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。      

四氧化三钴及掺杂材料电催化性能的研究进展

综述了Co₃O₄及掺杂材料的性质、结构和电催化性能。Co₃O₄中的钴离子是Co²⁺和Co³⁺的混合价。由于Co₃O₄具有独特的尖晶石晶体结构，有利于Co²⁺和Co³⁺离子之间的电子传导，具有空电子轨道且易实现晶格氧化可作为氧还原反应(ORR)催化剂。综述了Co₃O₄的电催化性能的影响因素主要由其表面积和电子态决定，表面积通过调整纳米结构的大小和形貌来调节，电子态可以通过掺入第三种元素或氧空位来调控。综述了Co₃O₄掺杂不同材料后均表现出优异的催化性能与良好甲醇耐受性。Co₃O₄与Pd掺杂可以提高金属Pd在载体表面的分散性，降低金属颗粒团聚；Co₃O₄与P的组合使催化剂的内在活性增强；Co_...     

钯催化剂对锂空气电池氧析出和氧还原反应的催化机理的研究

锂空气电池以其超高的能量密度而备受关注, 然而充、放电过电位高等问题严重限制了其实际应用。金属钯作为催化剂可而降低锂空气电池的充、放电过电位, 但其充、放电反应催化机制尚不完善。本研究运用第一原理计算方法, 建立了钯/氧气/过氧化锂(Pd/O₂/Li₂O₂)的三相界面催化模型, 从微观角度揭示钯催化剂在锂空气电池充、放电反应中的催化机制。研究表明, Pd/O基底通过促进Li₂O₂在界面处的电荷转移提高自身对LiO₂吸附作用, 从而加速放电产物在电极表面的形成, 有效降低了充电过电位0.43 V。     

Co3O4中钴空位的精确构筑来促进羟基氧化物的形成加速水氧化反应(英文)

缺陷位点的引入可以通过增加对反应中间体的亲和力来提高催化剂的催化能力.纳米材料中存在多种缺陷类型,如阳离子缺陷和阴离子缺陷.不同的缺陷位点对电催化性能的贡献不同.因此,构筑缺陷必须精准、明确,以便于确定最优的缺陷类型,促进电化学反应.在这项工作中,我们以钴空位为例,分别成功合成了二价钴空位(Co3O 4-VCo(II))和三价钴空位(Co₃O₄-VCo(III))的Co₃O₄.电化学结果表明,钴空位的引入可以显著提高Co₃O₄的电催化性能. Co₃O₄-VCo(II)表现出最突出的析氧反应(OER)性能,反应动力学速率最快. X射线光电子能谱分析表明,在OER过程中, VCo(II)的存在可以使CoOOH活性位点快速形成.密度泛函理论计算表明,钴空位的引入使Co₃O₄拥有类似金属的导电性. VCo(II)的存在使得O p带中心靠近费米能级,自由能势垒降低,电催化剂表面氧...     

基于第一性原理计算的Li7La3Zr2O12固态电解质的研究进展

Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质具备高离子电导率、对锂金属负极良好的化学稳定性以及宽电化学窗口等特点,被视为最具发展和应用前景的固态电解质之一。基于密度泛函理论计算的第一性原理计算是从量子力学出发,在电子层面计算个体和总体的电子和原子行为。将第一性原理计算与Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质研究相结合可以在原子尺度上预测和解释电解质材料的性质和行为,同时将计算和系统模型相结合有助于解释该电池系统复杂的实验表征结果。概括了第一性原理计算在Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质中的应用,总结Li₇La₃Zr₂O₁₂的电子结构和晶体结构等微观结构特征,分析了锂负极与电解质的接触角、锂离子的迁移以及电解质热力学性质等物理化学性质,最后对第一性原理计算...     

锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4的制备及电化学性能

为开发高能量密度的锂离子电池,补锂技术受到广泛的关注。以LiNO₃-LiOH混合锂盐为反应介质和锂源、纳米Fe₂O₃为铁源,通过熔盐法成功制备出正极补锂材料Li₅FeO₄,采用正交实验法优化Li₅FeO₄的合成工艺条件,讨论合成条件对材料电化学性能的影响。将Li₅FeO₄添加到LiFePO₄正极极片表面,并与石墨负极组装成全电池,研究其对全电池电化学性能的影响,以及降低锂离子电池初始容量损失的机制。结果表明,使用熔盐法可制备出纯度高、粒径小且电化学性能好的Li₅FeO₄正极补锂材料,在0.05 C倍率下具有672.8 mAh·g^-1的脱锂比容量;当添加2.8%(质量分数)的Li₅FeO₄(基于活性物质质量的占比),LiFePO₄/石墨全电池...     

锂离子电池负极材料钼掺杂钛酸锂的制备及电化学表征

采用固相合成法制备了钽掺杂材料Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂. 通过XRD和SEM来表征Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂的结构和形貌. 结果表明: 钼掺杂并没有改变本体材料的结构和形貌, 而且显著提高了材料的循环性能和倍率性能. Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂在10C和30C倍率的放电容量分别为117.03和94.24mAh/g.Mo掺杂取代了Li₄Ti₅O₁₂中的Ti位置, 产生了Ti⁴⁺/Ti³⁺混合价态, 从而提高了钛酸锂的电导率. 所以Li₄Ti_4.95Mo_0.05O₁₂是一种高倍率性能优异的锂离子电池负极材料.     

一种基于Al2O3纳米纤维骨架的锂硫电池用凝胶聚合物电解质(英文)

锂硫电池作为一种极具前景的二次电池系统受到了广泛关注.然而,传统液态电解质中多硫化锂的穿梭效应阻碍了其发展.在本工作中,我们制备了用于锂硫电池的功能性凝胶电解质.该电解质由聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和连续γ-Al₂O₃三维骨架组成. PVDF-HFP提供锂离子传输路径,使电解质具有良好的柔性; γ-Al₂O₃为路易斯酸,可通过与多硫化锂之间的路易斯酸碱相互作用抑制穿梭效应.而且, γ-Al₂O₃与路易斯碱TFSI-有相互作用,可促进锂盐解离,提高锂离子迁移数.此外,部分γ-Al₂O₃可以与LiF反应形成锂离子导体LiAlO₂和Li₃AlF₆来提高离子电导率.使用该凝胶电解质的锂硫电池在正极容量保持和负极形貌方面展现出良好的稳定性.该项研究为制备高能量锂硫电池的多功能凝胶电解质提供了一种有前景的策略.     

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...     

锂离子筛前驱体Li4Mn5O12的制备及性能研究

吸附法是目前从低锂浓度的盐湖卤水中提取锂的最有前途的方法。采用EDTA-柠檬酸络合法制备了Li₄Mn₅O₁₂前驱体, 经酸浸脱锂后得到对Li⁺具有特殊选择性的锰氧化物锂离子筛。通过热重、XRD、SEM、FT-IR、化学组成、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对样品的晶相结构和Li⁺选择性吸附性能进行了研究。结果表明: 煅烧时间对Li₄Mn₅O₁₂前驱体生成有较大影响, 由400℃煅烧24 h所得的前驱体几乎为纯相的Li₄Mn₅O₁₂化合物, 经酸浸脱锂后的离子筛仍保持着与前驱体相同的尖晶石结构; 前驱体Li₄Mn₅O₁₂和离子筛MnO₂均为 200 nm左右的球状颗粒; 离子筛的最大吸附容量为43.1 mg/g, 并具有较好的Li⁺选择性。     

Co4S3修饰蜂窝状多孔碳膜用于锂硫电池

以低交换速率的正戊醇作为溶剂，通过相转化法制备了内部结构均一无大孔结构的ZIF-67/CNT/PAN相转化膜，再经硫化、碳化后制备了Co₄S₃修饰的蜂窝状多孔碳膜(Co₄S₃@DH-NC).XRD表征结果证明了Co₄S₃的成功合成，其负载量高达19.5%(质量分数).蜂窝状多孔结构可以有效促进电解液以及多硫化物在膜内的均匀分散；Co₄S₃均匀负载于蜂窝状结构内部，电负性更强的S有利于Co₄S₃吸附多硫化物；CNT为骨架的高导电网络促进了Co₄S₃对多硫化物的催化转化.以Co₄S₃@DH-NC为隔层的锂硫电池在4 C下循环400圈后比容量能保有581.3 mA·h/g,库仑效率为100%左右.Li₂S的沉积放电比容量为681.811 mA·h/g,相较于DH-NC...     

锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展

锂离子电池作为一种动力能源, 在电动汽车和各种储能系统中有着良好的应用前景。尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料具有较高的脱嵌锂电位平台、优异的循环稳定性、以及突出的安全性能, 被认为是一种非常有潜力的锂离子电池负极材料, 在锂离子动力电池中具有巨大的发展潜力。然而, 尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂存在着本征导电率低, 理论容量小等缺陷, 极大地限制了其规模化应用, 需要进一步改善和提高。本文总结了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂材料在结构形貌、制备方法和性能方面的研究进展, 深入分析和讨论了离子掺杂、碳表面改性和纳米化等改性方法对尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂综合电化学性能的改善效果, 并展望了尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料未来的发展方向。     

新型Co3O4和WC共沉积β-PbO2电极用于锌电解沉积及电化学性能研究

采用复合电沉积技术在Pb-0.3wt%Ag/α-PbO₂基体上合成了WC和Co₃O₄颗粒共沉积的β-PbO₂复合沉积层。沉积行为研究发现,WC颗粒先于Co₃O₄颗粒吸附于基体上,将WC颗粒与Co₃O₄颗粒共沉积是一种抑制当Co₃O₄颗粒单独共沉积于β-PbO₂沉积层时发生团聚情况的有效方法。电极性能研究发现,WC或Co₃O₄颗粒的共沉积均会提高复合阳极的析氧电催化活性,此外,WC颗粒还有助于提高复合阳极的显微硬度和在Zn电解沉积溶液中的耐腐蚀性能。Co₃O₄颗粒的共沉积不利于β-PbO₂相的生长,WC颗粒的共沉积对β-PbO₂相的生长影响不大,两种颗粒同时共沉积有助于抑制酸性镀液中α-PbO₂相的生长。      

基于纳米多孔钛酸锂结构的染料敏化太阳电池复合光阳极研究

本研究探索了具有良好导电性能的多孔钛酸锂结构对传统氧化钛纳米晶光阳极的增强效果。以钛酸四丁酯、氢氧化锂为源, 采用溶胶-凝胶结合溶剂热反应和高温烧结方法, 制备了具有多孔结构的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂纳米粉体; 在表征其结晶性、微观形貌及孔结构的基础上, 将其与TiO₂纳米晶浆料复合, 制备复合光阳极, 并详细考察了钛酸锂掺量、结晶性和孔结构等对电池光电转换性能的影响规律。结果表明: 随热处理温度升高, Li₄Ti₅O₁₂结晶性增强, 晶粒尺寸明显增大, 比表面积下降。掺入Li₄Ti₅O₁₂粉体可以有效提高光阳极膜的染料负载量, 降低TiO₂/染料分子/电解液界面的电子传输阻抗, 从而明显提高复合光阳极的光电流密度(J_sc=13.91 mA/cm²)和开路电压(V_oc =0.8 V)。Li₄Ti₅O₁₂含量为1wt%的复合光阳极电池光电转化效率最好, 达到7.011%, 比纯TiO₂电池(效率: 5.384%)提高30%。     

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。     

调节Co3O4的价电子结构提高硝酸根还原制氨的催化活性(英文)

通过硝酸根电化学还原反应将NO₃^-转化为NH₃是一种有前景的制氨和“绿氢”储存方案.Co₃O₄对于硝酸根还原析氨反应表现出较高的析氨法拉第效率和稳定性,有望成为理想的催化剂.然而,在Co₃O₄上发生硝酸根还原反应仍需较高的过电位,从而阻碍了能量转换效率的提升.本文中,我们合成了Cu掺杂Co₃O₄多孔空心纳米球用作硝酸根还原析氨催化剂.Cu掺杂在保障析氨法拉第效率和稳定性的前提下大幅降低了反应所需的过电位,有效提高了析氨速率.实验和理论分析均表明,Cu掺杂使Co₃O₄的最高占据态能量上移,缩小了Co₃O₄的最高占据态与NO₃^-的最低未占据分子轨道之间的能垒,从而降低了电子从Co₃O₄向NO₃     

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。     

助熔剂法合成钨氧氯化合物Li23CuW10O40Cl5

由于不同阴离子之间的电负性、离子半径、极化率和氧化态之间的差异, 混合阴离子化合物可以产生不同于单一类型阴离子的新特性。混合阴离子金属材料在电子、湿度探测器、气体传感器、太阳能电池电极等领域有着广泛的应用前景。助熔剂方法是一种广泛应用于混合离子晶体生长的方法, 它以适当的金属盐作为助熔剂, 在较温和的条件下进行复分解反应。助熔剂法在混合阴离子化合物的合成中具有重要意义。钨氧氯化合物Li₂₃CuW₁₀O₄₀Cl₅单晶以高质量的Li₄WO₅为前驱体, 以CuCl₂为助熔剂通过两步法合成。通过X射线单晶衍射确定其晶体结构。结果表明, Li₂₃CuW₁₀O₄₀Cl₅结晶属于P6₃/mcm空间群, 晶胞参数分别为a=1.02846(3) nm, c=1.98768(9) nm, V=1.82076(11) nm³, Z=2。单胞中分别包含五个晶体学独立的Li原子, 两个W原子, 一个Cu原子, 两个Cl原子以及五个O原子。结构中, W(1)原子和一个Cl原子及五个O原子相连接, 形成畸变八面体, 而W(2)原子与四个O原子相连接形成四面体, Cu原子与六个O原子相连形成八面体。因此, Li₂₃CuW₁₀O₄₀Cl₅的晶体结构主要由[CuO₆]和[W(1)O₅Cl]八面体以及[W(2)O₄]四面体构成。助熔剂法合成钨氧氯化合物Li₂₃CuW₁₀O₄₀Cl₅对今后探索新型的混合阴离子化合物具有重要意义。     

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。     

富氧空位铁基复合材料的制备及其电催化析氢性能

电解水制氢绿色无污染，或将成为日益紧张的能源问题与碳中和战略的重要突破方向。目前，贵金属稀缺，以Pt/C为代表的贵金属析氢(HER)催化剂不适宜长久使用。泡沫铁(IF)结构稳定、来源广泛，以IF作为基底，采取简单的浸泡方法在IF上原位生长针形片状的羟基氧化铁(FeOOH/IF)，然后通过真空处理制备含有氧空位的四氧化三铁(Ov-Fe₃O₄/IF)，进一步磷化掺杂，制备出氧空位和磷原子掺杂协同调控的四氧化三铁(P-Ov-Fe₃O₄/IF)纳米针。磷原子的掺杂可以优化铁原子周围电子环境，激活Fe₃O₄的催化活性；氧空位可以增强材料的导电性，并提供缺陷，更有助于磷原子的掺杂。结果表明：P-Ov-Fe₃O₄/IF析氢性能优异，在-10 mA·cm-2时，过电位仅40.96 mV，塔菲尔斜率为70.93 mV·dec-1，表现出类Pt/C性能，并且在不同电流下连续运作96 h后，电压变化基本忽略不计，稳定性优异。氧空位和磷...