竹基碳纤维/MoS2锂离子电池负极材料

随着电子产品、电动汽车以及智能电网的快速发展,不仅需要锂离子电池(LIBs)具有优异的储锂性能,而且要求电极材料成本低廉、资源丰富和绿色环保。基于碳负极材料的优点,将废弃的一次性竹筷,在碱性溶液中经过可控的热处理,利用竹子中丰富的天然纤维素,从而获得尺寸均匀的碳纤维(CFs)材料。相比于石墨电极,竹基CFs作为LIBs的负极材料时表现出优异的电化学性能。为进一步提高其储锂性能,以CFs为骨架,通过水热法在其表面制备了一层二硫化钼(MoS₂)纳米花,形成核壳结构的CFs/MoS₂复合电极材料。电化学测试结果表明,CFs电极在200 mA/g的电流密度下循环500次,放电比容量仍有381.1 mA·h/g;CFs/MoS₂复合材料在1 000 mA/g的大电流密度下经过1 000次循环,仍保持有843 mA·h/g的放电比容量。     

水热法合成不同形貌的二硫化钼及其电容性能

以钼酸铵作为钼源,硫脲作为硫源和还原剂,通过添加不同的表面活性剂(CTAB、SDBS和PVP),采用水热法成功合成了不同形貌和尺寸的二硫化钼。形貌和结构表征(XRD、Raman、SEM和TEM等)表明,通过改变反应体系中的表面活性剂可以控制二硫化钼样品的形貌与晶粒尺寸。电化学电容性能测试(循环伏安曲线、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱)表明,二硫化钼的形貌与尺寸对其电容性能有显著影响。在电流密度为1A/g时,添加SDBS制备的片状二硫化钼初始比容量高达221.2F/g,经过500次循环后比容量仍保持在148F/g,表现出优异的循环稳定性,是一种性能优异的超级电容器电极材料。     

硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,被认为是最有应用潜力的下一代锂离子电池负极候选材料。本文系统总结了硅负极材料的电化学储锂特性和储锂机理,分析了硅负极材料存在的主要问题及原因。针对存在的问题,从嵌脱锂过程硅材料粉化调控、稳定固体电解质界面膜(SEI膜)的构建和硅材料导电性调变3方面对硅负极材料的电化学改性进展进行了评述,并指出了硅负极储锂材料今后的研究方向。     

预嵌锂多壁碳纳米管的性能

使用稳定锂金属粉末(SLMP)/多壁碳纳米管(MWCNTs)作为负极、以活性炭(AC)作为正极组装锂离子电容器,研究其电化学性能。根据恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究了预嵌锂前后锂离子电容器的电化学性能。结果表明,嵌入适量的SLMP可消除碳纳米管大部分固有的不可逆容量并提高电容器的电化学性能。这种电容器具有较高的能量密度、功率密度和优异的循环性能。电流密度为0.05 A/g时预嵌锂碳纳米管锂离子电容器的比电容达到85.18 F/g,电流密度为0.05~4 A/g时最大能量密度和最大功率密度分别为140.4 Wh/kg和5.25 KW/kg,经过3000次循环后容量保持率仍约为82%。     

原位生长法制备碳纳米管/石墨复合材料

采用乙醇作为碳源,Co(5wt%)/C作为催化剂,通过原位生长的方法制备碳纳米管/石墨复合材料。通过场发射的电子显微镜(SEM),透射电镜(TEM)和电化学性能测试的方法对产物进行分析,碳纳米管的内径为5~8nm,外径为15~25nm。结果表明,碳纳米管/石墨复合材料作为锂离子电池负极材料,具有较高的储锂容量,经过10次循环后,电池的容量保持在350mAh g-1。     

三维石墨烯纳米球的制备及其在锂离子电池中的应用

采用直流电弧放电法制备出一种三维石墨烯纳米球材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和X射线衍射光谱(XRD)等测试方法对三维石墨烯纳米球的形貌和结构进行了表征和研究。通过交流阻抗(EIS)、恒流充放电和循环稳定性测试等电化学测试手段来研究三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明, 在电流密度为0.05 A/g下, 三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的首次放电容量为485.9 mAh/g, 高于炭黑作负极的放电容量(401 mAh/g); 当电流密度为1 A/g时, 三维石墨烯纳米球负极材料仍然具有185.4 mAh/g的放电容量。在电流密度分别为0.5 A/g和2.5 A/g下, 充放电循环100次以后, 三维石墨烯纳米球的比容量几乎没有衰减, 这表明三维石墨烯纳米球作为锂离子电池的负极材料比炭黑具有更大的容量, 同时具有优异的循环稳定性。     

以预锂化多壁碳纳米管为负极的锂离子电容器性能

采用内部短路方式对多壁碳纳米管负极进行不同程度的预嵌锂处理,预嵌锂时间为5,30,60min,以预嵌锂多壁碳纳米管极片作为负极,活性炭极片作为正极,组装成锂离子电容器。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多壁碳纳米管及电极极片进行表征分析,采用恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究预嵌锂多壁碳纳米管负极和未预嵌锂处理多壁碳纳米管负极锂离子电容器的性能。电化学测试结果表明,多壁碳纳米管负极预嵌锂大幅提高了电容器充放电性能,对比未嵌锂多壁碳纳米管电容器,在相同的电流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。预嵌锂60min,电流密度100mA/g时,其比容量达到57F/g。在电流密度为100～3200mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到90Wh/kg,4130W/kg。1000次充放电循环后,容量保持率维持在85%以上,表现出良好的超级电容器性能。     

锂离子电池碳纳米管负极材料储锂性能研究

将碳纳米管用于锂离子电池负极材料,用循环伏安及充放电实验研究了电极的性能.结果表明,碳纳米管用作锂离子电池负极,具有较高的储锂容量,首次放电容量达560mAh/g,但首次不可逆容量损失也大,高达430mAh/g.经过第1次充放电的容量损失后,随后各次的容量损失很小,碳纳米管的循环性能趋于稳定.     

硅基锂离子电池负极材料的容量衰减及改进研究

硅材料的比容量(Li15Si4,3590mAh/g)是已商用化的石墨负极(LiC6,372mAh/g)的10倍,硅负极的商业化可有效提高单体电芯的容量,已成为当前研究热点。然而,由于硅负极材料在充放电循环时存在400%的体积膨胀,容易导致电极材料粉化开裂而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固体电解质相界面膜(SEI膜),最终导致电化学性能的恶化。本研究从硅负极材料的储锂机理出发,提出硅负极材料锂化/脱锂化产生的体积膨胀效应导致的粉化开裂和SEI膜不稳定问题的最新调控方法和研究方向,为硅负极材料的研究应用提供支持。     

石墨烯负载Fe_2O_3纳米复合材料及储能性能研究

针对锂离子电池体系,以提高负极材料可逆充放电容量为目的,制备了Fe2O3-石墨烯纳米复合材料,并利用XRD、SEM对其结构和形貌进行了表征分析,通过恒流充放电测试对其电化学性能进行系统研究。采用水热法成功制备了二元的Fe2O3-石墨烯纳米复合材料,纳米Fe2O3分布较为均匀,形貌多为菱形块状或类球状多面体,且与石墨烯片相互交叠,有效抑制了双方的团聚,形成了有利于储锂的堆砌结构。电化学性能测试表明,Fe2O3-石墨烯纳米复合材料的储锂性能大大优于石墨烯和纳米Fe2O3,30次循环后,可逆容量仍高达1 252mAh/g,循环性能优异;随着石墨烯加入量的增大,Fe2O3-石墨烯纳米复合材料的可逆容量越高。     

高性能自支撑不锈钢网@MoS2锂离子电池负极材料

为了提高MoS₂作为Li离子电池负极材料整体的导电性和稳定性,将纳米化的MoS₂与其它导电性好的材料进行复合,通过水热法在导电基底不锈钢网(Stainless steel net, SS)上原位合成了一层MoS₂纳米花,制备了无粘结剂的自支撑结构的SS@MoS₂负极材料。纳米花状的MoS₂和导电性优异的SS提高了电子和Li离子的扩散速率,同时改善了电极的反应动力学。当作为Li离子电池负极材料时,SS@MoS₂电极表现出优异的储Li性能,特别是具有显著的大倍率充放电性能,即在1 000 mA/g的大电流密度下循环600次,比容量仍保持在862.1 mA·h/g。      

NH4+扩层MoS2的制备及其储锌性能研究

二硫化钼(Mo S₂)作为水系锌离子电池的正极材料,受到锌离子(Zn²⁺)与主体框架之间的强静电相互作用表现出缓慢的反应动力学。并且Mo S₂的层间距较窄难以嵌入大尺寸水合Zn²⁺,导致Mo S₂电极呈现出较低的放电比容量。本研究通过一种简单的氨水辅助水热法制备了NH₄⁺扩层的二硫化钼(Mo S₂-N)电极,氨水分解产生的氨气在促进硫代乙酰胺水解和提供还原性S^2–的同时,还会产生大量NH₄⁺作为插层离子,将Mo S₂的层间距由0.62 nm扩展至0.92 nm,进而大大降低了Zn²⁺嵌入能垒(改性电极的电荷转移电阻R_ct低至35?)。当电流密度为0.1 A·g^–1时,Mo S₂-N电极的初始放电比容量相比未扩层的Mo S₂     

MoS_(2)/Ru异质结构的制备及其电催化析氢反应性能EI北大核心CSCD

二维层状二硫化钼(MoS_(2))是一种非常有前景的替代贵金属铂的电水解制氢催化剂。然而,MoS_(2)电子导电性较差,且在碱性氢析出反应(HER)中对水分子吸附/裂解的活化能垒较高,限制其在碱性电水解的应用。通过一步水热法将MoS_(2)纳米片均匀生长在三维导电碳布(CC)上,以有效提高电极导电性。随后在RuCl_(3)的乙醇溶液中通过溶剂热法可控制备超小Ru纳米颗粒负载MoS_(2)纳米片,形成CC@MoS_(2)/Ru异质结构。Ru的负载能有效促进水吸附/裂解反应,从而和MoS_(2)协同催化HER。采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对MoS_(2)/Ru进行结构和形貌表征。结果表明:MoS_(2)呈纳米片状交错生长在碳布上,并且超小Ru纳米颗粒(平均粒径2.5 nm)均匀负载在MoS_(2)纳米片上。将CC@MoS_(2)/Ru作为工作电极,石墨棒和Hg/HgO电极分别为对电极和参比电极进行碱性HER测试。在电流密度为-10 mA·cm^(-2)下的过电位仅为71.3 mV,Tafel斜率为104.8 mV·dec^(-1)。通过对其进行计时电位滴定法稳定性测试,发现在恒电流密度-10 mA·cm^(-2)下能够维持至少35 h而没有明显性能衰减。     

基于花状MoS2微米材料的葡萄糖生物传感器的制备及其性能研究

本研究采用水热法制备了花状MoS₂微米材料, 将其作为电极构建葡萄糖生物传感器, 并研究了相关性能。结果表明: 水热法制备的MoS₂呈花状, 具有较好的结晶质量, 尺寸约为3.6 μm, 比表面积约为9.646 m²/g; MoS₂电极具有优良的电催化活性, 且电阻抗较小, 使得传感器对葡萄糖具有较好的响应。葡萄糖检测结果表明, 该传感器在0~20 mmol/L范围内, 氧化峰电流与葡萄糖浓度呈良好的线性关系, 相关系数(R)为0.9653, 灵敏度为262 μA•L/mmol。     

磷酸根掺杂MnFe2O4及其赝电容特性

采用水热法先合成MnFe₂O₄(MFO), 然后通过与PH₃反应制备了磷酸根离子掺杂的MnFe₂O₄(PMFO), 以提高它的电化学性能。研究结果表明, 磷酸根掺杂不仅增大了MnFe₂O₄的比表面积, 也增加了材料的电导性。在1 A/g电流密度下, PMFO比容量为750 F/g, 与MFO相比, 比电容提高了近70%, 同时循环稳定性也得到了极大改善。以PMFO为正极、活性碳为负极的非对称超级电容器(ASCs), 在功率密度为2.7 kW/kg时, 能量密度达到168.8 Wh/kg。因此, PMFO是有极大应用前景的超级电容器电极材料。     

石墨烯-二硫化钼复合负极材料的制备及性能研究

借助机械球磨法, 成功地利用层状硫化物MoS₂对膨胀石墨实现了有效剥离, 得到石墨烯与MoS₂的复合材料。球磨处理后, 元素C均匀地分散在复合材料中。MoS₂ 与膨胀石墨的质量比越高, 得到的复合材料中具有石墨烯特征的石墨就越多, 但相应的石墨烯的缺陷也越多。优化后的复合材料用作锂离子电池负极材料时显示出良好的电池性能, 在小倍率0.1 Ah/g电流密度下充放电循环70次后, 电池容量仍保持在~ 570 mAh/g; 在大倍率1 A/g电流密度下充放电循环55次后, 电池容量仍能保持在~ 450 mAh/g。     

MoS2修饰TiO2纳米管阵列光电化学性能研究

通过阳极氧化法在乙二醇电解液中制备TiO₂纳米管阵列, 以钼酸钠和硫脲作为钼源和硫源, 并添加半胱氨酸为辅助剂, 水热法制备纳米花状二硫化钼修饰的TiO₂纳米管阵列。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和拉曼光谱对复合材料的晶型、形貌、物相等进行分析, 通过电化学工作站测试复合材料的线性扫描伏安曲线、电化学阻抗谱和莫特-肖特基曲线。结果表明: MoS₂/TiO₂复合材料形貌比较规整均匀, MoS₂纳米花尺寸约为200 nm; MoS₂与TiO₂复合有利于形成异质结, 促进光生电子和空穴的分离; 当钼酸钠浓度为0.8 mmol/L时制备的复合材料光化学能转化率为纯氧化钛的2.89倍, 达到了1.65%, 而且复合材料的电荷转移电阻降低了约50%, 光生载流子浓度提高了24倍, 达到了3.38×10²³ cm^-3, 具有非常优异的光电化学性能。     

Improved tribological properties of sputtered MoS2 films through N implantation

The effect of N⁺ implantation on the microstructural and tribological properties of r.f.-sputtered MoS₂ films was studied. The cross-section scanning electron micrographs show that, after N⁺ implantation, the loose column structure of the sputtered MoS₂ films increases in density. A decrease in film thickness of about 50% is also observed. The results of X-ray diffraction analysis show that N⁺ bombardment enhances the (100) edge plane orientation of the MoS₂ crystal in the film. The scratch test indicates an improved film-substrate adherence. The tribological test results indicate that N⁺ implantation yields a distinct enhancement in the wear life of the sputtered MoS₂ films. Compared with the as-deposited MoS₂ film, the wear life of the sputtered MoS₂ films implanted with 150 keV N⁺ at 1 × 10¹⁶ N⁺ cm⁻² shows a threefold increase in a relative humidity of 60%–70% and a twofold increase in a vacuum of 5 × 10⁻³ Pa. However, N⁺ implantation inreases the friction coefficient. The lubrication model of the N⁺-modified film is given.     

MoS2/Sb2S3复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过一步水热法制备出MoS₂/Sb₂S₃可见光复合催化剂,采用XRD、SEM、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）和XPS表征手段对MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B（RhB）作为目标污染物进行降解实验。与纯Sb₂S₃和MoS₂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂对RhB的光催化降解具有更高的效率,表现出优异的吸附性能和光催化性能。同时在相同的实验条件下,与TiO₂、Bi₂S₃、C₃N₄、Sb₂S₃等催化剂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂表现出更为优异的光催化性能。此外,探究了MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂光催化降解机制,阐述了光催化反应机制,提供了一种适用于降解较高浓度有机废水的光催化剂制备方法,具有一定的应用价值。