聚吡咯衍生的多孔氮掺杂碳材料的制备及其气体吸附应用

通过物理活化的方法,以导电高分子聚吡咯作为前驱体制备了一系列氮掺杂多孔碳材料。通过扫描电镜、X射线衍射、氮气吸脱附测试、拉曼光谱等手段对样品进行了表征。通过氮气吸脱附测试表明,该氮掺杂多孔碳材料的比表面积可达到745m~2·g~(-1),其比表面积可以通过改变活化时间来调控。所制备的多孔碳材料对二氧化碳具有较好的吸附能力,在273K和0.1 MPa条件下,吸附量可达到7.3%(质量分数)。     

磁性甲壳素多孔碳球的制备及对姜黄素的吸附

以天然产物甲壳素为材料，利用溶胶-凝胶法制备磁性甲壳素多孔碳球，通过物理吸附方法负载姜黄素。利用扫描电镜和红外光谱等技术对磁性甲壳素多孔碳球理化性能进行详细研究，考察磁性甲壳素多孔碳球对姜黄素吸附性能和吸附机制。结果表明：磁性甲壳素多孔碳球由碳纳米纤维束组成，具有多孔结构，比表面积大和磁响应等优点。在35℃时磁性甲壳素多孔碳球（10 mg）对姜黄素(50 mg·L-1)最大吸附量达到132.77 mg·g-1,吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型。     

生物质衍生多孔碳材料的制备及电化学应用

多孔碳材料由于具有比表面积大、孔结构发达、耐酸碱、耐腐蚀、导电性优良以及孔径可调等性质和特点,被广泛用作新型储能装置的电极材料。生物质作为一种来源丰富、廉价易得的可再生资源,为多孔碳材料的制备提供了充足的原料。本文主要介绍了利用碳化和活化的工艺制备生物质衍生多孔碳材料的方法、工艺和机理,论述了生物质衍生多孔碳材料在超级电容器、锂离子电池和钠离子电池中的应用,分析了材料孔结构与电化学性能之间的关系。指出生物质衍生多孔碳材料作为电化学储能装置的电极材料时具有比容量偏低的缺陷,可通过复合、掺杂异原子,以及表面改性等手段解决这一问题。     

氮掺杂介孔碳/硫复合材料的制备及其用作锂硫电池正极材料的研究

以魔芋粉作为碳源、三聚氰胺作为氮源和氢氧化钾作为活化剂制备具有氮掺杂的多孔碳基材;利用热熔法将硫负载在该多孔碳基材中,得到碳硫复合材料,并将其用作锂硫电池的正极材料。采用扫描电镜、透射电镜、比表面分析仪、X射线衍射仪、热重分析仪以及X射线光电子能谱仪对材料的形貌、结构以及化学成分进行分析检测。实验结果表明:魔芋的凝胶化转变可原位固定三聚氰胺,从而实现氮元素在碳基材中的均匀分布,掺氮量高达6.22%,且所得碳基材具有丰富的微孔/介孔结构,比表面积为998m2/g。掺氮介孔碳/硫复合材料用于锂硫电池的正极材料时,表现出优异的电化学性能,在0.5C与1.0C的倍率下,循环200圈后的比容量分别为532mAh/g与490mAh/g,是一种理想的锂硫电池正极材料。     

锂离子电池负极材料SnO_2掺杂石墨烯与多孔碳的改性研究

为改善SnO_2作为锂离子电池负极材料的电化学表现性能,利用溶剂热法制备SnO_2纳米颗粒,通过球磨法将SnO_2与多孔导电碳和石墨烯掺杂制得SnO_2/石墨烯/多孔碳复合材料,并研究了掺杂不同比例多孔碳的复合材料的电化学性能。结果表明:含15.79%多孔碳的SnO_2/石墨烯/多孔碳复合材料性能最好,初始可逆容量达1 221 m Ah·g~(-1);拥有良好的循环稳定性,在200 m A·g~(-1)电流密度下循环50次后,放电容量维持在834 m Ah·g~(-1);在100,200,400,800,1 600 m A·g~(-1)电流密度下,放电容量分别为1 221,1 093,993,796,526 m Ah·g~(-1),表现出良好的倍率性能。适量的多孔碳结合层状石墨烯形成特殊的物理结构,强化了SnO_2在充放电过程中的结构稳定性,进而提高了其电化学循环稳定性;石墨烯/多孔碳复合材料的掺杂提高了锂离子电池负极材料SnO_2的导电性,同时提高了其电化学性能。     

多孔五氧化二铌球的合成及其电化学性能研究

以表面活性剂CTAB为模板,通过水热法及煅烧过程合成了多孔Nb_2O_5微球。对所得产品的表征和电化学性能测试结果表明:合成了正交结构的Nb_2O_5球,且其单分散性能较好,直径为900 nm左右,球上分布有很多孔径为2~70 nm的小孔,形成了独特的多孔结构,该结构增加了材料的比表面积,其比表面积为340 m~2/g。独特的多孔结构和较大的比表面积使得其作为锂离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能:首次容量较高,多孔Nb_2O_5球的首次充放电容量分别为297.8和395.9 m A·h·g~(-1);循环性能稳定,在电流密度为20 m A/g下充放电时,第3次循环后的库伦效率几乎达到100%;倍率性能优异,在50,100 m A/g电流密度下,经过20次循环后的容量分别为139.6,117.1 m A·h·g~(-1),容量保持率都为90%以上。     

多孔石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用催化刻蚀法,制备出作为一种大比表面积、高导电性的、已被广泛用作超级电容器的二维碳电极材料。石墨烯的多孔材料由于其多孔结构能够加快离子的扩散,使得比电容进一步增加,增强了其双电层电容性能。多孔还原氧化石墨烯(hrGO),并将其用作超级电容器的电极材料。同时利用透射电子显微镜、X射线电子能谱和电化学技术对制备出的hrGO进行表征。利用循环伏安法和恒电流充放电技术对比了未刻蚀孔的还原氧化石墨烯(rGO)和hrGO的超级电容性能。当电位在-1～0 V范围内时,hrGO的比电容要大于未刻蚀的rGO的比电容,当扫速为10 mV/s时,其比电容可达到33 mF/cm~2;当电流密度为0.2 mA/cm~2时,hrGO的比电容仍要大于未刻蚀的rGO的比电容,与循环伏安测试中得到的结论一致。在充放电达到3 000次循环后,比电容保持在初始值的87%。上述结果表明该方法制备的多孔石墨烯具有良好的超级电容性能,适用于超级电容器负极材料。     

PDA源多孔碳的制备及其电化学性能

多硫化物会造成锂硫(Li-S)电池活性物质利用率不足、电池循环稳定性差等问题,为获得高循环稳定性的锂硫电池,以聚多巴胺(PDA)纳米粒子作为前驱体制备多孔碳,以获得具有高的比表面积及导电性的碳材料,将其用作锂硫电池正极硫载体,分析该碳/硫复合电极的电化学性能。结果表明:在0.20 C电流密度下碳/硫电极首圈放电容量高达950 mAh/g,循环200圈后放电容量为630 mAh/g,平均每圈的容量衰减率为0.16%;在高电流密度下,该电池也表现出良好的循环稳定性:1.00 C电流密度下首圈放电容量为691 mAh/g,循环400圈后容量高达503 mAh/g,容量保持率为72.79%。制备的碳材料显著提高了活性物质硫的利用率及电池的循环稳定性,是一种极具应用潜能的锂硫电池活性材料。     

新型N、S共掺杂微孔碳材料的制备及性能研究

以三聚氯氰和噻吩为反应单体,通过简单的傅克烷基化反应制备含N、S多孔有机聚合物(PCT),进而以PCT为碳前驱体,采用氢氧化钾活化法在不同温度下碳化得到N、S共掺杂微孔碳材料(CPCT-X),研究碳化温度对材料比表面积和孔径的影响规律,并考察具有不同孔结构和杂原子含量微孔碳材料的CO_2捕集性能和电化学性能。结果表明:CPCT-X具有较大的比表面积(1 629 m~2·g~(-1))和高微孔孔隙率(96.7%),碳化温度为600℃时,具有最好的CO_2捕集性能(5.5 mmol/g,273 K,0.1 MPa);同时,CPCT-X具有很好的超电性能,当碳化温度为700℃时,比电容可达210 F/g(电流密度为0.5 A/g)。     

以碳球为造孔剂的ZnO多孔材料的制备及其气敏性能研究

以葡萄糖作为碳源,采用水热法制备纳米碳球,并将其作为造孔剂制备ZnO多孔材料。分别用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、氮吸附比表面积测试仪对材料进行表征,并研究ZnO多孔材料对应元件的气敏性能。实验结果表明:添加50 m L纳米碳球制备出的ZnO多孔材料其对应元件对乙酸表现出高灵敏度和较好的选择性;在相对湿度为50%,工作温度为310℃时,该材料对应元件对体积分数为1 000×10-6乙酸的灵敏度为393.8,为纯ZnO材料的63.6倍。     

高能球磨在锂离子电池负极储锂材料改性中的应用进展

近年来, 随着便携式电子电气设备的发展, 人们对锂离子电池负极的储锂性能和循环稳定性等有了更高的 要求。石墨作为目前商业化程度最高的锂离子电池负极材料, 有着成本低、性能稳定、环境友好等优点, 但同时也存 在比容量低、石墨片层剥落削减使用寿命等缺点, 不足以满足新一代高能量新能源设备的要求。为解决这一问题, 研究学者们在对以石墨为主导的负极进行改性的同时, 也探索着硅基、锡基、过渡态金属化合物等大容量、高性能 材料在锂离子电池负极的应用。在高能球磨法的基础上, 综述其在锂离子电池负极储锂材料改性中的应用研究进 展, 提出高能球磨法在改性锂离子电池负极储锂材料领域的应用建议, 并对锂离子电池负极改性技术的发展趋势进 行展望。     

Graphene as a high-capacity anode material for lithium ion batteries

Graphene was produced via a soft chemistry synthetic route for lithium ion battery applications. The sample was characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption, field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, respectively. The electrochemical performances of graphene as anode material were measured by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge cycling. The experimental results showed that the graphene possessed a thin wrinkled paper-like morphology and large specific surface area (342 m²·g^?1). The first reversible specific capacity of the graphene was as high as 905 mA·h·g^?1 at a current density of 100 mA·g^?1. Even at a high current density of 1000 or 2000 mA·g^?1, the graphene maintained good cycling stability, indicating that it is a promising anode material for high-performance lithium ion batteries.     

钠离子电池正极材料研究进展

面对化石燃料日益枯竭、锂资源短缺等问题,钠离子电池以资源丰富、理论成本低、快充性能好、低温性能优异等优势被认为是发展新能源、大规模储能和低速电动交通工具中具有较大潜力的二次电池。钠离子电池正极材料是影响电池能量密度、循环性能、倍率性能等参数的重要因素之一,钠离子电池正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物和有机类化合物。总结并介绍了钠离子正极材料,概括了钠离子电池的优劣势,分析了各类正极材料的自身特性和研究方向,对钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。     

锂离子电池硅/石墨复合负极材料的制备及性能研究

锂离子电池发展的重要目标之一是高容量的负极材料,而硅材料以其高达4 200 mAh/g的理论比容量成为研究热点;但是硅负极材料有较大的体积效应,从而造成其电化学循环性能的快速下降,限制了其在生产中的应用.本研究以纳米硅与石墨不同比例的掺杂,通过高能球磨与退火处理,表明当硅与石墨比例为2：1时,首次放电比容量可达2 136.4 mAh/g,同时首次的充放电效率为85.5%; 经过35次循环之后,其可逆容量的保持率85.3%,具有良好的电化学性能.硅/石墨复合材料良好的电化学性能,使其在锂离子电池负极材料的生产及应用中具有重要研究价值.     

碳微米螺旋纤维的电化学特性研究

用碳螺旋纤维作锂离子电池的电极,选择金属锂片作为对电极和参比电极,系统地测量其极化过程中的充放电曲线、循环性能以及电化学阻抗谱.结果表明：首次放电比容量为304.06mAh/g,首次充电比容量为184.87mAh/g,不可逆比容量为119.19mAh/g;循环实验显示,该材料第150周放电比容量达到170mAh/g,为第2周的80%,循环性能良好,这与碳螺旋纤维的大比表和中空结构密切相关;首次放电阻抗谱显示,当电极电位位于1.2～0.6V时,电解液与螺旋纤维间的固体电解质相界面膜（简称SEI膜）开始生长,所形成的SEI膜性质稳定,这也为维护循环稳定性提供有力保障.     

不同配比的复合导电剂对LMO锂电池性能的影响

导电剂使电池有良好的倍率放电性能,是锂离子电池不可或缺的关键材料之一,研究以常规导电炭黑做导电基底,探究添加导电石墨、碳纳米管和活性碳对LMO电池性能的影响.结果表明：在常规导电基底中加入50％的导电石墨,33.3％的碳纳米管,16.7％的活性炭的复合导电剂比常规导电剂组的实际比容量高出12 mAh/g;碳纳米管对实际比容量指标的影响最大,其次是活性炭,再次是导电石墨;循环次数在30次时,加入复合导电剂的电池容量保持率在90％以上,而加入常规导电剂的电池容量保持率下降到71％,不加任何导电剂的电池容量保持率只有55％.     

Bi2S3-MoS2/石墨烯复合材料的合成及电化学储锂性能

为了研发高性能的锂离子电池负极材料,采用水热法合成了Bi₂S₃-MoS₂/石墨烯复合材料,利用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、热重分析（TGA）和X-射线光电子能谱（XPS）对复合材料进行表征,讨论复合材料的微观结构对电化学储锂性能的影响. 特别是,当Bi与Mo的物质的量之比为1∶4时,Bi₂S₃-MoS₂/石墨烯的电化学储锂可逆比容量可以达到1 140 mA·h/g,并具有稳定的循环性能. 当充放电电流密度为1 000 mA/g时,其高倍率特性为886 mA·h/g. Bi₂S₃-MoS₂/石墨烯复合材料优异的电化学储锂性能主要由于MoS₂具有更少的层数和较多的边缘以及Bi₂S₃纳米粒子具有更均匀的粒径,并能很好地分散在石墨烯表面,增强了复合材料容纳锂离子的能力,改善了储锂电极过程的动力学性能.     

Z-CoS2-MoS2/rGO的合成及电化学储锂性能

为了研发比容量高和循环性能稳定的电化学储锂电极材料,用二甲基咪唑钴(ZIF-67)作为Co源前驱体,通过一步水热法制备Z-CoS₂-MoS₂/rGO(还原氧化石墨烯)复合材料,研究微观结构和电化学储锂性能. 结果表明,与采用CoCl₂作为钴源制得的CoS₂-MoS₂/rGO相比,Z-CoS₂-MoS₂/rGO复合材料中CoS₂粒子有着更加细小和较均匀的粒径,很好地分散在MoS₂和rGO表面,形成了相应的异质结构. 作为电化学储锂电极材料,Z-CoS₂-MoS₂/rGO的可逆比容量可以达到1 092 mA·h/g,经900次循环后在500 mA/g电流密度下保持了941 mA·h/g的储锂可逆比容量,显示了稳定的充放电循环性能. Z-CoS₂-MoS₂/rGO优异的电化学储锂性能主要归因于该双金属硫化物复合材料具有较多的电化学储锂电极反应电对以及复合材料中CoS₂纳米颗粒、MoS₂纳米片和rGO之间均匀的复合及所形成的异质结构.     

Co9S8@CNFs复合材料的制备及其在锂离子电池的应用

静电纺丝是一种使聚合物在高压静电场作用下进行拉伸纺丝的纤维制造工艺。静电纺丝制备方法简单,成本低且易纺出微纳米级的纤维,在材料化学领域被广泛应用。采用硫杂杯芳烃构筑的多硫高核笼簇化合物（Co₄₈）为负载物,以聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共混物（PAN/PMMA）为纺丝载体,通过静电纺丝技术,制备了负载Co₉S₈纳米颗粒的碳纳米纤维（Co₉S₈@CNFs）。分别以PAN和PMMA质量比为10∶0、7∶3和5∶5的纺丝载体制备复合物纳米纤维,将其热处理后得到的碳纳米纤维复合材料作为电极材料用于锂离子电池材料的研究。与Co₄₈晶体煅烧的产物相比,PAN和PMMA的加入对最终产物的电化学有促进作用。由PAN和PMMA混合物制备的复合物材料兼具较高比容量、良好循环稳定性以及倍率性能。     

钛酸锂作为锂离子电池负极材料的改性进展

钛酸锂因零应变特性已成为性能优异的锂离子电池负极材料,但导电性差和锂离子扩散率低等问题限制了其广泛应用.在介绍钛酸锂主要制备方法的基础上综述了国内外对于该材料作为锂离子电池负极材料的改性方法,包括体相内的金属离子掺杂、碳包覆和氮化处理等表面改性手段以及材料粒子的大小和形貌控制等.除了体相内锂位的掺杂对材料性能提升不明显外,导电层包覆和颗粒纳米化对材料性能都有较大的提高,因此对于钛酸锂体相内氧位或锂位的掺杂是比较有价值的研究方向.要同时提高材料的离子导电率和电子导电率必须从多个方面综合考虑和设计.