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。      

Mn3O4/MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

以煤焦油沥青为碳源，MnSO₄和KMnO₄为锰源，使用一步水热法合成了Mn₃O₄/MnO@C复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和热重分析仪表征方法，揭示了Mn₃O₄/MnO@C复合材料的形貌、晶体结构和化学组分。通过恒流充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试分析了材料的储锂性能。结果表明：得益于稳定且快速导电网络的构筑，Mn₃O₄/MnO@C复合材料经过300次充放电循环后，放电比容量仍能达到700mAh/g,几乎是商业石墨比容量的2倍。     

一步合成Mn3O4@RGO复合材料及其非对称超级电容器的应用

在乙醇胺和水组成的混合溶剂中, Mn(Ac)₂与氧化石墨烯一步反应得到还原石墨烯(RGO)与黑锰矿纳米颗粒(Mn₃O₄)组成的复合材料Mn₃O₄@RGO。以Mn₃O₄@RGO为正极, RGO为负极, 组装得到了具有优良储能性能的非对称型超级电容器Mn₃O₄@RGO//RGO。基于活性物质的总质量, 电容器的最大能量密度可达21.7 Wh/kg, 相应的功率密度为0.5 kW/kg; 同时, 最大功率密度为8 kW/kg时, 对应的能量密度为11.1 Wh/kg。Mn₃O₄@RGO//RGO还表现出良好的循环稳定性, 在经历5000次循环后, 比电容依然保持88.4%。电容器的良好储能性能可归因于在RGO表面生长的高密度Mn₃O₄纳米颗粒和RGO的良好导电性能。     

四氧化三钴/碳纳米管薄膜的水热合成及其储锂性能

以5-磺基水杨酸和戊二酸为螯合和氧化试剂,在水热条件下将硫酸钴氧化成纳米级Co₃O₄。以碳纳米管薄膜为载体将Co₃O₄颗粒紧密地附着在碳纳米管上使其填充入碳纳米管薄膜的空隙生成Co₃O₄/碳纳米管复合材料薄膜(Co₃O₄@CNTs),并研究其储锂性能。电化学测试结果表明,Co₃O₄@CNTs薄膜具有较高的放电比容量和优异的倍率性能,在0.2C倍率下初始放电比容量高达1712.5 mAh·g^-1,100圈循环后放电比容量为1128.9 mAh·g^-1的;在1C倍率下100圈循环后放电比容量仍然保持527.8 mAh·g^-1。Co₃O₄@CNTs薄膜优异的性能源于Co₃O₄与CNTs的协同作用。高分散性的Co₃O₄增大了活性材料与电解液之间的接触面积,CNTs有助于形成良好的导电网络提高电子电导率,进而提高了Co₃O₄负极材料的循环性能和倍率性能。     

CNTs添加对Cu-Al2O3复合材料耐电弧侵蚀性能的影响

Cu-Al₂O₃复合材料具有优异的传导性能和力学性能,在耐磨材料领域具有广阔的应用前景。为进一步提升电摩擦条件下复合材料的耐电弧侵蚀性能,本文采用内氧化法与粉末冶金法相结合制备了不同碳纳米管(CNTs)含量的CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料,观察了CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料中增强相的分布及其与基体界面结合情况,研究了添加不同含量CNTs对Cu-Al₂O₃复合材料传导性能和力学性能的影响,重点探究了CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料的耐电弧侵蚀机制。结果表明：原位生成的纳米Al2O3颗粒钉扎位错及对CNTs分布具有调控作用,使CNTs弥散分布在铜基体中。与Cu-Al₂O₃复合材料相比,CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料燃弧时间和燃弧能量明显降低,波动更平稳。在电弧侵蚀过程中,...     

Mn3O4@ZnO核壳结构纳米片阵列的可控合成及其在水系锌离子电池中的应用

锰基氧化物是一类非常有潜力的水系锌离子电池正极材料, 但是在充放电循环过程中面临结构坍塌而导致容量快速衰减。本研究结合微波水热法和原子层沉积法在碳布上构筑了具有核壳结构的Mn₃O₄@ZnO纳米片阵列, 经优化ZnO的包覆厚度后, Mn₃O₄充放电100个循环的容量保持率可以提高至60.3%。ZnO包覆层可以有效维持Mn₃O₄的结构稳定性, 并且避免其与电解液直接接触而被腐蚀溶解, 从而改善材料的储锌电化学性能。这种核壳状结构的设计为发展高性能水系锌离子电池锰基氧化物正极材料提供了一种有效的思路。     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

基于共价键作用的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料的合成及其储锂性能

采用溶剂热法制备单分散的Fe₃O₄微球, 对其表面进行包覆SiO₂和氨基化处理, 再与氧化石墨烯复合, 化学还原后得到Fe₃O₄-W-RGO复合材料。SEM和TEM照片显示, SiO₂均匀包覆在Fe₃O₄微球(直径~440 nm)表面形成Fe₃O₄@SiO₂核壳微球, 紧密束缚于RGO纳米片表面。XRD测试结果表明Fe₃O₄微球结晶度好、纯度高。电化学性能测试结果表明: 在0.01~3.00 V电压范围和0.1C倍率下, Fe₃O₄-W-RGO复合材料的首次放电容量为1246 mAh/g, 100次循环后保持830 mAh/g; 在2C倍率下放电容量达到484 mAh/g, 具有较好的倍率性能和循环性能。     

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...     

镧掺杂钙锰氧体/聚吡咯复合物的制备、表征及其电化学性能

采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法和溶液原位复合技术分别制备了镧掺杂钙锰氧体(La_{1- x} Ca_x Mn_{0. 7}Co_{0. 3}O₃, x = 1. 0, 0. 9, 0. 8 , 0. 7, 0.6) 粉末及其聚吡咯( PPy) 相对质量分数为60 %和80 %的钙锰氧体/ 聚吡咯复合物微粒La_{0. 3}Ca_0.7Mn_{0. 7}Co_{0. 3}O₃/PPy。借助FTIR、XRD、SEM 和电化学测试等分析手段表征了钙锰氧体粉末及其复合材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明, 复合材料中包覆的聚吡咯外层和复合氧化物之间存在相互作用, PPy 减少了纳米颗粒的团聚现象,La_{0. 3}Ca_0.7Mn_{0. 7}Co_{0. 3}O₃和La_{0. 3}Ca_0.7Mn_0.7Co_{0. 3}O₃/PPy的粒径分别为46. 2 nm 和43. 5 nm , 并且复合物的氧化还原峰电流随吡咯含量的增加而变大。      

介孔四氧化三锰纳米棒的快速低成本制备与电化学性能

仅以乙醇和四水合醋酸锰为原料, 快速低成本地合成了介孔四氧化三锰纳米棒, 并将其应用于锂离子电池负极材料。通过X 射线衍射、热重分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积仪等分析手段对四氧化三锰样品进行了表征。实验结果表明: 介孔四氧化三锰纳米棒的平均直径约为150 nm, 孔的尺寸范围为6~20 nm, BET比表面积高达37.3 m²/g。同时, 介孔四氧化三锰纳米棒负极材料在141 mA/g的电流密度下循环100次后可逆充放电容量为676.1和662.4 mAh/g, 而且其在不同的电流密度下继续循环80次后可逆放电容量高达850 mAh/g, 体现出了较高的容量、好的循环稳定性能和倍率性能。     

Mn4+-掺杂锂钒氧化物的合成及其电化学性能

以LiOH·H2O、NH4VO3和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,以柠檬酸(C6H8O7·H2O)为络合剂,用凝胶溶胶法按xLiV3O8·yLiMn2O4(x∶y=1∶0,4∶1,8∶l,12∶1,16∶1)合成出锂离子电池正极材料Mn4+-LiV3O8,并对其结构和电化学性能进行了研究.结果表明,用该法制备的...     

Co3O4纳米线阵列@活性炭纤维复合材料的水热合成及电化学应用

以Co(NO₃)₂·6H₂O为钴源, NH₄F和尿素作为添加剂, 通过水热法在粘胶基活性炭纤维(ACF)的表面生长了Co₃O₄纳米线, 制备了Co₃O₄@ACF复合材料并进行了结构形貌表征及电化学性能测试。结果表明: 针状的Co₃O₄纳米线阵列均匀地垂直生长在活性炭纤维表面, 形成了丰富的介孔结构。通过改变Co(NO₃)₂·6H₂O的用量, 可以获得不同负载量的Co₃O₄@ACF复合材料。当Co₃O₄负载量为47wt%时, Co₃O₄@ACF复合材料在1 A/g电流密度下的比电容高达566.9 F/g, 几乎是纯Co₃O₄的2倍; 在15 A/g的电流密度下, 其比电容仍可达到393.3 F/g, 表现了较好的倍率特性; 经过5000次循环充放电后, 其比电容仍可保持84.2%, 展现了优良的循环稳定性。     

碳纳米管内填充生长超细一维亚化学计量比氧化钨纳米线

超细亚化学计量比过渡金属氧化物纳米材料的可控制备具有重要应用价值, 但其可控合成仍存在挑战。本研究提出了基于碳纳米管的限域空间合成法, 首先采用溶液法将四硫代钨酸铵((NH₄)₂WS₄)填充至碳管内, 然后真空热分解反应制得产物。通过表征发现: 碳管内限域生长的主要产物为一维亚氧化物W₃O₈纳米线, 其典型线宽为1.23~1.93 nm, 对应4~5列钨氧原子链, 长度可达数十微米。W₃O₈纳米线与碳管内壁之间主要为范德华力相互作用(间距约0.35 nm), 为分离及表征W₃O₈纳米线的本征特性提供了方便, 该方法也有望应用于合成其他亚化学计量比的一维过渡金属氧化物纳米线。     

不同锰含量纳米MnO2-Fe2O3-CeO2/Al2O3的制备、表征及其催化还原NO/NO_2性能

减少发动机冷启动极低温度下排气中的NO_x对于生态环境与人类健康至关重要,MnO₂在低温区间对NO_x具有较高催化活性,是一种极具发展前景的纳米催化剂。通过超声波辅助共沉淀法制备不同锰含量MnO₂-Fe₂O₃-CeO₂/Al₂O₃纳米催化材料,探讨表面结构特性与其脱硝活性的内在联系。研究发现:锰含量为15%(质量分数)时具有最大比表面积与最小晶粒,活性物质分布最为均匀,金属氧化物结晶度得到抑制,Mn,Fe和Ce呈现较佳共存态,能够促进化学吸附氧的富集,并通过提高NO催化氧化成NO₂来提高快速SCR反应速率,NO₂转化率在50℃时即达到了88.5%。在改善催化材料构效关系、提高NO预氧化和快速SCR反应性能方面,优化锰含量是一种极其有效的方法。     

Si/Li4Ti5O12复合锂离子电池负极材料的制备、结构和电化学性能

本文以纳米Si为原料,通过溶胶-凝胶法,采用不同的煅烧温度,合成了在Si颗粒表面包覆Li4Ti5O12的复合结构材料作为锂离子电池负极材料。结合采用XRD、SEM、TEM、HRTEM和EDS等材料结构分析方法和对合成材料的首次库仑效率、循环稳定性及CV曲线的测试分析,研究了凝胶煅烧温度对合成材料的结构和电化学性能的影响,探讨了Li4Ti5O12的引入对改善Si负极材料循环性能的作用。研究结果表明,在600-800℃的煅烧温度下,溶胶-凝胶过程的产物主要为Li4Ti5O12,产物中Si保持其初始的晶体结构和颗粒特征。提高煅烧温度至1000℃,产物中出现相当量的杂相,大大降低了材料的容量。Si/Li4Ti5O12材料的首次充放电容量随煅烧温度的升高呈现先升高后又下降的变化,并在700℃获得最大值。Li4Ti5O12的引入较明显地改善了Si负极材料的循环稳定性。