MnO2@ACFF中间层强化高载量硫电极性能稳定性作用

为提高碳材料对聚硫化物的吸附能力,将MnO₂原位化学沉积于活性碳纤维炭毡(ACFF)的碳纤维表面,得到了聚硫化物吸附强化的多孔导电材料(MnO₂@ACFF)。将其作为中间层设置于隔膜和硫电极之间,有效控制了高载量硫电极的聚硫离子穿梭,提高了活性物质利用率和库伦效率,降低了电极极化和电化学反应阻抗,提高了电极循环稳定性,避免了锂硫电池的突然失效。在2 mA/cm²的电流密度下,载硫量为15 mg/cm²的硫电极经过350次充放电循环仍保有430 mA·h/g的比容量。提高硫电极载硫量虽然使电极的循环稳定性下降,但载量为20 mg/cm²和30 mg/cm²的硫电极0.1 C下经过100次循环,仍分别保有736 mA·h/g和446 mA·h/g的比容量,比容量保持率为65%,而且面积比容量和面积比能量也能分别保持64%和42%,高于当前锂离子电池的面积比容量和面积比能量。     

二维Ti3C2Tx官能团微波等离子体调控及其气敏性能

采用液相溶液选择性刻蚀法制备风琴状二维碳化钛(Ti₃C₂T_x),并采用O₂–Ar微波等离子体在不同热处理温度下对Ti₃C₂T_x进行表面官能团调控。研究了不同等离子体处理温度下材料的微结构和表面官能团变化,探讨了Ti₃C₂T_x对甲醛和苯系物的气敏响应和选择性,从材料氧官能团变化角度探讨了可能的气体敏感机制。结果表明:O₂–Ar等离子体处理可增加Ti₃C₂T_x材料中的表面氧官能团含量,经500℃热处理样品在最佳工作温度下对0.01%(体积分数)甲醛响应可达到169,同时在室温下对甲醛也表现出良好的气敏性能。     

Ti3C2Tx–Mg Fe2O4复合材料的制备及氨气气敏性能

开发一种性能优异的氨气气体传感器对人类健康和环境保护具有重要意义。利用溶胶凝胶法制备了MgFe₂O₄纳米材料,并通过乙醇超声分散法与Ti₃C₂T_x复合,制备了不同比例的Ti₃C₂T_x–Mg Fe₂O₄复合材料。随后,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析、Fourier红外光谱等方法对Ti₃C₂T_x–Mg Fe₂O₄复合材料的结构和形貌进行了表征,研究了不同比例Ti₃C₂T_x–Mg Fe₂O₄复合材料的气敏性能。结果表明：2.5%(质量分数) Ti₃C₂T_x–Mg Fe     

S/MCNT/Fe3O4正极材料制备及电化学性能研究

锂硫电池因具备高的理论能量密度而引起研究者的广泛关注,但是其实际能量密度仍受限于硫的低电导率及其中间产物多硫化物的“穿梭效应”等因素。为解决以上问题,通过熔硫法将正极活性物质硫负载于多壁碳纳米管的多孔网络骨架中,进一步通过研磨法将其与极性氧化物四氧化三铁复合,制得硫/多壁碳纳米管/四氧化三铁（S/MCNT/Fe₃O₄）正极材料。基于该正极材料组装的锂硫电池,在1C倍率下具有高达908.6 mA·h/g的初始放电比容量,循环250圈后每圈容量衰减率为0.2%,平均库伦效率约为99%,当倍率提高到3C时仍具有636.5 mA·h/g的比容量,表现出优良的倍率性能。     

Ti3C2Tx超薄纳米片高效率去除废水中重金属的研究

通过刻蚀剥离法制备了Ti₃C₂T_x超薄纳米片，探究了其对废水中重金属离子的吸附特性。通过SEM、XRD、AFM、FT-IR、Raman对Ti₃C₂T_x超薄纳米片的形貌和结构进行了表征，通过ICP-MS对处理前后水体中重金属离子的含量进行了测试。结果表明剥离的Ti₃C₂T_x超薄纳米片表面含有结构缺陷和羟基，当水体中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)初始浓度为50 mg/L时，47.5 mg Ti₃C₂T_x超薄纳米片对其的去除效率高达90%以上，尤其是对Pb(Ⅱ)的去除效率达到了98.81%,吸附性能远高于大孔树脂、硅藻土和活性炭等常见吸附试剂。在Na(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ) 4种离子共存溶液中，Ti₃C₂T_x超薄纳米片对于Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的...     

微孔碳材料修饰的隔膜用于高性能锂硫电池

锂硫电池具有较高的能量密度,是有发展前景的能量存储体系之一。但“穿梭效应”严重制约了锂硫电池的实际应用,为解决该问题,本文通过简单的一步热解法合成了孔径均匀的微孔碳材料,探究了微孔碳材料修饰隔膜后对锂硫电池性能的影响。结果表明,制备的微孔碳材料孔径集中在0.56nm左右,修饰隔膜后不仅能够有效抑制“穿梭效应”的产生,还有利于加快锂离子的传输,确保正极一侧溶解的多硫化物的再次利用。在0.1C的电流密度下,采用微孔碳材料修饰隔膜的电池首次放电比容量为1359mAh/g,循环100次之后容量能保持在966mAh/g,而修饰之前的传统聚丙烯隔膜,循环100次之后的比容量仅为409mAh/g;在1C的电流密度下循环500圈后,采用微孔碳材料修饰隔膜的电池容量保持率为88%,表现出优异的循环稳定性。     

双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注，然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应，采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo₂S₄，并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析，采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo₂S₄-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明，CuCo₂S₄-S正极展现出优异的电化学性能，在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g^-1，经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g^-1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo₂S₄材料内部的中空结构可容纳活性物质硫，并起到物理限域作用；同时，极性CuCo₂S₄可有效地化学吸附多硫化物，抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。     

Mn3O4微观结构对固相合成类单晶锰酸锂的影响

探究了Mn₃O₄的微观结构对高温固相法制备类单晶锰酸锂(LiMn₂O₄)的影响。结果表明,前驱体对LiMn₂O₄的结构和形貌有决定性的影响。粒度小、比表面积大的类球形Mn₃O₄更易制得类单晶锰酸锂,其颗粒团聚致密、表面光滑,且晶胞参数小、能量密度大、Li⁺浓度高。类单晶锰酸锂的综合电化学性能和热稳定性远高于非类单晶材料,在0.2 C倍率下首次放电比容量和库仑效率分别高达112.50 mA·h/g、96.5%,8 C倍率下放电比容量仍有102.11 mA·h/g,200次循环后容量保持率为90.1%。类单晶锰酸锂优异的性能归因于其具有稳定的晶体结构和外露表面、较高的Li⁺浓度,在电化学反应中结构稳定、锂离子迁移速率快、电极极化和电荷转移阻抗小。     

CuGeO3/泡沫镍负极材料的制备及其电化学性能

采用原位生长法,在泡沫镍（nickel foam,NF）基底上制备具有三维互连结构的CuGeO₃纳米片,直接将CuGeO₃/NF电极材料用作锂离子电池电极,省去了涂覆法制备粉末电极所需的高分子黏结剂。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜分析了电极材料的结构和形貌,测试了CuGeO₃/NF和CuGeO₃两种负极材料的电化学性能。结果表明,与传统涂覆法制备的CuGeO₃粉末电极相比,CuGeO₃/NF无黏结剂型电极具有更好的循环性能和倍率性能。在0.2A/g电流密度下500次循环后,可逆比容量为972mA·h/g,容量保持率94.1%;在电流密度为1A/g时,可逆比容量为578mA·h/g,电流密度恢复至0.1A/g时,可逆比容量升高至936mA·h/g。CuGeO₃/NF电极材料良好的电化学性能归因于泡沫镍的三维导电网络结构。此外,泡沫镍负载CuGeO₃纳米片加快了嵌锂/脱锂过程中电子和离子的传输,缓解了活性物质的体积膨胀。     

KMn8O16纳米纤维微球及其水系锌离子电池性能研究

电池在充放电过程中，锰基材料会发生材料体积膨胀、锰的溶解、锌的腐蚀以及水的分解等副反应，从而减少电池使用寿命。为抑制二氧化锰体积膨胀，通过一步水热反应合成了由纳米纤维组成的微球嵌钾化合物(KMn₈O₁₆)。结果表明，在3 mol/L ZnSO₄和0.1 mol/L MnSO₄组成的电解液中加入40%（体积分数）的乙二醇（EG）,能一定程度上抑制析氢副反应，同时，EG可以作为低温电解液使用。KMn₈O₁₆纳米纤维微球作为锌离子电池正极材料表现出优异的倍率性能和高的比容量。电流密度为200 mA/g时，经过100次循环，容量约为200 mA·h/g,即使在1 000 mA/g大电流密度下循环200次，容量仍能达到150 mA·h/g。     

高还原氧化石墨烯隔膜应用于锂硫电池的研究

锂硫电池作为高能量密度的二次电池存在硫的低导电性和多硫化物的穿梭效应等问题。通过制备高还原度的氧化石墨烯隔膜,并将其应用于锂硫电池。利用石墨烯片层形成的空间位阻和小介孔结构,可阻挡多硫化物的迁移以及其高导电性可减弱电池极化。在0. 2 C下,采用高还原氧化石墨烯隔膜的锂硫电池初始比容量达到了1 143. 2 m Ah/g,经过100次循环后容量保持率为74. 25%。此外,在2 C下仍有626. 1 m Ah/g的比容量。表明高还原氧化石墨烯隔膜可以有效提升锂硫电池的电化学性能,体现出卓越的长循环稳定性和杰出的倍率性能。     

Ti3C2TxMXene光催化应用研究进展

新型环境友好材料的开发是解决能源短缺和环境污染问题的关键。自2011年MXenes被合成以来,独特的二维层状结构、良好的导电性以及丰富的表面官能团使其受到了密切的关注,并被广泛地应用于光催化能源转换、环境污染治理等领域。在众多的MXenes中,Ti₃C₂T_xMXene是最早被报道的也是目前研究最多的材料。研究发现Ti₃C₂T_xMXene在光催化体系中能够促进光生电子-空穴的分离、减少电荷复合,从而提高该体系的光催化性能,其在光催化领域显示出了巨大的潜力。概述了MXenes材料的结构特性,重点介绍了Ti₃C₂T_xMXene材料在光催化析氢、光催化降解污染物、CO2的光催化还原以及光催化固氮方面的应用进展。最后,总结并讨论了Ti₃C₂T_xMXene材料在光催化应用领域面临的三大挑战。     

一维氮化钒纳米线在锂硫电池中的研究

锂硫电池以其高理论比容量、高能量密度、储量丰富等优点得到了人们的广泛关注,但锂硫电池充放电过程中存在的多硫化锂严重的穿梭效应等缺陷制约着其进一步发展。为了能有效抑制穿梭效应、改善锂硫电池性能,采用水热法制备了一种结晶良好、元素分布均匀的一维氮化钒纳米线,将其作为隔膜修饰材料后,电解液间的浸润性得到了改善,离子传输性能得到了提升;同时,修饰层的形成有效地覆盖了初始隔膜较大的孔洞,从而有效抑制了多硫化锂的穿梭效应,电池的倍率性能和循环性能得到了提升。0.1C下的初始放电容量可达1055 mAh·g^-1,0.5C、1C、2C、5C下的放电容量也能分别维持在862m Ah·g^-1、803m Ah·g^-1、736m Ah·g^-1和651m Ah·g^-1,1C循环后的容量能维持在641 mAh·g^-1。当正极硫负载量为3 mg·cm^-2时,3C循环后的容量也能维持在645 m Ah·g^-1。     

乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜及其在锂硫电池中的应用研究

锂硫电池因其硫电极导电性差及容量衰减快等问题限制了其应用。为了提高锂硫电池的比容量、倍率性能及循环稳定性等电化学性能,本研究利用乙炔黑对玻璃纤维(GF)进行表面修饰,得到了一种新型的乙炔黑/玻璃纤维复合隔膜(CGF)。研究发现,在纯硫电极下,使用CGF隔膜的锂硫电池在电流密度为0.2C时,其起始比容量达到1550mAh/g。且在1C和2C高电流密度下,其比容量仍分别达到了960mAh/g和691mAh/g,长循环300圈后容量保持率分别为65%和58%。然而,使用GF隔膜的锂硫电池在0.2C时起始比容量仅为1113mAh/g。且其比容量衰减快,循环300圈后,比容量仅为517mAh/g;当电流密度增加到0.5C及以上时,锂硫电池基本不能释放容量。通过乙炔黑修饰玻璃纤维隔膜并将其应用于锂硫电池,有效地提高了电池的比容量、循环稳定性和倍率性能。     

高性能Li-Ni双掺杂尖晶石型Li1.05Ni0.02Mn1.93O4正极材料的制备

采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h、600℃二次焙烧不同时间制备锂、镍共掺杂尖晶石型Li_1.05Ni_0.02Mn_1.93O₄正极材料。焙烧不同时间制备的样品均呈现出LiMn₂O₄的尖晶石晶体结构且均为单相,没有任何杂质相出现。延长焙烧时间有利于晶粒发育,提高合成材料的结晶性。二次焙烧9 h合成的正极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在1 C倍率的首次放电容量为102.1 mA·h/g, 500次循环后具有69.15%的容量保持率;在5 C释放出91.9 mA·h/g容量;10 C循环1 000次的容量保持率为76.35%。具有较好的循环可逆性、较小的电荷转移阻抗和较低的表观活化能。适量的锂、镍共掺杂可有效提高LiMn₂O₄的结构稳定性、抑制Jahn-Teller效应和缓解锰的溶解,使其具有更高的电化学性能。     

固体电解质涂层隔膜的制备及性能研究

以无机固体电解质Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(LATP)为涂覆材料,采用简单刮刀涂覆法在商用PE隔膜表面均匀涂覆功能化涂层。利用扫描电子显微镜、循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试方法对涂层隔膜的热稳定性、吸液性、保液性、表面形貌、电化学性能进行表征,研究LATP/PE涂层隔膜性能。结果表明,与商用7μm PE隔膜相比,LATP/PE涂层隔膜的孔隙率、热稳定性和吸液率等指标均有大幅度改善。LATP/PE涂层隔膜为23μm(L₂样品)时具备最佳的电化学性能,扣式电池在0.1 C倍率下的首次放电比容量为162.79 mAh/g,在1 C倍率下循环100圈后容量保持率为120%。软包锂离子电池在1 C的电流密度下循环100圈后容量保持率为74.12%。     

膨胀辉钼矿/碳复合材料构筑及其储锂性能EI北大核心CSCD

天然辉钼矿具有低成本、高储存锂的优势,可直接用作锂离子电池负极材料。首先对辉钼矿进行膨胀处理,然后利用多巴胺进行表面改性,构建了膨胀辉钼矿/碳(EM/C)复合材料。膨胀法制备的蠕虫状膨胀辉钼矿(EM)具有较高的比表面积,有利于电解质的渗透和锂离子的扩散。无定形碳层有效地提高了其电导率,并为MoS_(2)循环过程中体积变大提供了缓冲空间。EM/C复合材料具有较长的循环寿命和高容量,在电流密度100 mA/g下,循环200圈容量仍可高达1213 mA·h/g,即便在1 A/g的大电流密度下,仍有623 mA·h/g的可逆容量。以辉钼矿精粉为原料构建EM/C复合材料的策略,对实现锂离子电池优异的电化学性能具有一定指导意义。     

Fe2C和氮共掺杂的具有有序孔道结构碳膜用于锂硫电池正极

利用定向冷冻-碳化法制备了Fe₂C、氮共掺杂的碳膜（Fe₂C/N-C）作为一体化电极用于锂硫电池。由于其兼具规则的导电网络和连通的离子扩散通道,可有效缓解活性物质硫及放电终端产物导电性差的问题,且孔道结构亦可有效缓冲充放电过程活性物质的体积膨胀效应。该膜结构有利于电子传递和锂离子扩散,掺杂的Fe₂C纳米颗粒对多硫化锂具有较强的吸附作用以及向放电终端产物转化的催化作用,有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”,提高硫利用率,显著提升电池的综合性能和循环稳定性。Fe₂C/N-C电极在载流量1.1 mg·cm^-2、1.0 C电流密度下循环100圈后得到833.0 mA·h·g^-1的比容量、99.3%的库仑效率、每圈容量衰减率低至0.02%,在较高载硫量3.8 mg·cm^-2时,0.2 C下循环100圈仍能取得714.3 mA·h·g^-1的比容量。     

钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。     

多壁碳纳米管夹层抑制锂硫电池穿梭效应

以多壁碳纳米管（MWCNTs）薄膜作为锂硫电池正极片与隔膜之间的夹层,可抑制多硫化物的溶解和扩散,阻止穿梭效应,减小活性物质的损失,提高锂硫电池的容量和循环性能。本文利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,含MWCNTs夹层的锂硫电池在0.2C倍率首次放电比容量达到1352mA·h/g,首次库仑效率接近100%,循环20次后比容量还保持在1028mA·h/g。在1C、2C和5C倍率下充放电,电池比容量分别达到902mA·h/g、782mA·h/g和509mA·h/g。