碳修饰的HMCS@ReS2的合成及其储钠性能研究

二硫化铼(ReS₂)作为过渡金属二硫化物的一员，由于极弱的层间范德华相互作用、较弱的层间耦合能量和较大的层间距，在钠离子电池领域有着良好的应用前景。但是ReS₂自身较低的本征电导率和充放电过程中较大的体积膨胀严重限制了其电化学储钠能力。在空心介孔碳球(HMCS)上原位生长ReS₂纳米片(HMCS@ReS₂),将HMCS@ReS₂复合材料作为高性能钠离子电池负极。碳基材料的复合弥补了ReS₂电导率不足的缺陷，促进了电子的快速转移；空心介孔碳球为ReS₂的体积变化提供了足够的缓冲空间，维持了电极材料的结构稳定性。HMCS@ReS₂作为钠离子电池负极材料时有着优异的倍率性能和循环性能。结果表明，HMCS@ReS₂电极在0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 A·g^-1的电流密度下分别表现出388.5,343.4,305.3,262.4,180.1 mAh·g^-1     

固相法制备LiMnO2材料最佳温度的探究

层状LiMnO₂正极材料由于其高理论比容量(285 mAh g^-1)、高能量密度、低成本引起了学者们的广泛注意。为了能制备出稳定的层状LiMnO₂正极材料,并获得优良的循环性能,本文通过改进的高温固相法制备出了稳定的层状LiMnO₂正极材料采用了XRD和电化学测试等手段对材料的晶体结构组成,电化学性能进行了测试表征,研究结果如下:本文成功合成了具有层状结构的LiMnO₂正极材料。对其不同温度下合成的材料进行XRD测试以及电化学性能测试,发现不同温度下制备的LiMnO₂正极材料均出现一定程度的团聚,且颗粒粒径分布不均匀;在0.1C放电倍率下,750℃下制备得到的LiMnO₂正极材料具有最高的放电比容量(131 mAh g^-1),经过60次循环后,材料放电比容量为100 mAh g^-1,容量保持率为76.3%。     

二硫化钼催化析氢电极的构筑及其性能研究

针对目前MoS₂作为析氢催化剂时存在的活性位点数目少且材料导电性能差等问题,文中通过液相超声剥离法以及离心处理制备得到MoS₂/PVP分散液。PVP的辅助剥离作用使得剥离得到的MoS₂纳米片尺寸大幅减小,提高了MoS₂催化析氢活性位点的丰度;MoS₂在PVP辅助剥离过程中发生了2H相到1T相的转变,同样增强了催化析氢活性。文中选用含有导电铜层的PI基片作为电极基底,利用喷墨印刷技术将MoS₂/PVP催化剂固载于导电基底上制得催化析氢电极。该电极在10 mA·cm ^-2处的过电位为77 mV,Tafel斜率为65 mV·dec ^-1,这一结果表明该催化电极具有高催化活性。     

新型范德华绝缘体封装的MoS2晶体管性能研究

以MoS₂为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而，二维特性使得MoS₂中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆，是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl,并以少层CrOCl为介电层和封装材料，设计并制备了基于MoS₂的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS₂晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm²·V^-1·s^-1,2 K下进一步增大至100 cm²·V^-1·s^-1。此外，相比于无封装MoS₂晶体管高达20 V的回滞窗口，CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象，证明其在二维材料电子学中的应用潜力。     

ZIF衍生Fe3O4@NC/石墨烯锂离子电池负极材料研究

为了改善Fe₃O₄作为锂离子电池负极材料时循环稳定性差的问题,以铁基沸石咪唑酯框架结构材料(Fe-ZIF)为前驱体,使用多巴胺通过聚合反应与其复合,再与石墨烯通过静电吸附作用组装,经过煅烧碳化,制备了Fe₃O₄@NC/G复合材料。研究结果表明,多巴胺与石墨烯的引入有效提高了Fe₃O₄在充放电过程中的电化学稳定性。在0.1 A·g^-1电流密度下,充放电循环30圈,Fe₃O₄@NC/G的放电比容量为1005.6 mAh·g^-1。当电流密度为2 A·g^-1时,经过300圈循环,其放电比容量仍有838.3 mAh·g^-1。Fe₃O₄@NC/G复合材料优异的电化学性能归因于独特的结构设计,这对其他负极材料的构筑提供了一定的参考价值。     

氮掺杂中药废渣生物质碳材料电容性能研究

以废弃的中药废渣作为前驱体，Ni(NO₃)₂为原位造孔剂，尿素为氮源，采用水热法进行氮原子掺杂改性，再经预碳化-活化法制备氮掺杂生物质碳(Ni-N-CMW)。研究表明制备的生物质碳材料具有丰富的孔隙结构，改性掺杂的生物质碳材料Ni-N-CMW比表面积和平均孔径分别为2234.17 m²·g^-1和1.86 nm。对生物质碳材料进行电化学性能测试，结果表明氮掺杂改性生物质碳材料比电容为405 F·g^-1,明显高于未掺杂的生物质碳(256 F·g^-1),且在电流密度增加至8 A·g^-1时，Ni-N-CMW比电容依然能达到332 F·g^-1,电容保持率高达82.1%。除此之外，在5000次循环充放电结束后仍能保持91.2%的比容量，具有良好的循环稳定性。本研究不仅提供了一种回收利用中药废渣的方法，而且为进一步发展中药废渣在电容器电极材料领域的应用提供了理论依据。     

碳包覆二硫化铼纳米球的制备及其储钠性能

二硫化铼(ReS₂)由于极弱的层间范德华力和独特的1T’相,使其非常适合作为钠离子电池(SIB)的负极材料,但是由于ReS₂具有电导率较低和充放电过程中体积膨胀的缺点,制约了其SIB性能的进一步提高。制备了一种碳包覆ReS₂(ReS₂/C)纳米球复合材料。通过水热反应制成自组装的ReS₂纳米球,ReS₂纳米球与葡萄糖混合后高温碳化得到ReS₂/C,碳在ReS₂纳米球间形成均匀的三维(3D)碳导电网络。对ReS₂/C负极进行了电化学性能测试。结果表明,3D碳导电网络能够提供电子快速传输的通道,并且3D碳导电网络包覆活性材料可以更好地承受结构应力。得益于均匀碳涂层形成的3D碳导电网络,ReS₂/C负极表现出优异的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明,ReS₂/C负极在电流密度0.1、0.2、0.5、1、2和5 A·g^-1时,放电比容...     

少层二硫化钼薄膜的制备及其光谱特性

二硫化钼(MoS₂)具有与石墨烯类似的层状结构和优异的电学、光学特性,在光电器件和能量存储等领域具有广阔的应用前景。以MoS₂靶材和硫粉作为原料,采用磁控溅射结合硫化法制备出少层MoS₂薄膜。采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等对样品的形貌、结构与光谱特性进行了表征。结果表明,制备的MoS₂薄膜具有4层结构特征,表面均匀;硫化可提高MoS₂薄膜的纯度,获得高品质薄膜,改善其性能,硫化后的MoS₂薄膜为2H-MoS₂晶体结构。     

CuS@7S的室温合成及储锂性能

硫化铜(CuS)具有优异的导电性(电导率为10^-3 S·cm^-1),在能源领域具有广泛的应用前景。为了进一步提高CuS作为锂离子电池负极材料时的比容量,对CuS进行改性。通过在室温液相条件下的歧化反应将硫单质与CuS进行复合,提升了其电化学性能。实验结果表明,合成的CuS@7S复合材料在0.05～0.5 A·g^-1的不同电流密度下都有较高的比容量和较高的库伦效率,CuS@7S复合材料在0.05 A·g^-1电流密度下的放电比容量为1 075 mA·h·g^-1,相比于CuS,其得到了极大的提高。表明S与CuS的复合可为电化学储能提供更多的活性物质,改善材料的导电性,成功提升电极材料比容量。     

聚吡咯包覆的硒化铁复合材料电极的制备及其电化学性能

以普鲁士蓝(PB)作为前驱体,通过固相烧结法在氮气环境中制备FeSe₂材料,结合聚吡咯(PPy)优良的导电性能,利用原位氧化聚合法包覆聚吡咯,设计出了FeSe₂@PPy复合材料。在三电极体系中,以2 mol/L KOH溶液为电解液、FeSe₂@PPy复合材料为工作电极、Hg/HgO电极为参比电极,FeSe₂@PPy复合材料表现出了优良的电化学性能：在0.5 A·g^-1电流密度下的比电容高达1 177 F·g^-1。同时也测量了FeSe₂@PPy复合材料电极的循环性能：在0.5 A·g^-1电流密度下,经过3 000次充放电测试后比电容保持率为90.5%。电化学测试结果表明该复合材料在超级电容器应用方面具有一定的优势。     

NiO-CuO纳米材料的制备及其电化学性能

过渡金属氧化物因具有丰富的氧化还原位点、高的理论容量等特性,常被用作超级电容器的电极材料。但是,单金属氧化物的导电性普遍较差,极大限制了其电化学性能。选用泡沫镍为基底,采用静电纺丝法制备出NiO纳米纤维,并通过掺杂氧化铜制备NiO-CuO双金属氧化物电极材料。实验结果表明：在2 mol/L KOH溶液中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,NiO电极的质量比电容为202.8 F·g^-1,5 000次循环充放电后电容保持率仅为30.28%。同等测试条件下,NiO-CuO电极的质量比电容高达410.4 F·g^-1,电容保持率为60.48%。因而,合理构建双金属氧化物作为电极材料,可充分发挥两种过渡金属的协同效应,大幅提高电极材料导电性和稳定性,进而提升电化学性能。     

超细二氧化钼-碳复合物的制备及其储锂性能研究

锂离子电池作为一种清洁能源,受到社会的青睐。但是,目前商业化的石墨负极材料,能量密度和功率密度相对较低,不能满足下一代高性能锂离子电池的需求,开发高性能的锂离子电池负极材料成为当今一项十分紧迫的任务。二氧化钼(MoO₂)具有导电性好、机械性能好和理论容量高等优点,是目前锂离子电池负极材料研究的热点材料之一。以磷钼酸为钼源,离子液体作为溶剂,采用溶剂热法进行反应,在氩气气氛下煅烧后获得MoO₂-C纳米粒子,将该材料应用于锂离子电池负极材料中,发现其具有良好的电化学性能。在1 A g^-1的电流密度下,循环50圈后比容量还有569 m A h g^-1。MoO₂纳米颗粒的平均粒径在20 nm,提供了超短的锂离子扩散路径,颗粒外层的碳层提供了电子快速传导的通道,因此该材料具有很高的比容量和良好的大倍率性能。     

锂硫电池正极材料NiO/CNT的制备及性能研究

锂硫电池在电动汽车、无人机等领域受到极大的关注,因其环境友好、材料成本低、理论容量高等特点而被广泛研究,但因硫的导电性能不佳、多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中硫的体积变化等阻碍了锂硫电池的商业化。为改善硫不良的导电性及多硫化物的穿梭效应,基于碳材料优异的导电性与氧化物较强的吸附性,采用水合肼在CNT表面还原氯化镍,通过热处理后得到NiO/CNT复合物作为硫的载体,充当电池的正极。物理及电化学表征的结果表明,多孔结构的NiO/CNT比表面积达到48.49 m²·g^-1,在电流密度为1C下,NiO/CNT的首圈比容量达到825 mAh·g^-1,循环100圈后,比容量保持在617 mAh·g^-1且库伦效率在99.3%以上,说明两种材料的复合提高了电池库伦效率和循环性能。     

MoS2势垒层磁性隧道结的温度-偏压特性研究

MoS₂是一种具有特殊能带结构的二维半导体材料,当层数较少时,其带隙会随层数显著减小。因此,基于MoS₂势垒层的磁性隧道结会展现出更丰富的物理特性。文章通过理论计算分别得到了单层、双层、三层以及五层MoS₂势垒层磁性隧道结的温度-偏压相图,研究了铁磁电极半交换劈裂能对相图特性的影响。计算结果表明：单层和三层MoS₂势垒层磁性隧道结适合应用于低温器件中。其中,单层MoS₂势垒层磁性隧道结在高功率工作环境下具有优异的性能。双层MoS₂势垒层磁性隧道结的优化区域位于室温和低偏压区,因此适用于信息存储领域。五层MoS₂势垒层磁性隧道结可通过调节铁磁电极参数使其工作在较宽的功率范围内。上述研究结果为MoS₂势垒层磁性隧道结的应用奠定了坚实的理论基础。     

S,N共掺杂TiO2纳米管作为钠离子电池负极的储钠性能

合理的结构设计和单原子掺杂可以明显提高二氧化钛(TiO₂)作为钠离子电池负极的储钠性能。然而单原子掺杂在TiO₂中较低的掺杂质量分数与单一的功能作用阻碍了TiO₂作为钠离子电池负极电化学性能的进一步增强,因此研究了高质量分数掺杂和双原子掺杂对TiO₂储钠性能的影响。通过砂纸打磨对钛箔表面进行预处理除去氧化层,在含有0.56 g的NH₄F、5 mL的H₂O和95 mL的乙二醇(EG)溶液中,在20 min内通过施加阳极氧化电压60 V,在室温环境下对钛箔进行阳极氧化,在其表面生长出TiO₂纳米管阵列;以CH₄N₂S作为N源和S源,使用退火的方式对TiO₂纳米管阵列进行掺杂,得到S, N共掺杂的TiO₂纳米管阵列。实验结果表明,S, N共掺杂TiO₂的质量分数分别为1.53%和4.76%时,显著提高了TiO₂...     

3DG/CoSe2@NW锂离子电池负极材料的制备和电化学性能

为开发高效储存性能的锂离子电池(LIB),利用简单的溶剂热反应合成一维Co-硝基三乙酸(NTC)前驱体,与三维石墨烯(3DG)组装并高温退火后,制备了多维度、多孔的3DG/CoSe₂@纳米线(NW)负极材料。通过一系列的表征证明在纳米结构中,CoSe₂纳米粒子嵌入一维多孔碳NW中,该一维多孔碳NW被封装在3DG中。3DG/CoSe₂@NW用作LIB负极材料时,由于其独特的纳米结构,在0.1 A·g^-1电流密度下100次循环后比容量为725.6 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下进行500次的循环后,容量保持率为92.5%。电化学测试结果表明,以3DG/CoSe₂@NW为电极的LIB具有高比容量和优异的循环稳定性。     

碳包覆二氧化钛制备高倍率Li4 Ti5 O12/C负极材料

通过预先碳包覆二氧化钛方式成功制备了高倍率钛酸锂负极材料(LTO/C)。使用XRD、SEM、TG和TEM技术表征材料的组成、结构和形貌特征。结果表明二氧化钛表面的碳层能有效抑制钛酸锂晶粒的生长和团聚,钛酸锂晶粒尺寸维持在200 nm左右,其中晶粒表面均匀包覆着一层厚度约为10 nm的碳层,碳含量为质量分数4.5%,提高了晶粒表面的电子导电率。通过循环伏安法和交流阻抗谱分析得出晶粒的减小和电子导电率的提高使得LTO/C电极具有更大的锂离子扩散系数和更小的电荷传导阻抗,这能更好地抑制电极在高倍率充放电过程中出现的极化,提高材料的倍率性能和循环稳定性。在0.5C,1C,2C,5C,10C和20C电流密度下,LTO/C电极可逆放电比容量分别为175,170,167,160,151和135 mAh·g~(-1);在20 C高倍率下循环500圈容量保持率为93%,仅9 mAh·g~(-1)容量损失。     

Cu掺杂Ca3Co4O9+δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料

采用固相法制备了Ca₃Co_4-xCu_xO_9+δ(x=0,0.1,0.3,0.5)阴极材料,研究了Cu离子掺杂对材料的物相组成、电极微观形貌、电化学性能、热膨胀系数、电导率及单电池输出性能的影响。结果表明：在900℃的煅烧合成温度下,未掺杂与Cu掺杂量为x=0.1的生成产物具有相同单一物相晶体结构(JCPDS 21-0139),Cu掺杂使晶胞参数略有增加。掺杂量为x=0.1的阴极膜层呈现出最疏松多孔状态,有利于氧气在阴极的扩散传输,相应的极化阻抗最小(700℃时极化阻抗为0.85Ω·cm²,为未掺杂的42.9%),可以高效地催化氧气在阴极处的还原反应,而且具有最高的电子电导率(相比未掺杂的提高了1.6倍),提升了阴极反应过程中的电荷转移效率。采用Ca₃Co_3.9Cu_0.1O_9+δ为阴极的单电池输出性能明显优于其他组分作为阴极时的性能(700℃时功率密度峰值约为79 mW·cm^-2     

基于SWCNT复合硫化镍/氮化镍电极材料的制备及其电化学性能

以单壁碳纳米管(SWCNT)为碳源,氯化镍为金属源,硫脲为氮源和硫源,通过水热和高温热解方法制备N,S-Ni@S@C复合材料,并对复合材料进行物理表征和电化学性能测试。结果表明,SWCNT与硫化镍、氮化镍复合的结构不仅能提高电极材料的电导率,还能提供更多的活性位点供电解质离子插入或脱出,从而显著提高电化学性能。在三电极体系下,N,S-Ni@S@C复合材料具有较高的电压窗口(1.5 V)和优异的充放电能力,在电流密度为1 A·g^-1下,N,S-Ni@S@C的比电容可达162.45 F·g^-1。其比电容与SWCNT相比提高了2.61倍,与SWCNT和氯化镍复合材料(C@Ni)相比提高了19倍,与SWCNT和硫脲复合材料(C@S@N)相比提高了16倍。此外,以N,S-Ni@S@C复合材料为正极,商业活性炭(YP50F)为负极,组装得到非对称型超级电容器(N,S-Ni@S@C//AC)。该非对称型超级电容器在功率密度为818.78 W·kg^-1时,其能量密度可达41.03 W·h·kg^-1,在电流密度为1....     

铋酸盐玻璃高双折射大负色散微结构光纤设计

设计了一种基于36Bi₂O₃-30GeO₂-15Ga₂O₃-10BaF₂-9Na₂O玻璃的可在～3μm波段同时实现高双折射和大负色散的微结构光纤,该光纤结构包括空气孔呈矩形排列的内包层和空气孔呈正六边形排列的外包层。运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件,从理论上研究了光纤波导结构参数对光纤双折射特性和色散特性的影响。结果显示:在波长2740 nm处,当微结构光纤的结构参数为外包层孔间距Λ_out=1.5μm,外包层占空比d_out/Λ_out=0.68,内包层占空比d_in/Λ_in=0.86,Λ_out/Λ_in=3时,光纤基模的双折射值达到0.0296,x方向偏振基模的色散系数可达-3204.75 ps·nm^-1·km^-1。结果表明,所设计光纤对...