水系锂离子电池负极材料LiTi2(PO4)3的研究进展

锂离子电池作为一种绿色可充电电池, 具有较高的能量密度及功率密度, 但市售锂离子电池主要以有机物为电解液, 当电池过充或短路时存在一定的燃烧及爆炸风险。为应对此问题, 水系锂离子电池逐渐走进人们的视野, 它具有清洁环保、安全性能高等优点, 其工作电压为1.5~2.0 V, 主要应用于储能领域。考虑到水系电池的析氢析氧反应, 常规负极材料无法应用于水系锂离子电池, 因此水系锂离子电池的研发关键在于负极材料的选取。LiTi₂(PO₄)₃具有开放的三维通道以及合适的嵌锂电位, 可以作为水系锂离子电池的负极材料。LiTi₂(PO₄)₃的合成方法主要有高温固相法、溶胶-凝胶法和水热法等。为进一步提高LiTi₂(PO₄)₃的电化学性能, 可以采用颗粒纳米化、形貌控制、元素掺杂及碳包覆等方式进行改性。本文从合成方法及改性手段的角度, 对近年来国内外水系锂离子电池负极材料LiTi₂(PO₄)₃的研究进行综述, 并对LiTi₂(PO₄)₃负极材料的发展前景做出展望。     

A multiphase sodium vanadium phosphate cathode material for high-rate sodium-ion batteries

The unsatisfactory rate capability and poor cycling stability at high rate of sodium-ion batteries(SIBs) have impeded their practical applications. Herein, a Na₃V₂(PO₄)₃/Na₃V₃(PO₄)₄ multiphase cathode materials for high-rate and long cycling SIBs was successfully synthesized by regulation the stoichiometric ratio of raw materials. The combined experiment and simulation results show that the multiphase materials consisted of NASICON structural phase Na3V2(PO4)3 and layered structure phase Na₃V₃(PO₄)₄, possess abundant phase boundaries. Electrochemical experiments demonstrate that the multiphase materials maintain a remarkable reversible capacity of 69.0 mA h g^-1 even at an ultrahigh current density of 100 C with a high capacity retention of 81.25 % even after 10,000 cycles. Na₃V₂(PO₄)₃/Na₃V₃(PO₄)₄ electrode exhibits a higher working voltage, superior rate capability and better cycling stability than Na₃V₂(PO₄)₃ electrode, which indicates that the introduction of second phase can be an effective strategy for the development of novel cathode materials for SIBs.     

聚阴离子型锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3的研究进展

具有聚阴离子型结构的Li₃V₂(PO₄)₃正极材料凭借比容量高、结构稳定性好、工作电压高以及成本低的综合性优势受到了广泛的关注, 被众多专家学者视为下一代锂离子动力电池正极材料的理想之选. 本文对Li₃V₂(PO₄)₃材料的结构、电化学性质、制备方法、存在的问题和解决的方案进行了详细的综述. 同时对Li₃V₂(PO₄)₃正极材料的发展趋势进行了展望.     

聚酰亚胺/TiO2纳米杂化膜的制备及表征

将间苯二胺，2,2’-双三氟甲基-4,4’-联苯二胺和2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐反应得到可溶性聚酰亚胺(KPI)，再把KPI与TiO₂溶胶共混，经流延制膜并热亚胺化后得到PI/TiO₂纳米杂化膜。通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜和能谱仪对PI/TiO₂纳米杂化膜的成分、结构和形态进行表征。结果表明，TiO₂已成功引入PI基体中，并以纳米尺寸均匀分布。热重分析和拉伸实验表明，TiO₂的引入提高了PI/TiO₂纳米杂化膜热的稳定性和力学性能。紫外-可见光谱表明，TiO₂的掺入并不影响PI/TiO₂纳米杂化膜的光学透过率。分别研究了PI/TiO₂纳米杂化膜对亚甲基蓝和刃天青的光催化活性。24 h内，PI/TiO₂(5%)纳米杂化膜对亚甲基蓝的降解率高达96.40%，说明PI/TiO₂纳米杂化膜具有极强的光催化活性，能起到光催化效果的主要原因是杂化...     

仿生纳米含硅羟基磷灰石的合成与表征

为了探究仿生纳米含硅羟基磷灰石的合成条件及含硅量对其结晶性能的影响, 以Ca(NO₃)₂、(NH₄)₂HPO₄和Si(OCH₂CH₃)₄(TEOS)为原料, 采用化学沉淀法制备了不同含硅量的羟基磷灰石, 并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对材料进行了表征。结果表明较低温(40℃)时有利于合成纯净的仿生纳米含硅羟基磷灰石, SiO₄^4-取代部分PO₄^3-进入羟基磷灰石的晶格。随着含硅量的增加, 仿生纳米含硅羟基磷灰石的结晶度和晶粒尺寸均降低, 晶胞参数a和c均增大。     

高效CdS量子点敏化B/S共掺杂纳米TiO2太阳能电池的制备及光电性能研究

采用水热法制备硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO₂), 并配制成浆料, 利用丝网印刷技术在FTO导电玻璃上制备B-S-TiO₂薄膜; 用化学浴沉积(CBD)法制备了CdS量子点敏化B-S-TiO₂薄膜电极, 并用X射线衍射(XRD)、电子显微镜(TEM)、元素分析能谱(EDS)和紫外-可见光谱对其进行表征分析; 结果显示: B/S共掺杂不会改变TiO₂的晶型, 掺杂后的TiO₂吸收边带发生明显红移, 吸收强度显著增强; 同样用化学浴沉积的方法制备NiS工作电极, 用改性的聚硫化物((CH₃)₄N)₂S/((CH₃)₄N)₂S_n)电解液, 组装CdS量子点敏化硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO₂)太阳能电池, 并测试电池光电性能。测试结果表明, 在AM1.5G的照射下, 电池的能量转化效率(η)由3.21%增大到3.69%, 提高了14.9%, 电池获得高达 (V_oc)1.218 V的开路电压和3.42 mA/cm²的短路光电流(J_sc), 以及高达88.7%的填充因子(ff)。     

环交联聚磷腈包覆羟基锡酸锶杂化纳米棒的合成及阻燃环氧树脂研究

为了开发新型无机-有机杂化的阻燃消烟剂, 本研究采用共沉淀法合成了棒状纳米羟基锡酸锶(SrSn(OH)₆), 并用环交联聚磷腈(PZS)对其进行包覆, 得到一种核壳结构的有机无机杂化纳米阻燃剂(PZS@SrSn(OH)₆)。通过扫描电镜、透射电镜和红外光谱研究了PZS@SrSn(OH)₆的微观形貌和化学结构。通过热重分析研究了PZS@SrSn(OH)₆及EP/PZS@SrSn(OH)₆阻燃复合材料的热降解行为。采用极限氧指数和锥形量热对复合材料阻燃性能进行测试, 用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析及红外光谱对EP/PZS@SrSn(OH)₆的阻燃机理进行分析。结果表明PZS@SrSn(OH)₆在环氧树脂中展现出高阻燃效率和抑烟效果, 且PZS与SrSn(OH)₆之间存在显著的协同阻燃效应。与纯环氧树脂相比, 仅添加3wt%的PZS@SrSn(OH)₆时, 极限氧指数(LOI)值从26.2%增加到29.6%。锥形量热结果表明热释放速率峰值降低了约29%, 烟释放速率峰值降低了约37%, 残炭率提高了242%。PZS@SrSn(OH)₆在高温下形成致密结构炭层, 隔绝分解产物及热量和氧气交换, 从而显著提高环氧树脂的阻燃效果。     

羟基磷灰石-二氧化锆生物复合材料的制备及其生物相容性

对适用于人体承重部位的人工种植体羟基磷灰石2二氧化锆生物复合材料的制备工艺、微观结构及生物相容性进行了初步研究。用扫描电镜(SEM) 、X 射线衍射(XRD) 和透射电镜( TEM) 对粉体和复合材料进行分析。用体外检测复合材料浸提液对健康青年人末梢血单个核细胞( PBMC) 的激活来评价其免疫相容性。结果表明:1600 ℃无压烧结3h 后的复合材料表面层主晶相为β-Ca₃ ( PO₄ )₂ (β-TCP) 、α-Ca₃ ( PO₄ )₂ (α-TCP) 和CaZrO₃ 相。单纯复合材料和梯度复合材料的表面粗糙度分别为3. 12μm 和1. 95μm。其弯曲强度分别为732. 85 MPa 和689.04 MPa 。HA/ ZrO₂ 复合材料具有免疫相容性, 梯度复合材料的免疫相容性优于单纯复合材料。      

特殊形貌磷酸锆钠粉体的制备与表征

采用水热法、以八水合氧氯化锆和多聚磷酸钠为原料、水为介质, 一步制备出了单相Na₂Zr(PO₄)₂粉体。利用XRD、SEM、TG-DSC等检测方法, 系统地考察了水热条件和煅烧温度对磷酸锆钠粉体微观结构的影响。结果表明, 原料摩尔配比为n(ZrOCl₂•8H₂O) : n(Na₅P₃O₁₀)=1:2、无需调变pH值的中性条件下, 于140℃水热14 h, 即可制得分散性较好、尺寸较均一、由片组装而成的类线团形貌的Na₂Zr(PO₄)₂粉体; 适当延长水热时间和提高水热温度均有利于粉体的形成, 且温度越高, 形成该粉体所需水热时间越短。高温煅烧会使Na₂Zr(PO₄)₂粉体发生热分解, 其形貌也被破坏。利用生长基元模型解释了水热法生成该磷酸锆钠粉体的机理。     

硅酸铝短纤维增强铝硅合金复合材料的界面结构

用挤压铸造法制备硅酸铝短纤维(Al₂O₃·SiO₂) 增强铝硅(Al-Si) 合金复合材料, 并利用透射电镜观察了Al₂O₃·SiO₂ 纤维与Al-Si 合金基体界面。结果表明: 硅酸铝纤维局部区域与合金中的镁及预制件中的粘结剂起反应, 反应生成物分别为M gAl₂O₄ 和Si₃ (PO₄)₄。      

水热法合成白磷钙石

以CaO、Mg(NO₃)₂和H₃PO₄为原料, 通过水热法合成白磷钙石。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、热分析(TG-DTA)和X射线荧光光谱(XRF)进行了分析表征。结果表明, 随着初始溶液中Mg/(Ca+Mg)摩尔比的增加, 白磷钙石的结晶行为有显著不同: 形貌由六方板状晶体(直径30~50 μm)向球形聚集体(直径3~5 μm)转变, 晶胞参数a和c值则逐渐减小。初始溶液中Mg/(Ca+Mg)增加, 产物中的Mg/(Ca+Mg)含量也逐渐增加, Mg/ (Ca+Mg)的最高值为13.6%。在实验条件下, 白磷钙石的成核与结晶过程在2 h之内基本完成。白磷钙石Ca₁₈Mg₂H₂(PO₄)₁₄在680~950℃之间脱去结构水, 转变为Ca₁₈Mg₂(PO₄)₁₂P₂O₇。     

二硫化钼/硫化铜纳米杂化材料改性环氧树脂摩擦学性能研究

采用两步水热法制备了具有核壳结构的二硫化钼/硫化铜(MoS₂/CuS)纳米杂化材料，然后将其作为填料与环氧树脂复合，制备了环氧树脂/二硫化钼/硫化铜(EP/MoS₂/CuS)复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了产物的化学组成和形貌特征，并利用多功能摩擦磨损试验机对EP复合涂层的摩擦磨损性能进行了探究。结果表明：MoS₂纳米片均匀地包覆在CuS表面，形成了以MoS₂为壳，CuS为核的杂化体。单体MoS₂、CuS和杂化材料MoS₂/CuS均能改善EP的摩擦学性能，其中杂化体MoS₂/CuS的改善效果最好，当MoS₂/CuS质量分数为1.25%时，EP/MoS₂/CuS复合材料的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了36.8%和35.7%。     

三维g-C3N4泡沫负载Cu(OH)2纳米片的制备及其光催化还原CO2性能

为了改善g-C₃N₄光催化还原CO₂过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率，分别从泡沫孔结构构筑和构建异质结两方面进行光催化材料设计。采用表面活性剂发泡法制备g-C₃N₄泡沫(g-C₃N₄ Foam),以此为基体通过化学镀铜和氢氧化处理制备g-C₃N₄泡沫负载Cu(OH)₂纳米片(Cu(OH)₂/CNF)复合材料，对其结构和光催化性能进行分析。结果表明：g-C₃N₄ Foam和Cu(OH)₂/CNF均展现出发达的三维微米孔网络结构，这种结构可从动力学层面优化CO₂在气-固催化反应中的传质和吸附，使CO₂吸附容量分别达到3.97 cm³/g和3.59 cm³/g,为g-C₃N...     

Na3V2(PO4)2F3@V2O5-x复合材料的制备及储钠性能研究

当前制约钠离子电池发展的主要因素包括较低的能量/功率密度和较差的循环性能, 而在正极材料表面包覆含氧缺陷金属氧化物层, 可以有效提高材料的电子导电率, 保证高振实密度、能量密度和功率密度。本文通过温和的溶剂热反应制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃纳米片前驱体并结合高温煅烧合成Na₃V₂(PO₄)₂F₃@V₂O_5-x复合材料。其结构通过XRD、TEM、SEM、XPS和TGA测试进行表征。作为钠离子电池的正极材料, 展现了优异的循环性能和倍率性能。在0.2C倍率下, 首圈放电比容量为123 mAh?g ^-1, 循环140圈后容量保持在109 mAh?g ^-1。当电流密度提高至1C, 首圈放电比容量达到72 mAh?g ^-1, 充放电循环500圈后, 容量保持率高达84%。优异的电化学性能归因于材料表面包覆的具有丰富结构缺陷的无定型层, 有效提高了离子的扩散和电子导电率。此方法将有助于钠离子电池的实际应用。     

一种新型球状纳米氧化铁的制备

以Fe(NO₃)₃·9H₂O为原料、以尿素为沉淀剂,用热解前驱体法制备出直径为40~60 nm的球状纳米氧化铁。使用XRD、SEM和EDS等手段对其表征,研究了Fe³⁺浓度、反应温度等因素对纳米氧化铁的粒径和形貌的影响、确定了球状纳米氧化铁的制备条件并分析了球状纳米氧化铁的形成机理。结果表明：随着Fe(NO₃)₃·9H₂O溶液温度的提高纳米氧化铁的结晶度随之提高、粒径增大。Fe(NO₃)₃·9H₂O的浓度对纳米氧化铁样品的粒度和形貌的影响不大。球状氧化铁纳米的形成机理是：铁源在水热条件下水解和结晶生成棕黄色絮状沉淀FeOOH,FeOOH在高温高压条件下溶解和再结晶生成了球状纳米氧化铁。     

冷轧板表面无机与有机硅烷复合杂化膜的制备与性能研究

制备了一种应用于冷轧板表面的无机与有机硅树脂复合的钝化液。采用浸渍法将其涂布于DC01型冷轧板表面形成一层无机与有机硅烷复合杂化膜。研究了钝化液体系中金属离子比例、硅烷偶联剂之间的比例对冷轧板耐腐蚀性的影响，对涂覆在冷轧板上无机与有机硅烷复合杂化膜的硬度、附着力、耐腐蚀性等进行了分析，并通过红外光谱、电化学腐蚀、热重及扫描电镜对杂化膜进行形貌和结构表征。结果表明：当钝化液中Zn(NO₃)₂/Mn(NO₃)₂为1∶1;甲基三甲氧基硅烷/环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(MTMS/GPTMS)为1∶1.6;聚氨酯树脂占10%、H₂TiF₆占0.5%、二氧化硅溶胶占5%。此时的钝化液性能达到最好，涂覆于冷轧板表面上所成膜光滑连续致密性好，可耐400℃以上的高温，膜的硬度达到4H,在基板上附着力为0级。     

电沉积氧化锌纳米柱的带隙和近带边发射蓝移

用电化学沉积方法制备了ZnO纳米柱阵列。在Zn(NO₃)₂基础电解液中加入新电解质并引入NH₄NO₃ 和Ga(NO₃)₃,实现了对ZnO纳米柱阵列的带隙、近带边发射、斯托克斯位移、直径、密度等物理性质的设计和裁剪。可在63~77 nm操控纳米柱的直径。增加电解液中的Ga(NO₃)₃浓度,阵列的密度可降低到7.0×10⁹ /cm²。新加入电解液中的盐类使ZnO纳米柱的带隙蓝移~50 meV并使光致发光图谱中的近带边发射蓝移53~73 meV以及斯托克斯位移蓝移23 meV,表明可对其非辐射复合进行抑制设计和裁剪。     

2-D/2-D heterostructured biomimetic enzyme by interfacial assembling Mn3(PO4)2 and MXene as a flexible platform for realtime sensitive sensing cell superoxide

It is critical for fabricating flexible biosensors with both high sensitivity and good selectivity to realize real-time monitoring superoxide anion(O₂^·?),a specific reactive oxygen species that plays critical roles in various biological processes.This work delicately designs a Mn₃(PO₄)₂/MXene heterostructured biomimetic enzyme by assembling two-dimensional(2-D)Mn₃(PO₄)₂ nanosheets with biomimetic activity and 2-D MXene nanosheets with high conductivity and abundant functional groups.The 2-D nature of the two components with strong interfacial interaction synergistically enables the heterostructure an excellent flexibility with retained 100%of the response when to reach a bending angle up to 180°,and 96%of the response after 100 bending/relaxing cycles.It is found that the surface charge state of the heterostructure promotes the adsorption of O₂^·?,while the high-energy active site improves electrochemical oxidation of O₂^·?.The Mn₃(PO₄)₂/MXene as a sensing platform towards O2??achieves a high sensitivity of 64.93μA·μM^?1·cm^?2,a wide detection range of 5.75 nM to 25.93μM,and a low detection limit of 1.63 nM.Finally,the flexible heterostructured sensing platform realizes real-time monitoring of O₂^·?in live cell assays,offering a promising flexible biosensor towards exploring various biological processes.     

超高镍LiNi0.91Co0.06Al0.03O2@Ca3(PO4)2正极材料的储锂稳定性的提升机制

超高镍正极材料具有高比能、高电压和低成本等特点, 在新一代锂离子电池中备受关注, 但在电池的长循环过程中会出现微裂纹、机械粉化和不可逆相变, 导致差的循环性能。本研究采用简便的湿化学法制备了一系列Ca₃(PO₄)₂包覆的超高镍LiNi_0.91Co_0.06Al_0.03O₂材料(NCA@nCP)。其中, NCA@1CP在1C (1C=200 mA/g)、2.7~4.3 V下可获得204.8 mAh/g的放电比容量, 100圈循环后容量保持率为91.5%, 甚至在2C的倍率下循环300圈后仍保留153.4 mAh/g的放电比容量。表征结果证实该包覆层可抑制材料的Li/Ni混排、不可逆相变和机械粉化, 从而大幅提升了循环稳定性。本研究表明Ca₃(PO₄)₂包覆策略在提升超高镍正极材料储锂稳定性方面具有较大的应用潜力。     

电化学法制备Co(OH)2/Cu(OH)2异质结电极及其作为析氧电催化剂的研究

贵金属IrO₂和RuO₂被广泛认为是优异的析氧(OER)催化剂，但是高成本限制其应用与发展，故开发高效的非贵金属OER催化剂具有重大的实际意义和应用前景。采用简便的电化学法制备了一种三维异质结电极Co(OH)₂/Cu(OH)₂作为优良的OER催化剂。Co(OH)₂/Cu(OH)₂由于其三维异质结构，使其具有较大的比表面积和充足的活性位点，同时调节了表面Co的电子结构进而提高OER活性，表现出优良的催化性能。在1mol/L KOH溶液中，Co(OH)₂/Cu(OH)₂能在270mV的低过电位下达到10mA/cm²,并且能保持在100mA/cm²的大电流密度下较长时间进行OER反应，是一种优良的OER催化剂。