钴氮共掺杂碳基电催化剂的制备及性能调控

贵金属基电催化剂是促进燃料电池及金属-空气电池技术发展的关键材料,然而,其单一的氧还原/氧析出催化功能及高昂的制备成本制约了其推广应用。为此,开发低成本、高效的非贵金属双功能电催化剂至关重要。以核壳金属有机框架（MOFs）为前驱体,通过高温煅烧法制备具有核壳结构、高催化活性、高导电性的钴/氮共掺杂碳基电催化剂（Co/Co₃O₄@NGC）。结果表明：煅烧温度是影响电催化剂微纳结构、物化组成和催化活性的关键因素,最佳烧结温度为900℃;制备的电催化剂（Co/Co₃O₄@NGC-900）具有清晰的核壳结构和3D十二面体形貌,微表面遍布Co/Co₃O₄纳米颗粒和Co-N_x位点。同时,Co/Co₃O₄@NGC-900有机地结合了多元活性成分（如活性Co/Co₃O₄纳米颗粒、Co-N_x及N掺杂）和高度石墨化碳基底的共同作用,具备高效的氧还...     

钠离子电池负极材料 SbSn/石墨烯复合物的合成及电化学性能测试

通过化学共沉淀法制备SnSb纳米合金,并以此为主体材料表面包覆石墨烯的核壳结构复合材料SbSn/rGO用作钠离子电池负极材料。通过XRD、SEM、EDS测试分析材料的物相结构与形貌,通过循环伏安、恒流充放电测试分析材料的电化学性能。研究表明,SbSn/rGO复合材料缓解了SnSb纳米合金团聚和体积膨胀效应,增强了材料的循环稳定性和倍率性能。SbSn/rGO复合材料150 mA·g~(-1)电流密度及0～3 V充放电电压测试,首次充放电容量为650、700 mA·h·g~(-1),第50次循环的放电比容量保持在350 mA·h·g~(-1),大幅度提高钠电负极材料比容量和循环稳定性。     

氮掺杂碳包覆硅酸亚铁锂的制备及其电化学性能

为提高锂离子电池正极材料硅酸亚铁锂(Li2FeSiO4)的容量和倍率性能,以酒石酸为碳源、尿素为氮源,用溶胶凝胶法制备氮掺杂碳包覆硅酸亚铁锂复合材料(NCLFS),通过元素分析、XRD、SEM、拉曼光谱、XPS、恒电流充放电测试和交流阻抗谱等方法对样品的结构及电化学性能进行表征。结果表明:NCLFS复合材料由平均粒径为23 nm的Li2FeSiO4纳米晶组成,较小的粒径能够缩短锂离子扩散路径,提高锂离子的迁移速率;N的引入,提高了NCLFS材料的电导率;与无尿素掺杂的CLFS材料相比,NCLFS复合材料表现出了更高的比容量、优异的倍率性能和循环稳定性,0.2 C放电倍率下,放电比容量高达223.2 mA·h/g(相当于1.34Li+),循环100周后仍能保持192.9 mA·h/g。     

纳米多孔铁掺杂钒氧化物电极材料的制备及其电化学性能

为了利用简单的生产工艺制备性能优异的锂离子电池负极材料,采用电弧熔炼-甩带的工艺制备出铁钒合金条带,再通过氧化还原方法成功制备出纳米多孔铁掺杂钒氧化物(Fe-VO_x)复合材料,对材料物相和结构进行了表征,并且对比分析了在不同还原温度下纳米多孔Fe-VO_x复合材料的电化学性能。结果表明:在还原温度为500℃、5%H_2/Ar混合气氛下,材料电化学性能最优,在电流密度为0.1 A/g下,初始放电比容量为563.4 mA·h/g,在循环100圈后的放电比容量仍能达到441 mA·h/g,循环容量保持率达到78.2%,远大于石墨的理论比容量372 mA·h/g。这说明纳米多孔铁掺杂钒氧化物复合材料能够有效提高锂离子电池的能量密度,并且具有良好的电化学性能。     

V2O5/rGO复合材料的电化学性能和储锂机理

为研究V₂O₅/rGO复合材料作为锂离子电池负极的循环稳定性、导电性以及锂离子在其中的迁移机理,通过实验和第一性原理计算相结合的方式,利用水热法制备了V₂O₅/rGO复合材料。实验研究发现,V₂O₅/rGO复合材料的首次放电比容量为943.4 mA·h/g,高于V₂O₅(约为849.7 mA·h/g),经过150圈循环后其放电比容量保持率为65.2%,也高于V₂O₅(40.4%),说明V₂O₅/rGO具有更高的比容量和更优异的循环稳定性。电化学阻抗测试发现,V₂O₅/rGO高频区的半圆小于V₂O₅,说明其导电性更佳。通过基于态密泛函理论的第一原理计算发现,V₂O₅/rGO在嵌锂之后,在费米能级处d...     

锂离子电池硅/石墨复合负极材料的制备及性能研究

锂离子电池发展的重要目标之一是高容量的负极材料,而硅材料以其高达4 200 mAh/g的理论比容量成为研究热点;但是硅负极材料有较大的体积效应,从而造成其电化学循环性能的快速下降,限制了其在生产中的应用.本研究以纳米硅与石墨不同比例的掺杂,通过高能球磨与退火处理,表明当硅与石墨比例为2：1时,首次放电比容量可达2 136.4 mAh/g,同时首次的充放电效率为85.5%; 经过35次循环之后,其可逆容量的保持率85.3%,具有良好的电化学性能.硅/石墨复合材料良好的电化学性能,使其在锂离子电池负极材料的生产及应用中具有重要研究价值.     

Bi2S3-MoS2/石墨烯复合材料的合成及电化学储锂性能

为了研发高性能的锂离子电池负极材料,采用水热法合成了Bi₂S₃-MoS₂/石墨烯复合材料,利用X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、热重分析（TGA）和X-射线光电子能谱（XPS）对复合材料进行表征,讨论复合材料的微观结构对电化学储锂性能的影响. 特别是,当Bi与Mo的物质的量之比为1∶4时,Bi₂S₃-MoS₂/石墨烯的电化学储锂可逆比容量可以达到1 140 mA·h/g,并具有稳定的循环性能. 当充放电电流密度为1 000 mA/g时,其高倍率特性为886 mA·h/g. Bi₂S₃-MoS₂/石墨烯复合材料优异的电化学储锂性能主要由于MoS₂具有更少的层数和较多的边缘以及Bi₂S₃纳米粒子具有更均匀的粒径,并能很好地分散在石墨烯表面,增强了复合材料容纳锂离子的能力,改善了储锂电极过程的动力学性能.     

高温固相法合成尖晶石型Li4Ti5O12及其性能研究

以Li₂CO₃ 和TiO₂ 为原料,以乙醇为分散剂,采用高温固相方法合成Li₄Ti₅O₁₂锂离子电池负极材 料,利用XRD、SEM 和电化学测试等方法对合成材料的结构、形貌以及电化学性能进行了表征。系统考察了热处理 温度对Li₄Ti₅O₁₂负极材料结构及电化学性能的影响,同时也研究了锂的投料量对Li₄Ti₅O₁₂电化学性能的影响。在 1.0~2.2V(vs.Li/Li ⁺ )范围内,以0.1mA/cm² 的电流密度对最佳工艺条件下合成的Li₄Ti₅O₁₂负极材料进行了恒 电流充放电测试。其首次放电比容量为167mAh/g,经过30周充放电循环后放电比容量几乎没有衰减,表现出较 大的初始放电比容量和良好的循环性能。     

Fe3O4磁性纳米材料制备及在重金属去除中的应用

目前重金属污染问题已经成为全球性的环境难题,磁性纳米材料选择性好、反应速率快、无二次污染,在重金属离子的去除方面具有广阔的应用前景。Fe₃O₄基核壳结构磁性纳米复合粒子合成方法简单、成本低,对其合成及应用的综述可为其在重金属离子的去除方面提供理论支持。文章介绍了近年来Fe₃O₄基核壳结构磁性纳米复合粒子的壳层材料的制备方法、特点及在重金属离子去除等方面的最新研究进展,讨论了不同结构Fe₃O₄基核壳材料对重金属离子的吸附机理,并展望了其未来的发展及应用。     

高比容量Li2ZnTi3O8@C⁃N负极材料储锂性能研究

以盐酸多巴胺为N、C源,高温固相法合成N掺杂C包覆Li₂ZnTi₃O₈@C?N负极材料。在合成过程中发现,部分Ti⁴⁺被还原为Ti³⁺,达到了包覆和掺杂共同改性的目的。该方法有利于提高离子扩散系数和降低电荷转移电阻。在电流密度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 A/g时,Li₂ZnTi₃O₈@C?N?2的放电比容量分别超过240.0、220.0、210.0、200.0、190.0、180.0 mA?h/g。还研究了N掺杂C包覆Li₂ZnTi₃O₈复合材料的低温电化学性能。结果表明,0 ℃时该样品的放电比容量远高于未改性的Li₂ZnTi₃O₈负极材料;电流密度为0.2 A/g时的首次放电比容量为262.5 mA?h/g,循环300次后放电比容量为241.7 mA?h/g;在电流密度为1.0 A/g、循环300次后放电比容量依然有147.4 mA?h/g。     

多孔Co3O4纳米片的制备及其电化学性能研究

采用溶剂热法制备片状Co(CO3)0.5(OH).0.11H2O前驱物,经400℃煅烧2 h即可得到多孔Co3O4纳米片.通过场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(HRTEM)观测了纳米片的形貌,利用X射线衍射(XRD)分析了纳米片的结构,通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试了材料的电化学电容性能.结果表明:多孔Co3O4纳米片厚度约为50 nm,孔径主要分布在10 nm左右;0.5 A/g恒流充放电情况下,比容量高达707 F/g,当电流密度高达8 A/g时比容量依然高达547 F/g;同时,该材料循环1 000次后,容量保持率为97.4%.     

稻壳制备锂离子电池多孔硅负极材料

以稻壳为原料,采用镁热还原方法制备孔隙和孔壁主要为纳米尺度的多孔硅材料.作为锂离子电池负极材料,在30 m A/g恒流充放下,多孔硅具有首次充电容量为2 387 m Ah/g,50次充放循环后,充电容量保持率为23.3%.考虑到稻壳的资源丰富、廉价易得和可持续利用特点,镁热还原工艺的低成本性以及稻壳制备的多孔硅具有较好的电化学性能,此法有望制备实用的优质锂离子电池多孔硅负极材料.     

碳纳米纤维作为电动汽车电池负极材料的研究

当前我国大力发展新能源电动汽车,开发高效的锂离子动力电池技术是至关重要的一环。采用简易的方法合成了硼掺杂多孔碳纳米纤维作为锂离子电池的负极材料,表现出优异的电化学性能;该电极材料在100mAg~(-1)条件下首次充电比容量达到1450 m Ahg~(-1)的比容量,且120次循环后仍保持1300 m Ahg~(-1)的比容量,甚至在500 m Ag~(-1)电流密度下,800次循环后仍有390 m Ahg~(-1)的比容量。该结构的硼掺杂多孔碳纳米纤维具有很大潜力,可以作为下一代动力锂离子电池的负极材料,且大规模应用。     

Na+掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性质的影响

采用高温固相法成功制备了不同Na+掺杂浓度的Li_1-xNa_xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂锂离子电池正极材料,探究了Na元素掺杂对层状氧化物正极材料结构以及电化学性能的影响。通过X射线粉末衍射仪和扫描电子显微镜表征了材料的结构和形貌,结果表明,当x≤0.3时,样品不会出现其它杂相;当x＞0.3时,样品中会出现NaNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的杂相。同时随着掺杂浓度的增加,样品的阳离子混排度逐渐增加。电化学性能结果表明,少量Na+的掺入可以提高LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂在0.2C,0.5C下的放电比容量并增强其循环稳定性,但会损坏材料的倍率性能。     

石墨烯电极材料的电容性能

石墨烯是一种新型的碳材料,具有单层碳原子构成的二维平面结构。这种特殊的结构使得石墨烯具有许多独特的物理与化学性能。探索了液相还原法和热还原法制备石墨烯的工艺,对2种不同工艺所制备石墨烯材料进行了物理性能测试。以热还原法制备的石墨烯作为锂离子电池负极材料,在50 mA/g的电流密度下其首次充放电容量分别为893.5 mAh/g和2 114.6 mAh/g,分别是传统石墨负极的325%和619%;但石墨烯的首次充放电效率仅为42.25%,30次循环后,容量保持率仅为28.2%;只有通过改性或复合处理,才能充分发挥石墨烯的高容量优势。     

锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势

硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料.评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果,分析锂离子电池硅负极材料存在问题,探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景.分析结果表明,通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段,实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能,是未来的主要发展方向.     

水热合成纳米片状SnS2及其电化学贮放锂性能

用四氯化锡(SnCl₄)和L-半胱氨酸(L-Cys)的水热反应合成纳米片状的SnS₂,用X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对其微观结构和形貌进行表征.讨论了SnCl₄与L-Cys物质的量比对产物及其形貌的影响.结果显示,当SnCl₄与L-Cys的物质的量比为1∶2,得到的产物是SnS₂和SnO₂纳米粒子的混合物;当SnCl₄与L-Cys的物质的量比为1∶4～1∶6,得到的产物是纳米片状的SnS₂.电化学测试结果显示,纳米片状SnS₂作为锂离子电池负极材料具有较高的可逆容量和良好的循环稳定性,其初始容量为480 mAh/g,80次循环后其容量为407 mAh/g.     

镍碳修饰的硅亚微米线用于高效能锂离子电池负极

电动汽车、便携式电子设备和储能设备等行业的快速发展,对高能量密度锂离子电池的需求 日益迫切．硅材料由于具有最高的理论储锂容量,目前成为锂离子电池负极材料的研究热点．通过 温和的溶液刻蚀工艺并结合热解还原法制备了镍、碳修饰的亚微米一维结构硅负极材料,并对其进 行结构分析和电化学研究．结果表明：制备所得的硅亚微米线表面实现了镍纳米粒子的均匀修饰和 碳材料的包覆,在１Ｃ的电流密度下表现出９００ｍＡｈ／ｇ的可逆储锂容量．一维结构设计与镍、碳修 饰可以提升硅材料的循环与倍率性能,为高性能锂离子电池负极材料的制备提供可能．     

锂离子电池锑基复合氧化物负极材料的研究

采用共沉淀法制备了SbFeO3和SbPbO2.5锑基复合氧化物粉末．将其分别作为锂离子电池负极材料的活性物质,利用恒电流电池测试仪研究它们的电化学性能．这两种锑基复合氧化物都有较高的电化学容量,SbFeO3的可逆容量为550mAh／g,SbPbO2.5的可逆容量为1270mAh／g,这两种锑基复合氧化物的电化学容量远高于碳材料(石墨的理论容量为372mah／g),因此,可以作为锂离子电池负极材料的候选材料．     

等离子体辅助制备的Co3O4光催化甲苯净化性能研究

等离子体改性是提高催化材料性能的有效途径。利用水热法合成了Co₂(OH)₂CO₃前驱体，通过氧气低温等离子体技术，制备了表面改性的Co₃O₄催化剂(Co₃O₄-P)，并对其进行了XRD、O₂-TPD、H₂-TPR、SEM、TEM、XPS、FTIR、Raman和UV-Vis等表征。结果表明，等离子体处理可以降低Co₃O₄中Co元素的平均价态，在其表面形成更多的缺陷点位，降低Co₃O₄的Co-O键能，增强其低温还原性能；在全太阳光谱的光强为776 mW/cm²、反应空速为30 000 mL/(g·h)、甲苯质量分数为500μg/g的测试条件下，Co₃O₄-P的甲苯降解率为100.0%,其值约为通过焙烧法制备的Co₃O