Co3O4与膨胀石墨自组装的多面体复合物作为锂离子电池阳极材料

作为锂离子电池的负极材料，Co₃O₄因其具有890 mA·h/g的高理论比容量而备受关注。本文通过简单的化学溶液法和热处理制备了Co₃O₄与膨胀石墨(EG)自组装的多面体复合材料(Co₃O₄-EG)。当用作锂离子电池的负极材料时，EG与Co₃O₄质量比为1∶3的Co₃O₄-EG复合材料电极在0.1 C的电流倍率下经过400次循环后的可逆容量仍高达418 mA·h/g，高于其他Co₃O₄-EG复合材料(质量比1∶4循环190圈后容量为273 mA·h/g，质量比1∶5循环135圈后的容量为329 mA·h/g)，且所有Co₃O₄-EG复合材料的放电容量均高于纯Co₃O₄(400圈循环后容量为40 mA·h/g)。Co₃O...     

Co9S8/CNTs/C复合物的制备及其储锂性能研究

以Co(NO)₃·6H₂O为钴源，(NH₄)₂S₂O₈为聚合引发剂和硫源，通过原位聚合和煅烧两步法制备Co₉S₈/C复合材料，同时，为了进一步提高其电化学性能，在原位聚合过程中掺杂碳纳米管(CNTs),得到Co₉S₈/CNTs/C复合材料，并研究CNTs掺杂对Co₉S₈/CNTs/C复合材料电化学性能的影响。结果表明：复合物中CNTs的作用主要在于提高复合材料的电子和离子传导特性，使所制备的复合材料表现出更高的比容量。当CNTs掺杂量为0.2g时所制备Co₉S₈/CNTs/C-0.2复合物在0.1A/g、0.2A/g、0.3A/g、0.5A/g、1.0A/g和2.0A/g时比容量分别为1117mAh/g、985mAh/g、916mAh/g、846mAh/g、793mAh/g和710m...     

多孔Co3O4纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₃)为前驱物,制备了由Co₃O₄纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co₃O₄ NFs),其比表面积高达83 m2·g?1,并将制得的多孔Co₃O₄ NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co₃O₄ NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co₃O₄催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co₃O₄催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li₂O₂的形貌,得到的放电产物Li₂O₂尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li₂O₂在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co₃O₄ NFs/炭黑Super P (Co₃O₄ NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g?1电流密度下Co₃O₄ NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g?1,电池可实现100次的充放电循环。      

Fe2O3-石墨烯-碳纳米管复合材料制备条件对载硫性能的影响

锂硫电池是传统锂离子电池最有前途的替代品之一,多硫化物的溶解和导电性差是制约锂硫电池应用的两个重要因素。通过水热法合成了Fe₂O₃-还原氧化石墨烯(RGO)-碳纳米管(CNT)复合载硫材料,并通过调节氨水浓度,实现了复合材料中Fe₂O₃的颗粒尺寸的有效调控,发现小尺寸的Fe₂O₃颗粒具有更好的吸附和催化作用。合成的Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料在1 C倍率下首次放电容量为1 286 mA·h/g,循环500圈后剩余718 mA·h/g,每圈的容量衰减率为0.08%。在0.2、0.5、1、2和4 C倍率下的平均比容量为983、825、769、673和604 mA·h/g,具有良好的倍率性能。在5 C倍率下循环500次仍剩余527 mA·h/g,具有良好的大电流循环性能。Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料特别适用于高性能锂硫电池,具有优异的电化学性能主要是由于R...     

碳纤维负载Co纳米颗粒对Co9S8储氢性能的影响

钴硫合金作为镍氢电池负极的优良材料在新能源领域受到广泛关注。然而在充放电过程中由于颗粒聚集和体积变化等问题导致电化学性能不尽人意,限制了其实际应用。开发出一种电化学性能优异、成本低廉、制备工艺简单的钴硫复合材料具有十分重要的研究意义和应用价值。以Co₉S₈为研究对象,采用静电纺丝工艺制备了负载不同含量Co纳米颗粒的碳纳米纤维(xCo/CNF),之后通过高能球磨法将该材料掺杂到Co₉S₈合金中,得到一系列Co₉S₈+xCo/CNF复合材料。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜对材料的物相和表面微观形貌进行表征,并对复合材料的放电容量、电化学性能、动力学性能以及耐腐蚀性进行测试。研究结果表明,当添加Co₉S₈+1.2Co/CNF时,所得复合材料的放电容量最高(566.2 mAh·g^-1),此外,复合电极表现出优异的高倍率放电能力、耐腐蚀性和良好的动力学性能。     

超临界CO2流体辅助合成Si-Fe-Fe3O4-C复合材料及储锂性能

硅碳负极是未来锂离子电池材料发展的重点方向之一,本文针对传统球磨法制备硅碳负极复合不均匀、界面融合差等问题,提出了一种超临界二氧化碳(scCO₂)流体介质球磨合成Si-Fe-Fe₃O₄-C复合材料的新方法。研究发现,纳米硅和中间相碳微球(MCMB)在scCO₂介质球磨混合过程中,CO₂和Fe反应先得到均匀分散的Si-FeCO₃-C前驱体,然后FeCO₃原位高温固相分解得到Si-Fe-Fe₃O₄-C复合材料。同时,在scCO₂流体渗透下,MCMB剥离成石墨片,并与纳米硅和Fe-Fe₃O₄实现较好的界面融合,Fe-Fe₃O₄的引入显著提升了硅碳负极的储锂容量、循环稳定性和倍率性能,Si-Fe-Fe₃O₄-C复合材料在0.2 A·g?1下100次循环后可逆容量保持在1065 mA·h·g?1。本方法利用超临界流体渗透性好、扩散能力强等特点,合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发潜力。      

Co和Co9S8纳米颗粒均匀嵌入S、N共掺杂的多孔碳材料的电催化性能研究

热解金属有机骨架材料(MOFs)可以得到活性物质均匀嵌入的杂原子掺杂多孔碳材料，这种多孔碳材料在电催化领域具有重要的研究意义。对以Co²⁺为中心离子，2,5-噻吩二羧酸和4,4-联吡啶为有机配体的Co基金属有机骨架材料([Co(tdc)(bpy)]²_n)进行热解处理，成功制备了Co和Co₉S₈纳米颗粒均匀嵌入的S、N共掺杂的多孔碳材料(Co/Co₉S₈@SNC)。其中700℃下热解得到的Co/Co₉S₈@SNC-700上形成的Co和Co₉S₈催化颗粒的比例适中，且多孔碳上的S和N掺杂的形式及比例也最佳。故Co/Co₉S₈@SNC-700在碱性电解液中表现出最佳的氧还原及氧析出双功能电催化性能和导电性。电化学测试结果表明，Co/Co₉S₈@SNC-700的氧还原极...     

CdIn2S4光电薄膜材料的制备及光电性能研究

以氯化镉(CdCl₂·2.5H₂O)、氯化铟(InCl₃·4H₂O)和硫代乙酰胺(TAA)为原料，利用水热法在FTO导电基底上制备CdIn₂S₄薄膜材料。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对所得薄膜的物相结构、表面形貌、成分及光吸收性能等进行表征。借助瞬态表面光电压(TSPV)技术探究CdIn₂S₄薄膜的光生载流子的分离、传输及复合过程。结果表明：制备的CdIn₂S₄薄膜结晶良好、表面均匀平整且具有良好的光吸收性能和光电响应。构建了以CdIn₂S₄和P3HT为吸收层、TiO₂为电子传输层的异质结薄膜太阳能电池器件(FTO/TiO₂/CdIn₂S₄     

Ni/Co3O4花状电极材料的合成及其电化学性能与第一性原理研究

通过水热法制备了一种单质镍掺杂Co₃O₄(Ni/Co₃O₄)的粉末，用伏安特性循环法研究了其电化学性能，同时根据第一性原理从原子尺度和电子结构的角度探究了Ni和Co₃O₄的掺杂机理。首先合成Ni/Co₃O₄粉末；其次对合成的材料结构及性能进行XRD和SEM表征分析，研究不同钴源及同一钴源不同钴镍比对制备的镍Ni/Co₃O₄形貌的影响；最后在不同缺陷和不同掺杂的影响下，建立准确的材料性能预测模型，揭示了修饰电极掺杂改性的微观机理。结果表明，不同钴源均制备出了花状形貌的Ni/Co₃O₄复合材料，电化学性能测试得到其比电容为670F/g;第一性原理计算所得掺杂机理，揭示了电化学修饰的Ni/Co₃O₄复合电极较大提高了材料的导电性能。     

Co3O4/碳复合超级电容器材料的研究进展

Co₃O₄作为超级电容器材料，因具有理论比容量高、价格成本低、无毒环保、储量丰富等优点而备受关注，但制备出电化学性能优异的Co₃O₄超级电容器材料仍是个巨大的挑战。通过与导电性突出的碳材料复合，增加了电子/离子的传输速度，提高了Co₃O₄超级电容器材料电化学性能。综述了Co₃O₄/碳复合超级电容器材料的合成方法，归纳了各个方法的优缺点，分析了影响Co₃O₄/碳复合超级电容器电化学性能的因素，最后，指出了Co₃O₄/碳复合超级电极材料所面临的问题和发展前景。     

Li-Ni共掺尖晶石型LiMn2O4单晶多面体材料的制备及电化学性能

采用无焰燃烧法在500℃反应3 h,然后分别在600、650、700和750℃二次焙烧6 h制备了尖晶石型Li_1.02Ni_0.05Mn_1.93O₄正极材料。结果表明,不同焙烧温度制备的Li-Ni共掺材料没有改变LiMn₂O₄的立方尖晶石结构,且随着焙烧温度的升高,颗粒尺寸变大,结晶性提高。二次焙烧温度为700℃的Li_1.02Ni_0.05Mn_1.93O₄单晶多面体晶粒正极材料具有{111}、{110}和{100}面,且电化学性能较优,在1 C倍率下初始放电比容量为108.2 mA·h·g?1,循环500次后的容量保持率为76.8%;在5 C下首次放电比容量可达到99.0 mA·h·g?1,1000次循环后,仍能维持72.1%的容量保持率;在10 C下仍显示出71.3 mA·h·g?1的首次放电比容量及经500次循环后86.4%的容量保持率。并且其具有较大的Li+扩散系数和较小的表观活化能。Li-Ni共掺LiMn₂O₄单晶多面体材料能够有效抑制Jahn-Teller效应,减小Mn的溶解及增加Li+扩散通道,使材料的晶体结构稳定,提高倍率性能和循环性能。      

Engineering cobalt sulfide/oxide heterostructure with atomically mixed interfaces for synergistic electrocatalytic water splitting

It remains challenging to develop economical and bifunctional electrocatalysts toward oxygen/hydrogen evolution reactions(OER/HER).Herein,we construct Co₉S₈ nanoflakes decorated Co₃O₄ nanoarrays with enriched heterogeneous interface zones on Ni foam(Co₉S₈@CO₃O₄/NF)via a novel step-wise approach.The Co₉S₈@Co₃O₄/NF hybrid manifests excellent performance with low overpotentials of 130 mV for HER(10 mA·cm^-2)and 331 mV for OER(100 mA·cm^-2),delivering a small voltage of 1.52 V for water splitting at 10 mA·cm^-2 as well as outstanding catalytic durability,which surpasses precious metals and previously reported earth-abundant nanocatalysts.Further experimental and theoretical investigations demonstrate that the excellent performance is attributed to the followings:(i)Highly conductive Ni facilitates the efficient charge transfer;(ii)porous core-shell nanoarchitecture benefits the infiltration and transportation of gases/ions;(iii)heterogeneous interface zones synergistically lower the chemisorption energy of hydrogen/oxygen intermediates.This work will shed light on the controllable synthesis and engineering of heterostructure nanomaterials for clean energy storage and conversion technologies.     

Sb2S3基负极材料的制备及储能性能研究进展

由于在低电位范围内的合金化/脱合金化反应机制,硫化锑（Sb₂S₃）材料的理论放电比容量高达946 mA·h·g^-1,是一种有发展前景的锂/钠/钾离子电池负极材料。然而,在电化学反应过程中Sb₂S₃材料的聚集性和较差的导电性限制了离子/电子转移,导致了较差的电化学性能,严重阻碍了其实际应用。有必要对Sb₂S₃基负极材料的结构设计和储锂/钠/钾机制及近几年来的一些重要工作进行总结。本文综述了近年来Sb₂S₃基化合物材料的研究进展,主要包括合理的结构设计和/或与碳基材料结合等策略及所涉及的电化学反应机制,并提出了进一步改善Sb₂S₃化合物负极材料的展望。     

纳米碳片负载Mott-Schottky型Co/Co9S8异质结的原位合成及电催化性能研究

以K₃[Co(CN)₆]为Co源,硫脲为S源,富含-OH和-NH₂的天然亲水性高分子壳聚糖为碳源,通过形成CS-K₃[Co(CN)₆]水凝胶将Co前驱体和S源均匀分布于C前驱体中。水凝胶形成的主要驱动力来自金属Co离子与壳聚糖中-NH₂的配位交联以及Co离子之间通过-CN的桥接作用。得益于均匀分散的前驱体和后续热解处理初期形成的Co的催化作用,通过简单地调控Co与S的原子比,原位构建出均匀镶嵌有Co/Co₉S₈异质结的N,S共掺杂富含微孔的碳纳米片(Co/Co₉S₈@N,S-CNSs)。采用SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS和电化学工作站等方法对所制备催化剂的形貌、组成和结构以及电催化性能进行了表征。结果表明,形成的Mott-Schottky型Co/Co₉S₈异质界面有效地调控了活性中心的电子结构和电荷传输特性...     

磷掺杂石墨相氮化碳的制备及其在锂硫电池中的应用

通过热缩聚合成法,采用尿素为原料,制备石墨相氮化碳(g-C₃N₄),以磷酸氢二胺作为磷源,制备不同磷含量的磷掺杂g-C₃N₄ (xP-CN),研究磷掺杂对xP-CN的微观结构、形貌及xP-CN/S复合材料作为锂硫电池正极材料电化学性能的影响。研究表明,磷掺杂后xP-CN的层间距增大,导电性提高,比表面积变大,10% P-CN的比表面积最大达到101.741 m2·g?1。10% P-CN/S复合材料在0.05 C (1 C=1675 mA·h·g?1)下首次放电比容量达到1383.8 mA·h·g?1,在0.2 C下循环100次后可逆比容量为860.0 mA·h·g?1,而g-C₃N₄/S复合材料比容量仅为178.3 mA·h·g?1;10% P-CN/S复合材料经过倍率测试后比容量可以回复到0.2 C时的93.6%,表现出良好的循环性能和倍率性能。      

NiS/Ni3S2@NiWO4纳米阵列用于构造能量密度创新高的全固态混合超级电容器

混合型纳米电极材料的合理设计及合成对于其不同的应用具有重要意义,尤其是对于可用于下一代电动汽车和电子设备供电的高效纳米结构超级电容器(SCs)储能器件.本文报道了一种简便可控合成核-壳Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列的方法,并将其用于混合超级电容器的独立电极.在5 mA cm^-2的条件下,所制备的Ni₃S₂@NiWO₄独立电极表现出高达2032μA h cm^-2的面积容量;即使电流密度增至50 mA cm^-2,其容量保留率仍为63.6%.更重要的是,在功率密度为3.128 mW cm^-2时,该Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列混合超级电容器仍表现出1.283 mW h cm^-2的最大能量密度;而在能量密度为0.753 mW h cm^-2时,该超级电容器表现出的最大功率密度为41.105 mW cm^-2.此外,该混合超级电容器在连续10,000次循环后仍能保持89.6%的原始容量,从而进一步证明其优异的稳定性.本研究为合理设计各种核壳金属纳米结构提供了便捷途径,有助于促进其在高性能储能器件领域的广泛应用.     

Ag/MnO2复合电极材料的制备及其电化学性能

过渡金属氧化物MnO₂因其制备工艺简单、储量丰富、环保且具有较高的理论比容量,在电池储能方面有较大潜力。本论文借助溶胀法对水热合成的δ-MnO₂进行剥离制得MnO₂纳米片。再利用紫外光照以及NaBH₄的还原作用在MnO₂纳米片表面负载Ag纳米颗粒,从而得到Ag/MnO₂复合材料。对Ag/MnO₂复合材料进行了结构和形貌表征以及电化学性能测试。结果表明,作为锂离子电池负极材料,Ag/MnO₂的电化学性能明显优于纯相δ-MnO₂。Ag/MnO₂在100 mA/g电流密度下的首次可逆比容量达到1 001.1 mA·h/g,库伦效率为79.9%;在0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 A/g电流密度下的平均可逆比容量分别为936.3、607.5、429.5、351.1和278 mA·h/g,当电流密度重新回到0.1 A/g时,其平均可逆比容量仍可达到658.7 mA·h/g。...     

SnO2-Fe2O3复合材料应用于碳纳米管集流体对锂离子电池性能的影响

水热合成法制备纳米SnO₂-Fe₂O₃复合材料,以SnO₂-Fe₂O₃为活性物质,多壁碳纳米管（MWCNTs）导电纸代替传统铜箔作为负极集流体制作锂离子电池。采用XRD、SEM进行表征,结果显示,SnO₂-Fe₂O₃均匀嵌入到MWCNTs构建的三维导电网络的空隙中。电化学测试结果表明,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸作为负极电极能够显著提高锂离子电池的循坏和倍率性能。在100 mA/g电流密度下循环30次,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸电池比容量达到1 088 mAh/g,而在200 mA/g电流密度下循环200次后,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量能稳定保持在898 mAh/g,表现出良好的循环性能,逐渐增大充放电电流,电池的比容量有所下降但其库伦效率仍然保持在96%以上,而在高倍率（1 600 mA/g）下进行充放电时,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量仍然能够保持在547 mAh/g,之后再将电流密度降到100 mA/g,比容量重新回到1 000 mAh/g,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸表现出十分优异的电化学性能。      

通过双掺杂增强Li7P2.9Sb0.1S10.65O0.15I0.2电解质用于高性能全固态锂硫电池(英文)

硫化物固体电解质是发展高容量锂硫电池的理想候选者.然而,同时提高硫化物固体电解质的离子导电性、空气稳定性和电解质/电极界面的相容性仍然是一个巨大的挑战.因此,我们提出了一种双掺杂(Sb₂O₃和LiI)策略来制备多功能硫化物固体电解质. Sb₂O₃可以拓宽锂离子的传输路径和提高空气稳定性,而LiI可以抑制锂枝晶的生成和降低电解质/电极之间的电阻.因此,硫化物固体电解质在空气中和界面上的性能得到了增强,在30℃下的离子电导率为1.69×10^-3S cm^-1,且具有很好的空气稳定性,对金属锂也很稳定.在此基础上,组装的全固态锂硫电池以0.05 C循环100圈后,表现出较高的放电比容量(室温,833 mA h g^-1; 60℃:949 mA h g^-1).本文为制备实用的硫化物固体电解质和高性能全固态锂硫电池提供了合理的方案.     

石墨烯负载四硫化三钴复合物氧还原催化剂的制备与性能

选取二氯化钴和硫脲为钴源和硫源,以自制的还原氧化石墨烯(rGO)为载体,采用回流法在乙二醇溶剂中一步合成出Co₃S₄/rGO复合物。利用X射线衍射、扫描电镜和拉曼光谱(Raman)等手段对催化剂进行结构与形貌表征。结果表明:Co₃S₄/rGO样品中生成了具有立方结构的Co₃S₄细小晶粒,生长在rGO上的Co₃S₄晶粒发生聚集,具有较好的分散性。Co₃S₄/rGO的拉曼谱图的峰强比(I_D/I_G)为0.92,Co₃S₄对石墨烯结构无明显影响,石墨烯起到载体作用。在0.5mol/L H₂SO_4电解液中,线扫伏安测试表明,Co₃S₄/rGO催化剂具有良好的氧还原催化性能,氧还原起始电位为0.75V(vs.RHE),在动力学电位区,Tafel斜率和传递系数分别为119.5mV和0.49,氧分子在Co₃S₄/rGO催化剂上按四电子机理直接还原成水。