碳包覆的磷/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能研究

以纳米黑磷和氧化石墨烯为原料,通过高温热处理的方法合成了碳包覆的磷/石墨烯复合材料,通过XRD、Raman、FT-IR、XPS及SEM对该复合材料进行表征。电化学性能测试表明,在100mA/g的电流密度下,制备的复合材料首次充电比容量为530mAh/g,循环50次后比容量仍然保持在492mAh/g,容量保持率为92.8%,表现出优异的电化学性能。     

碗状C@FeS2@NC复合材料的制备及其电化学性能

在二氧化硅微球表面包覆一层酚醛树脂并在高温下将其转化为碳壳,然后进行溶剂热反应、多巴胺包覆、高温硫化以及氢氧化钠刻蚀,制备出碗状C@FeS₂@NC(氮掺杂碳层)复合材料。这种复合材料具有开放性三维碗状结构,能释放体积变化产生的应力,其较大的比表面积(70.67 m²·g^-1)有很多的活性点位。内外双层碳壳提高了这种复合材料的导电性并提供了稳定的机械结构,外层NC具有很好的保护作用。将这种复合材料用作锂离子电池负极,在0.2 A·g^-1电流密度下首圈放电比容量和充电比容量分别为954.3 mAh·g^-1和847.2 mAh·g^-1,对应的首圈库伦效率为88.78%。循环100圈后,其放电比容量稳定在793.8 mAh·g^-1。     

烟煤衍生炭材料的炭化机制及其在锂/钠离子电池中的应用（英文）

近年来,人们对利用低温炭化工艺制备煤基无定形炭材料作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)的负极材料产生了兴趣。然而,煤衍生炭材料的炭化机制仍然不太清楚。因此,本文选取烟煤为原料,探究了煤炭到无定形炭材料的化学、微晶和孔隙结构演变过程。随着温度的升高(低于1 000℃),材料结构发生局部变化,碳层的迁移和小分子物质的释放导致了层间距(3.69-3.82?)和缺陷密度(1.26-1.90)逐渐增大,并且产生了丰富的纳米微孔结构。当温度升至1000～1600°C时,层间距和缺陷密度开始逐渐减小。在LIBs中,经1 000°C炭化制备的样品表现出最佳的电化学性能。在0.1C倍率测试下可逆容量达到384 mAh g^–1,在5 C倍率下仍能保持170 mAh g^–1,表现出优异的倍率性能。在SIBs中,经1 200°C炭化制备的样品在0.1 C倍率测试下具有270.1 mAh g^–1的可逆容量和高达86.8%的首次库伦效率。本研究为煤基炭材料的精细化制备提供了理论支撑。     

聚席夫碱/碳纳米管复合材料的制备及储锂性能

为解决席夫碱单体在锂离子电池应用中因活性物质溶解而导致的容量降低问题,以对苯二甲醛和对苯二胺为原料,采用一步缩合法制备以C ?N键连接的聚席夫碱(PI).向PI中掺入碳纳米管(CNTs),进一步制备导电性能较强的聚席夫碱/碳纳米管(PI/CNT)复合材料.采用 FT-IR,SEM,XRD,TG,XPS及电化学工作站对制备的聚席夫碱材料的成分、结构、微观形貌及电化学性能进行分析.结果表明:加入 5 %CNTs(质量分数)的PI/CNT-3 材料为三维框架结构,表现出优异的电化学性能.PI/CNT-3 材料首次放电比容量为 209.9 mAh·g－1 ,200 次循环后,循环保持率为 60.5%;当充放电倍率分别为0.1 C,0.2 C,0.5 C,1 C,0.1 C 时,PI/CNT-3 电极材料的比容量分别为 182.4,150.8,129.8, 101.3,156.4 mAh·g－1 ,具有良好的循环稳定性和倍率性能.     

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS2/C复合材料及其电化学性能研究

以钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、硫脲(NH₂CSNH₂)、CTAB为原料, 利用水热法合成了MoS₂/C球状纳米花复合材料。通过XRD、SEM、TEM、TG等分析测试方法, 研究了不同CTAB添加量对MoS₂/C复合材料的微观结构、表面形貌的影响规律, 结果显示, 有部分无定形碳嵌入了MoS₂层间, 并抑制了MoS₂(002)面的堆积。电化学测试表明: 与纯MoS₂相比, MoS₂/C复合材料具有更好的电化学性能, 当加入0.025 g CTAB时首次放电比容量达到730 mAh/g, 在100 mA/g的电流密度下经过100次循环比容量稳定在415 mAh/g。在此基础上讨论了MoS₂/C球状纳米花复合材料的可能生长机理以及对材料电化学性能的影响规律。     

一步水热法制备纳米SnO2@C复合材料及其储锂性能研究

以两种糖类化合物(葡萄糖与水溶性淀粉)为碳源,以SnCl₄.5H₂O为锡源用一步水热法制备了SnO₂@C复合物。使用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、N₂吸脱附法和透射电镜(TEM)表征其组成和微观结构,并采用恒电流充放电测试、循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)表征其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,糖类前驱体衍生的热解炭和直径为4~5 nm的SnO₂纳米点生成了稳定的复合结构,炭基体的缓冲作用和材料纳米化缓解了SnO₂的体积膨胀效应,使材料的结构稳定性和电化学性能提高。由于葡萄糖热解炭的有序度比淀粉热解炭更高,这组试样具有更好的循环性能和倍率性能,在2 A/g大电流密度下其比容量高于400 mAh/g。     

一锅法原位合成石墨烯/CdS纳米片状混合物及其光催化性能研究

通过一锅法原位合成法制备出石墨烯/CdS纳米薄片复合材料,运用X射线衍射图谱(XRD)、透射电镜(TEM)等分析方法对制备的样品的晶体结构和形态进行了表征。并借助光化学反应仪研究了其对亚甲基蓝溶液的脱色性能。结果表明:CdS纳米颗粒均匀的分布在石墨烯的表面,粒径大约为90nm左右。石墨烯/CdS在可见光照射下对亚甲基蓝溶液有良好的脱色效果。当光照时间达到60min,对亚甲基蓝溶液降解效率达到最大,为91%。     

新型锡/碳复合材料的制备及其用于锂离子电池负极材料的研究

以煤焦油和SnCl2为原料,采用液相分散和碳热还原的方法制备了一种新型的锡/碳(Sn/C)复合材料.采用XRD、SEM及TEM手段对复合材料进行了结构表征,并对材料的电化学性能进行了检测.结果表明,金属锡以200nm大小的颗粒分散在碳材料中,复合材料的首次放电容量在371mAh·g-1,循环50次后比容量维持在305mAh·g-1以上,具有优异的循环性能.     

氧化亚锰/石墨烯复合材料的简易合成及其高效储锂性能(英文)

在不添加锰源的情况下,将改进Hummers法制备的硫酸锰/氧化石墨烯悬浊液直接通过NaOH碱溶液原位沉淀形成四氧化三锰/氧化石墨烯复合物,并在氢气气氛下处理得到氧化亚锰/石墨烯复合材料。将该复合材料用于锂离子电池的负极材料,锂离子电池性能优良。在100mA·g-1电流密度下,其比容量达到870mAh·g-1,明显高于相同电流密度下氧化亚锰的比容量(456mAh·g-1)。即使在1600mA·g-1的高电流密度下,其比容量达390mAh·g-1。这种简单、高效的合成方法可为合成锰基氧化物和石墨烯的复合材料提供一种新思路。     

超薄无序结构还原氧化石墨烯/锂金属复合箔材的制备及电化学性质

超薄锂金属(≤50μm)是下一代高比能锂金属电池负极选择。然而纯锂质软、易脆,机械加工性较差,导致超薄锂箔的制备工艺复杂、成本高昂;此外相比于较厚的锂金属负极,超薄锂金属负极常呈现更差的电化学循环性能。本文提出一种“自下而上”的策略制备10～50μm厚度可控的超薄还原氧化石墨烯/锂金属(rGO/Li)复合箔材,其结构由大量无序随机的rGO片层非平行排列并均匀分散在锂金属内。首先将还原氧化石墨烯(rGO)粉片与熔融锂金属在200℃下搅拌复合,获得微米级的还原氧化石墨烯/锂复合粉片,之后将复合粉片作为原材料进一步通过反复辊压制备出结构均匀、超薄的复合箔材,该方法具有一定的规模化潜力。不同于其他所报道的rGO层状薄膜结构,在复合箔材中rGO片层随机无序分散形成三维网络,有利于实现锂的均匀沉积/剥离。所制50μm超薄无序结构rGO/Li复合箔材负极在对称电池中以1 mA cm^-2、1 mAh cm^-2条件在醚基电解液中可稳定循环1 600 h以上,在与硫化聚丙烯腈(SPAN)正极组配全电池以0.2 C倍率循环220次后比容量高达～675 mAh g<...     

Co9S8/CNTs/C复合物的制备及其储锂性能研究

以Co(NO)₃·6H₂O为钴源,(NH₄)₂S₂O₈为聚合引发剂和硫源,通过原位聚合和煅烧两步法制备Co₉S₈/C复合材料,同时,为了进一步提高其电化学性能,在原位聚合过程中掺杂碳纳米管(CNTs),得到Co₉S₈/CNTs/C复合材料,并研究CNTs掺杂对Co₉S₈/CNTs/C复合材料电化学性能的影响。结果表明：复合物中CNTs的作用主要在于提高复合材料的电子和离子传导特性,使所制备的复合材料表现出更高的比容量。当CNTs掺杂量为0.2g时所制备Co₉S₈/CNTs/C-0.2复合物在0.1A/g、0.2A/g、0.3A/g、0.5A/g、1.0A/g和2.0A/g时比容量分别为1117mAh/g、985mAh/g、916mAh/g、846mAh/g、793mAh/g和710m...     

碳纳米管/共聚酰亚胺复合膜增强炭纤维/环氧树脂复合材料的层间断裂韧性和导热性（英文）

炭纤维/环氧树脂复合材料已被广泛用作航空航天领域的结构材料,但由于其沿厚度方向缺乏炭纤维增强材料,层间力学性能和面外导热性较差。本文制备了碳纳米管/共聚酰亚胺（CNT/BOH）复合膜作为增韧层,以提高炭纤维/环氧树脂层压板的层间断裂韧性和厚度方向导热性。由于BOH膜的塑性变形和CNTs的增强效应,CNT/BOH膜的引入使炭纤维/环氧树脂层压板的I型和II型层间断裂韧性分别提高260%和220%,此外,由于CNTs高的本征导热性和交联网络的形成,有效改善了层压板的厚度方向导热性。这种增韧方法为同时提高炭纤维/环氧复合材料的力学性能和导热性提供了一种有效的策略。     

一步碾磨法快速制备红磷嵌入的氮磷共掺杂分级多孔碳复合材料及其储锂性能研究（英文）

红磷因具有高理论储锂容量而成为新一代锂离子电池的重要候选材料,然而其实际应用却受到导电性差以及充放电过程中体积变化大的限制.针对以上问题,本文利用一步碾磨法制备了亚微米/纳米尺度红磷颗粒嵌入的氮、磷原子共掺杂分级多孔碳复合材料(P@NPHPC). NPHPC三维交联的分级多孔结构为红磷负载提供了充足的空间,促进了稳定磷/碳界面的形成,从而有效解决了红磷作为电极材料的不足.基于此, P@NPHPC负极表现出良好的循环稳定性(100 mA g^-1电流密度下, 100次循环后比容量为1120 mA h g^-1)和优越的倍率性能(6400 mA g^-1电流密度下比容量为248 mA h g^-1).本工作对高性能磷/碳复合材料的批量制备及实际应用具有指导意义.     

三维双金属硫化物Co9S8/MoS2/C异质结用于增强钠离子存储(英文)

钠离子电池(SIBs)的阳极材料一直备受研究关注,但缓慢的动力学行为和较大的体积变化限制了其在实际应用中的推广。为了克服这些问题,本研究利用金属有机框架和MoS2的优异性能,设计并制备了具有稳定骨架结构的复合材料。以Co-ZIF为前驱体,添加Mo源材料,在高温硫化烧结的过程中,构建了花状的Co9S8/MoS2/C复合材料,探究其在不同温度条件下的结构和电化学性能。此外,通过密度泛函理论(DFT)分析了Co9S8(001)/MoS2异质结对扩散动力学的影响。结果表明,电子结构在异质结构的界面处发生了重塑,Co9S8/MoS2表现出典型的金属性和显著增强的电子导电性。在所有样品中,700°C合成的阳极材料Co9S8/MoS2/C具有更稳定的结构和优异的电化学性能。当电流密度从4 000恢复到40 mA g-¹时,Co9S8/MoS2/C-700的放电容量可以从368 mAh g-1完全恢复到571 mAh g-1,并稳定在543 mAh g-1。综上所述,本研究提供了一些关于异质结材料合理制备的思路,有助于设计高性能的金属钠离子电池负极复合材料。     

基于废弃生物质原位合成蜂窝状镶嵌ZnS纳米点的N-S共掺杂炭纳米片的制备及其锂离子电池性能（英文）

以ZnCl₂为硬模板和锌源,三聚氰胺和硫脲为氮源和硫源,废弃生物质橘子皮为碳源,通过高温烧结和后续蚀刻处理制备出硫化锌纳米点与三维N-S共掺杂炭纳米片的纳米复合材料(ZnS/NS-CN)。当应用于锂离子电池时,ZnS/NSCN表现出较高的可逆容量(0.1 A g^-1下,循环300次后容量仍有853.5 mAh g^-1),优异的长期循环稳定性(5 A g^-1下,循环1 000次后,容量保持率为70.1%)和优异的倍率性能。此外,在0.5～4 V下组装和测试的ZnS/NS-CN//LiNiCoMnO₂全电池表现出优异的电池性能(在0.2 C下循环150次后容量为140.4 mAh g^-1,能量密度为132.4 Wh kg^-1)。     

硅/天然石墨/沥青炭复合材料的合成及其电化学性能

以纳米硅(Si)、天然石墨(NG)和高软化点沥青为前驱体,通过球磨和裂解制备了具有壳核结构的硅/天然石墨/沥青炭( Si-NG/PC)复合材料.考察了球磨时间、球磨速率和物料比等因素对制备材料的组成、结构及其作为锂离子电池阳极电化学性能的影响.结果表明:最佳球磨速率为300 r/min,最适宜的球磨时间为21h.所制Si-NG/PC复合材料的循环性能随PC含量的增加而提高,但其比容量却随PC含量的增加迅速降低,PC的最佳质量分数为30％.同时,Si-NG/PC复合材料的比容量随Si含量的增加而增大,为获得好的循环性能,纳米Si质量分数应低于35％.在优化条件下制备的Si-NG/PC复合材料在50个循环中表现出高的比容量和优异的循环性能.     

基于一锅法制备的Ag/AgCl/CeO2复合纳米材料及其光催化有机物降解性能

采用一锅法制备Ag/CeO2光催化剂,并通过原位氧化法进一步制备Ag/AgCl/CeO2复合材料,使用XRD、SEM对Ag/AgCl/CeO2复合纳米材料的结构、形貌进行表征,采用橙黄II、罗丹明6G、诱惑红等有机染料测试复合材料的光催化性能。结果表明：AgCl在Ag/AgCl中占比80%时,Ag/AgCl/CeO2复合材料的光催化性能最佳,在模拟太阳光辐照6 min后能降解93%的橙黄II,且在4次循环8 min内能降解90%以上的橙黄II,在紫外-可见混合光照60 min后,能降解约90%的罗丹明6G和诱惑红。Ag/AgCl/CeO2复合材料具有优异的光催化活性的主要原因是贵金属Ag的局域表面等离子共振效应以及金属/半导体异质结结构。     

一种Si/NiSi2@C复合锂离子电池负极材料的高效制备及其电化学性能

以Si粉和Ni粉为主要原材料,通过对Si粉和Ni粉的球磨处理,结合柠檬酸碳源的高温热解,制备出一种碳包覆的Si/NiSi_2@C复合材料。采用多种技术手段研究了不同Ni添加量和原位碳的引入对复合材料结构形貌及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能的影响。结果表明,Si粉和Ni粉在球磨过程中反应生成了NiSi_2合金相,弥散分布于复合材料中。柠檬酸高温裂解碳包覆于Si/NiSi_2复合颗粒表面,为复合材料构建了良好的导电网络。NiSi_2和高温裂解碳不仅增加材料的导电性,而且缓冲了脱嵌锂过程中Si的体积膨胀,有效地提高了材料的电化学性能。由于NiSi_2的电化学嵌锂活性低,随着Ni添加量的增加,材料的首次充放电容量降低,但材料的循环稳定性有所增加。其中当Ni的添加量为5wt%的Si/NiSi_2@C复合材料首次充放电容量分别为2754和2235mAh/g,首次库伦效率超过80%,经100次循环后的容量保持为1242mAh/g,显示出良好的电化学性能。