电纺丝制备掺氮多孔炭纳米纤维布用作锂离子电池负极材料

选取聚丙烯腈和三聚氰胺为碳前驱体和氮前驱体,通过电纺丝和后续的炭化和水蒸气活化过程,制备了一种具有自支撑结构,无需任何导电剂和粘结剂,直接用作电极的用于锂离子电池负极的掺氮多孔炭纳米纤维布。结果表明,此多孔炭纳米纤维布具有无纺交联的纳米纤维形态、独特的微孔结构、较高的比容量(856 m Ah·g-1)和较好的功率性能,是一种非常有使用前景的锂离子电池负极材料。     

三维亲锂Cu@Sn纳米锥集流体用于无枝晶锂金属负极

锂在集流体上的不均匀沉积将导致严重的枝晶生长和体积膨胀等问题,传统的商业化泡沫铜集流体由于具有较大的体积和质量会降低电池的能量密度.本文通过简单的电沉积方法制备了体积小、重量轻,具有亲锂性的3D Cu@Sn纳米锥集流体.从成核与沉积的角度出发,纳米锥结构与亲锂的锡纳米颗粒的协同作用促进了锂的均匀沉积,可有效地抑制锂枝晶的生长.组装的半电池在1 mA cm^-2下经过100次循环后,库仑效率高达97.6%,锂对称电池在1 mA cm^-2下可以稳定循环600 h.将沉积金属锂后的Cu@Sn/Li复合负极与LiFePO₄组装的液态全电池在1 C倍率下, 550个循环之后,容量保持率为95.1%.此外, Cu@Sn纳米锥集流体在固态电池Li/Cu@Sn|PVDF–HFP–5 wt%Si O₂|LFP中也表现出优异的电化学性能,在1 C倍率下, 500个循环之后,放电容量未发生衰减.     

静电纺制备二氧化锡/碳纳米纤维锂离子电池负极材料的研究进展

二氧化锡纳米材料具有毒性小、成本低、可逆容量高等优点,是当前研究最为广泛的锂离子动力电池负极材料之一。构建与碳复合的二氧化锡基纳米结构是缓解二氧化锡在长时间的嵌/脱锂循环过程中体积膨胀、控制纳米颗粒团聚问题以及增加材料导电性的有效方法。用高效、可控的静电纺丝技术,结合高温煅烧、水热合成、化学沉积等方法,可制备出结构型二氧化锡/碳复合纳米纤维。本文讨论了具有不同碳层分布的均匀型、核壳型及三明治型结构的二氧化锡/碳复合纳米纤维的制备方法,以及不同碳层分布对其锂电性能的改善状况及机理分析。     

电纺Co掺杂碳纳米纤维的制备及其吸波性能

采用静电纺丝法和后续的热处理工艺制备不同浓度Co纳米粒子掺杂的碳纳米纤维。通过差热-热重(DSC-TGA)仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、矢量网络分析仪(VNA)对复合碳纳米纤维的热稳定性、物相、微观结构、电磁参数进行表征,并对其微波吸收性能进行研究。结果表明:当炭化温度为800℃时,复合纳米纤维结晶度适中,无定形碳部分转化为石墨相碳,CoAc_2全部被炭化还原为面心立方结构的金属Co纳米粒子,且纤维形貌完整,有串珠状结构存在于纤维网络之间;掺杂后碳纤维电磁性能得到明显改善,当掺杂量为7%(质量分数),涂层厚度为1.5mm时,有效吸收带宽达到最大,为4.5GHz,相比于纯碳纳米纤维,吸波性能得到显著提升。     

氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂（英文）

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。     

ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料的制备及对镉离子的吸附性能

主要将通过磁控溅射技术制备所得的氧化锌@聚丙烯腈(ZnO@PAN)静电纺丝纳米纤维膜材料,利用溶剂热反应合成金属有机框架材料ZIF-8@聚丙烯腈(ZIF-8@PAN)纳米纤维膜材料,后经过900℃高温煅烧工序制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料,并将其应用于水体中重金属离子镉的吸附。X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析表征结果表明,ZIF-8成功地在PAN纳米纤维膜上原位生长,经过高温煅烧,ZIF-8的结构并未明显改变。ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料在水溶液中对镉离子具有良好的吸附效果。探究证明,吸附过程中,在溶液为中性条件下,且水浴加热35℃时,镉离子吸附效果最好,吸附效率最高可达到88%左右。     

氮掺杂碳纳米纤维包覆超细碳化钼/氮化钼异质结构用于碱性条件下电催化析氢

高效非贵金属催化剂对于推进析氢反应(HER)的大规模工业化至关重要.碳化钼(Mo₂C)因其类似铂的能带密度和优良的中间产物吸附特性,有望替代贵金属基材料成为具有前景的催化剂.然而,它在常规制备过程中存在严重的晶体过度生长和团聚问题,导致催化效率低.本研究利用三聚氰胺辅助法制备了含有丰富表面和界面的超细碳化钼/氮化钼(Mo₂C/Mo₂N)异质结构,并同时将其嵌入到氮掺杂碳纳米纤维(CNFs)中.Mo₂C/Mo₂N异质结构的协同作用与超细纳米晶表面暴露的丰富活性位点共同提高了电催化活性,而氮掺杂碳纳米纤维框架保证了快速的电荷转移和良好的结构稳定性.此外,原位形成的Mo₂C/Mo₂N晶体与碳基质之间存在较强的界面耦合作用,进一步提高了电子电导率和电催化活性.得益于这些优势,Mo₂C/Mo₂N@N-CNFs在碱性溶液中表现出优异的电催化析氢性能,在电流密度10 mV cm^-2时具有75 mV的低过电势,优于单相Mo₂C@N-CNFs对比样以及近期报道的Mo₂C/Mo₂N基催化剂.这个合成方法集成了异质结构、纳米化和碳修饰策略,为设计高效率电催化材料提供了新的参考.     

SnS2/ZIF-8衍生二维多孔氮掺杂碳纳米片复合材料的锂硫电池性能研究

锂硫电池(LSBs)因能量密度高、原料储量丰富、环境友好等优点引起了广泛关注。然而,多硫化物的穿梭效应、反应过程中较大的体积膨胀以及硫较差的电子电导率等缺点极大地限制了其发展。本研究设计了一种SnS₂纳米颗粒与ZIF-8衍生的花状二维多孔碳纳米片/硫复合材料(ZCN-SnS₂-S),并研究了其作为锂硫电池正极的电化学性能。其独特的二维花状多孔结构不仅有效缓解了反应过程中的体积膨胀,而且为Li+和电子的传输提供了快速通道,杂原子N也促进了对多硫化物的吸附作用。并且负载的极性SnS₂纳米颗粒极大地增强了对多硫化物的吸附,从而使ZCN-SnS₂-S复合材料表现出优异的电化学性能。在0.2C(1C=1675 mA·g^-1)电流密度下, ZCN-SnS₂-S电极循环100次后仍能保持948 mAh·g^-1的高可逆比容量,容量保持率为83.7%。即使在2C的高电流密度下循环300圈,ZCN-SnS₂-S电极仍具有546 mA...     

中国科大碳纳米纤维组装体的宏量制备及应用研究获进展

最近,中国科学技术大学俞书宏教授领导的研究小组在以往宏量制备纳米线三维材料实验的启发下,利用可吨级生产的廉价的细菌纤维素纳米纤维凝胶为原料,经过冷冻干燥及煅烧后,成功制备出超轻、柔性及抗火性能极好的碳纳米纤维气凝胶,在国际上率先实现了利用工业化大规模生产的生物质材料来制备三维碳纳米材料。