. 此外, 稳定性测试结果显示SHJ太阳电池的增强效果可以维持至少1000小时. 本研究结果对于理解SHJ太阳电池的光致增强机理及其实际应用十分有意义, 有助于进一步推进全球光伏产业的发展.
