石墨烯-氧化钨(偏钨酸铵)复合薄膜的制备及界面电子传输特性

太阳能作为可再生能源, 利用其制氢将有望解决目前较为普遍的能源匮乏及环境污染问题, 因而受到了人们的广泛关注。 在众多的半导体光催化制氢材料中, 氧化钨因性能稳定、成本低廉等特点成为目前光催化领域的热点研究材料, 但其光生电子-空穴易复合限制了器件的光电性能。 为了提高氧化钨的光电转化性能, 国内外的研究人员进行了许多的探索, 目前常用的方法有半导体复合、贵金属沉积、表面敏化、离子掺杂等。
 
以偏钨酸铵为钨源、聚乙烯吡咯烷酮为连接剂, 采用浸渍提拉法制备了石墨烯-氧化钨复合薄膜, 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及Raman光谱等方法对复合结构材料进行了表征, 并利用光电流测试、交流阻抗谱(EIS)、瞬态光电流谱和强度调制光电流谱等方法, 研究复合薄膜电极在光电作用下界面上的载流子转移过程和电荷传输行为。结果表明, 组成薄膜的氧化钨纳米颗粒与石墨烯充分复合, 光电性能显著提高; 与石墨烯复合后, 薄膜的瞬态时间常数增大, 电子-空穴对寿命延长; 电子传输时间减少, 为纯氧化钨薄膜的47.5%。
 
近年来的研究发现, 还原氧化石墨烯(RGO)作为电子传递介质, 可提高半导体材料中光生电子的迁移速率, 降低光生电子-空穴的复合几率, 从而提高半导体材料的光电转化效率。 与碳纳米管(CNTs)和富勒烯(C60)相比, 石墨烯具有更大的比表面积(2630 m2∙g-1)、较高的化学稳定性以及更为优异的电子传导性能。同时, 利用石墨烯规整的二维平面结构作为载体, 将石墨烯与半导体催化剂复合,不仅可以提高光生电荷的迁移速率, 还可以提高催化剂的分散程度以及复合材料的光催化活性。Guo 等以磷钨酸和氧化石墨烯为原料, 超声混合后, 经热分解处理制得WO3/石墨烯复合物, 与纯的WO3 体系相比, 光解水性能提升了1 倍。 Yu 等以Na2WO4 ∙2H2O 为原料, 180 °C 水热制备棒状WO3-石墨烯复合物, 光降解和气敏性能分别提升了1.2和1.5 倍。 Yang 等以磷钨酸为钨源, 三嵌段共聚物P123 为模板, 合成了具有规整结构的介孔WO3-石墨烯复合物, 光解水析氧性能提升了4.1 倍。 Zheng等则采用水热法在导电玻璃(FTO)上制备了片状形貌的氧化钨-石墨烯复合物, 光电性能具有显著提升, 光电流达到2.0 mA∙cm-2(1.23 V vs RHE)。

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梯度结构钨铜复合材料

钨铜(W-Cu)和钼铜(Mo-Cu)分别是由钨钼与铜结合形成的两相复合材料,其具有众多的优势,如高硬度,高强度,高熔点,优良的化学稳定性、优良的导电导热性以及较低的热膨胀系数,在一些大功率器件中被视为一种常用的热沉材料。钨铜作为一种不断取代传统材料的电子封装热沉材料,国内外的相关研究人员及学者也对其展开了更为深入的研究,包括活性剂的添加、改变粉末性能等使得钨铜材料的烧结密度得到更好的提升。而现如今一些工业领域的环境日益严苛(包括温度、压力、功率等),对于钨铜材料的高性能也提出了更高的要求。从梯度结构硬质合金得到启发,日本相关学者提出了梯度结构功能材料的新概念,并对钨铜功能结构梯度材料从制备工艺、计算机模拟以及预测等方面做了充分的研究,也取得了实质性的进展,使得其在一些大功率器件中发挥了重要作用。

钨铜复合材料是由两个理化性能相差较大的金属钨和铜组成的二相假合金,其各项性能可随组织的变化而变化,从梯度结构的方面考虑,其可以一端为具有高硬度、高熔点、高密度的钨或是含铜量较低的钨铜,而另一端则是具有优良导电导热性以及可塑性的铜或含铜量较高的钨铜,这样一来所形成的具有梯度结构钨铜复合材料就有了良好的特异性以及更为广阔的应用前景。对于梯度结构的钨铜复合材料的制造工艺,相关领域的研究人员和学者也提出了多种设想以及尝试。这里简单地介绍几种相关的新工艺,如传统的干粉叠层法,采用分层装入不同粒度的钨粉,经过冷压、烧结、熔渗铜后制取不同组成的钨铜梯度材料(将烧结好的多孔钨骨架电化学腐蚀形成沿腐蚀方向具有梯度孔隙率的钨骨架,经熔渗铜可制得具有连续组成变化的钨铜梯度材料);如采用热等静压扩散连接的方法,可以将不同组成的钨铜材料结合成钨铜梯度材料。

此外,还有一类是通过制备连续梯度层,如注浆成型、沉降成型、离心成型等。如采用等离子喷涂技术将不同组成的钨铜混合物分别装入不同组成的钨铜混合进行粉末压制烧结也是一种新方法。其中有两种工艺方法已经申请了专利,其一是采用粉末冶金-熔渗工艺,其利用粉末冶金方法制取两种组分完全不同的钨铜坯块,再把其中热导率较大的钨铜坯块嵌入另一坯块中,由于嵌入的坯块铜含量相对较高使得其热导率也相对较高,而外围坯块具有较低的铜含量,从而保证了整体梯度材料的热膨胀系数降低。另一种则是将钨铜和以氮化铝-铝(AlN-Al)为主的陶瓷材料有机结合,梯度结构的陶瓷体与金属由于具有相匹配的热膨胀系数,所以内应力较低,并且由于金属与陶瓷结合部分有较高的导热系数而不会使得热量集中在过渡层而影响热沉材料的散热效果。

钨铜复合材料

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仲钨酸铵、稀土元素用于制备脱销催化剂

现有技术中控制NOx排放的方法主要有两大类,一是在燃料燃烧过程中控制NOx的生成,即低叽燃烧技术;二是对生成的NOx进行净化处理,即烟气脱硝技术。烟气脱销技术的关键在于脱销剂的制备,本文介绍一种强度较高、机械性能良好的脱硝催化剂的制备方法。具体步骤如下:

1.配置质量浓度为12-13%的乙醇胺溶液,并加热至60-90°C;
2.向乙醇胺溶液中加入0. 5-4重量份的偏钒酸铵和4-6重量份的仲钨酸铵并加热至90-96°C,然后搅拌至完全溶解,再加入0.1-0.8重量份的稀土元素,得到待用的混合溶液;
3.将40-45重量份纳米二氧化钛、6-8重量份的纳米二氧化硅、20-30重量份的去离子水和5-8重量份的质量浓度为15%的氨水充分混合均勻;
4.将所述步骤2制得的混合溶液加入步骤3制得的产物中,再加入A.K糖和成型助剂,将其搅拌均勻,再加入玻璃纤维丝,再次搅拌均勻;
5.用氨水将步骤4制得的混合物的pH值调至10-11,经捆料陈腐后,再将所述混合物制成蜂窝式,于40-80℃下干燥、400-650℃下煅烧,即得脱硝催化剂。

稀土

优势:
1.A. K糖发挥了粘结剂的作用,有效改善所述脱硝催化剂的机械性能和强度,有效提高脱硝催化剂的抗破碎能力;
2.稀土元素本身具有的特殊性质,不仅可作为助催化剂大幅度提高脱销催化剂的性能,还能显著提高脱硝催化剂的抗中毒性能。

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SCR脱硝催化剂再生液用仲钨酸铵

SCR脱硝催化剂现今90 %以上的火电厂烟气脱硝采用选择性催化还原反应(Selective Catalytic Reduction,简称SCR)工艺,因此SCR工艺应用十分广泛。而催化剂的清洗再生不仅是降低烟气脱硝运行成本的有效方法之一,同时也可以减少固体废弃物造成的对环境污染压力。本文介绍一种SCR脱硝催化剂再生液。

其构成组分如下:渗透促进剂JFC占总含量1‰〜5wt‰,表面活性剂占总含量1‰〜5wt‰,平平加占总含量0〜5wt‰,偏钒酸铵占总含量1%〜4wt%,仲钨酸铵占总含量6%〜12wt %,仲钼酸铵占总含量再生液总量2〜6wt%,余量为去离子水和酸。
其中酸可为:草酸、柠檬酸、醋酸中任意一种,作用是调节pH值范围在5〜7之间。

这种SCR脱硝催化剂再生液具备以下优势:
1.清洗烟气脱硝催化剂的同时补充活性成分,可以显著提高失活的催化剂活性,催化剂再生后活性恢复高达到90〜105%;
2.再生液中添加的非离子型表面活性剂,既提高了对催化剂的清洁能力,又不会对催化剂载体和其他有效成分造成破坏;
3.再生后的催化剂完全能够被继续正常使用,使用寿命可以达到新催化剂的95%以上。

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高温选择性催化还原NOx催化剂的制备

钒系催化剂在废气的排放温度超过500°C时,NH3的直接氧化显著的增强,导致NOx的去除率显著的降低。在高温状态下,WO3-TiO2系统催化剂相比于传统的V205-W03/TiA系统催化剂,有更好的催化活性和高温稳定性。本文将描述WO3-TiO2系统催化剂的制备方法,其步骤如下:

1.将无水乙醇、钛酸丁酯和冰醋酸按体积比2:1:1混合均匀,得到溶液A;
2.将仲钨酸铵溶解于质量浓度为5%的草酸溶液,得到B溶液,其中仲钨酸铵:草酸的质量比为1.6:1;
3.将一定量的B溶液缓慢滴加到A溶液中,其中仲钨酸铵与钛酸丁酯的质量比为 0.029 :1〜0.11 :1,不断搅拌,形成均匀稳定的溶胶;
4.陈化40〜60小时,置于烘箱中于50〜60°C下干燥16〜30小时,得到干凝胶;
5.用研钵将干凝胶研磨30〜50分钟,置于马弗炉中于550〜650°C下煅烧3〜6小时,得到以WO3为活性组分的WO3-TiO2高温SCR催化剂。

所制备的催化剂,不但工艺步骤简单、生产成本低,而且在450°C〜550°C活性温度窗口中,有较高的脱硝率,使用寿命长,热稳定性高。

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光照法检测三氧化钨光催化活性

光催化也叫做光触媒,是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量,来产生催化作用,使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质,不仅能加速反应,亦能运用自然界的定侓,不造成资源浪费与附加污染形成。最具代表性的例子为植物的"光合作用",吸收二氧化碳,利用光能转化为氧气及有机物。

检测流动体系中三氧化钨光催化活性,首先向5mL,10mg/L次甲基蓝染料溶液中分别加入0.0080g产物三氧化钨,并使整个体系处于流动状态,在太阳光下照射,时间限定在0.5-3h之间,每隔一定时间,取样分析。

检测结果显示,在0.5-3h的时间段内,随着光照时间的增加脱色率由81%逐渐增大到97%,并且在2.5h后可达到最高脱色率97.44%。与非流动体系中三氧化钨光催化活性向比较,非流动体系中的产物在开始阶段染料随时间的增加脱色率增大,脱色率可达96.06%。这是因为电子不断地被水中氧分子俘获,最终生成具有高活性的超氧负离子和羟基自由基,羟基自由基具有很强的氧化性可以将有机污染物氧化成无机物,达到催化降解的目的。然而,随着光催化时间越长脱色增加的幅度越小,3h后,电子被俘获的过程基本结束,脱色率基本不变。可见,流动体系中三氧化钨光催化活性较好,脱色速度快,而且脱色效果更佳,可达到97.44%。

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三氧化钨复合物表征

TG曲线TG(Thermal Gravity Analysis),是热力学的一个名词,称为热重分析。含义:样品在指定的升温曲线(速率)下,对其重量减少速度/率的一个分析。从曲线上我们可以知道,在什么温度下,样品的重量减少最多,那么就表明,在此温度下样品发生的分解(或者其他化学反应)最剧烈。TG分类1、静态法(恒温法):试样在某一恒定温度下,测定试样失重与时间的关系,称为“恒温失重法”。2、动态法(升温法):试样在等速升温下,测定试样失重与温度的关系,称为“热失重曲线”。

在考察的过程中,首先将合成产物放入马弗炉中,在400℃的环境中灼烧3h,得到不同三氧化钨掺杂量的三氧化钨粉体样本,接着经由TG图来获取结果,该图温度设定在50-400℃,通过百分比来判断三氧化钨复合物的表征变化。从TG图可以知道,当温度达到350℃以后TG曲线近似为一条直线,表明温度在350℃左右时合成产物失重结束,350℃以前,随着温度的升高,合成产物的重量不断的减小。

其次,将合成产物通过X射线粉末衍射进行分析,可发现合成产物的衍射峰分别与标准的单斜相产物相吻合,没有杂质峰出现,可见复合物三氧化钨没有引起三氧化钨晶型的变化。综上所述,三氧化钨复合物所掺加进去的三氧化钼不会引起晶型的变化,表征不变。

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低温水热法制备三氧化钨复合物

低温水热法水热法是19世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。水热法是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区形成过饱和溶液,继而结晶。

单一三氧化钨材料在结构性能上存在着一定的缺陷,往往不能满足所有实际应用的需求,为了改善三氧化钨的性能以满足更多领域的需求,以下利用三氧化钨的制备方法,从中掺杂了三氧化钼,对复合物进行了结构和成分的表征,提高复合物三氧化钨的实际利用价值。

制备复合物三氧化钨,首先按照产物中掺入三氧化钼的摩尔百分比为0%、1%、5%、8%、10%、12%的比例,将一定质量的钼酸钠与1.000g钨酸钠配成溶液,搅拌均匀。滴2ml溶液于2ml的盐酸中,搅拌0.5h后,移入含聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,100℃放置24h。离心沉降,得到淡黄色粉末沉淀,蒸馏水、乙醇反复洗涤3-4次。在鼓风烘箱中干燥6-7h,然后放入马弗炉中400℃灼烧3h,获得不同的三氧化钼掺杂量的三氧化钨粉体,即为复合物三氧化钨。

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演出道具用钨镀金块

演出道具在一场表演中发挥着不可替代的作用,它是表演中的点睛之笔,也是保证表演能够顺利进行,吸引观众不可或缺的一块。钨镀金块是指在钨块表面镀金的一种收藏、观赏品,也可作礼品之用。钨镀金块的表面镀金除了可以镀黄金之外,也可以镀其他的颜色,如铂金、玫瑰金、铑金、紫金等。由于其形同黄金金块般漂亮的外观和极高的性价比而成为了黄金的替代品。
 
对于一些需要使用黄金作为演出道具的表演来说,黄金的价格过于昂贵,这会额外加重剧组的经济负担,且黄金易损耗,其安全性也很低,极易发生丢失或者被盗窃的问题。演出道具用的钨镀金块即是利用钨镀金块与黄金相同的特性来避免因演出过程中使用真金发生丢失、损坏、盗窃等不良问题。且钨镀金块的价格远远低于黄金,性价比高,其手感与黄金相似,色泽也如黄金般艳丽,是替代真金演出道具的极佳选择。
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黄金探测用钨镀金块

黄金作为一种既可装饰又可保值的贵金属,无论何时在人们心中都保有其独特的地位。人们对黄金及黄金制品的追求一直处于一个上升的状态,特别是近年来随着人们生活水平的普遍提高。人们对于黄金的狂热追求,使得黄金销售商的生意蒸蒸日上,但同时也带来了一系列的“假黄金”问题。这使得人们不得不提高警惕,以防止受骗,因此也带动了黄金探测仪的热销。
 
钨镀金块的基质为钨合金,表面为镀金层,主要用作礼品、收藏以及观赏品。而黄金探测用钨镀金块则主要是黄金探测仪卖家用以向购买探测仪的顾客展示真金与假金的区别。用钨镀金块可以更直观地让顾客明白并且学会鉴别真金与假金,就可以极大地避免经济损失,也是最为有效、最可靠的鉴别方式。此类黄金探测用钨镀金块可以根据商家的需求进行形状、重量、数量等等方面的专门定制。
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中温抗硫型复合氧化物催化剂的制备方法

氮氧化物是大气的主要污染源,它不仅会引起酸雨、光化学烟雾等破坏地球生态环境的一系列问题,而且还严重危害着人体的健康。氨气选择性催化还原法(selective catalyticreduction, SCR)由于成熟和高效而成为火力发电厂等固定源主流的脱硝技术,而其核心问题就在于催化剂的研制。本文提供一种中温抗硫型复合氧化物催化剂的制备方法,其主要步骤如下:

1.按照Ce/W摩尔比0.25〜4.0的比例将仲钨酸铵与硝酸铈分别加入两份体积为20mL浓度为25g/L的草酸溶液中;
2.步骤1制得的两种溶液相互混合,30〜50°C水浴加热搅拌30〜60分钟;
3.将lmol/L的碳酸氢铵溶液加入步骤2制得的混合溶液中,至PH值等于9〜10时停止,后于30〜50°C水浴加热搅拌30〜60分钟;
4.进行抽滤,在110°C〜120°C烘箱内干燥12〜14小时,得到半成品;
5.半成品置于马弗炉内,400°C〜500°C焙烧4〜5小时,制得CeO2-WO3 (X)催化剂。

中温抗硫型复合氧化物催化剂应用于净化固定源尾气中的氮氧化物步骤为:
1.将CeO2-WO3 (X)装载在固定床反应器当中,反应温度控制在175〜500°C范围;
2.以氨气为还原剂,控制气体总流量在300mL/min,流过反应器中的催化剂。

其优势在于:无污染;通过CeO2与WO3的协同作用,大大提高了催化活性以及抗硫性能;该氧化物催化剂在175〜500°C范围内,氮氧化物的净化效率达70-100%。

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