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。     

Co3O4纳米线阵列@活性炭纤维复合材料的水热合成及电化学应用

以Co(NO₃)₂·6H₂O为钴源, NH₄F和尿素作为添加剂, 通过水热法在粘胶基活性炭纤维(ACF)的表面生长了Co₃O₄纳米线, 制备了Co₃O₄@ACF复合材料并进行了结构形貌表征及电化学性能测试。结果表明: 针状的Co₃O₄纳米线阵列均匀地垂直生长在活性炭纤维表面, 形成了丰富的介孔结构。通过改变Co(NO₃)₂·6H₂O的用量, 可以获得不同负载量的Co₃O₄@ACF复合材料。当Co₃O₄负载量为47wt%时, Co₃O₄@ACF复合材料在1 A/g电流密度下的比电容高达566.9 F/g, 几乎是纯Co₃O₄的2倍; 在15 A/g的电流密度下, 其比电容仍可达到393.3 F/g, 表现了较好的倍率特性; 经过5000次循环充放电后, 其比电容仍可保持84.2%, 展现了优良的循环稳定性。     

Zn2+诱导棱柱状四氧化三钴的制备及在葡萄糖传感器中的应用

以硝酸钴、硝酸锌、尿素、氟化铵为原料,泡沫镍为基体,在水热法的基础上,利用两性金属的特点,通过引入Zn²⁺离子,并结合碱洗过程,在泡沫镍基体表面合成了高纯度独特的棱柱状Co₃O₄纳米团簇纤维。制备的Co₃O₄/Ni电极的形貌及成分通过扫描电子显微镜与X射线衍射进行了表征,电极的电化学性能利用循环伏安法与计时电流法测试,测试均在1mol/L KOH溶液中进行。结果表明:利用Zn²⁺诱导在泡沫镍表面制备的Co₃O₄呈现一种棱柱状纳米团簇纤维结构。这种结构的Co₃O₄纳米材料具有高的比表面积,在对葡萄糖检测过程中表现出优越的电化学性能,当其作为电极,表现出检测灵敏度高[23430μA/(mmol/L·cm²)],检出限低(1.547μmol/L)和线性检测范围宽(0~2.75mmol/L)的特点。抗干扰实验在+0.5Vvs.SCE进行,结果显示制备的Co₃O₄/Ni电极对葡萄糖具有优异的选择性。因此可应用于无酶葡萄糖传感器的电极材料来改善现有无酶葡萄糖传感器材料响应范围小,灵敏度低等问题。     

高性能Fe2O3的制备及其超级电容性能研究

Fe₂O₃具有成本低、无毒、来源丰富、对环境友好等优点,被认为是一种极具应用前景的水系超级电容器负极材料,然而它也存在电导率低、循环稳定性和倍率性能差等缺点。采用水热法和热处理法在碳纸上制备获得了N、S共掺杂的Fe₂O₃。研究结果表明,N和S掺杂未改变材料的物相,但却使材料的形貌由纳米线组成的网状结构变为一层致密多孔的薄膜。其次,由于导电性的提高和反应活性位点的增多,材料表现出较高的比电容(473.2 mF/cm²,2 mA/cm²下)、优越的倍率性能(85.5%,2～20 mA/cm²)和良好的循环稳定性(96%,15 mA/cm²,10 000圈),还具有更高的电化学反应可逆性和库伦效率。最后将N、S-Fe₂O₃与商业活性炭组装了水系非对称型超级电容器,其体积比电容为2.1 F/cm³(1 mA/cm²下)。将两个组装的超...     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

氮掺杂冰粉基碳包覆Fe3O4及其储锂性能研究

碳包覆策略是能有效解决锂离子电池负极用过渡金属氧化物(TMO)材料在充放电过程中体积膨胀/收缩造成的粉化难题的一种有效途径。采用生物基可食用冰粉作为碳源与草酸高铁铵的水凝胶作为前驱物,经一步高温热解制备氮掺杂的冰粉基碳包覆Fe₃O₄,采用XRD、SEM、TEM、XPS、TGA、拉曼光谱、恒电流充放电测试、循环伏安和电化学阻抗谱等方法对样品的形貌、结构和电化学性能进行研究。结果表明,该方法可快速大量制备氮掺杂碳包覆Fe₃O₄多孔复合材料(N-C@Fe₃O₄),通过调整原料配比和热处理条件,获得优异的电化学性能。N-C@Fe₃O₄-5作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性(在0.1 A/g电流密度下循环下80圈保持762.74 mAh/g比容量)和较高的倍率性能。相关机理研究表明N-C@Fe₃O₄复合材料良好倍率性能主要来源于赝电容容量的贡献。复合材料优异的电化学性能是...     

W18O49的制备及其电化学性能研究

缺陷型氧化钨(W₁₈O₄₉)是一种以纯态存在的非化学计量比的氧化物，以六氯化钨为钨源，甲醇、乙醇、异丙醇为溶剂，采用一步溶剂热法制备出不同形貌的W₁₈O₄₉。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪表征了W₁₈O₄₉的晶相结构、微观形貌及元素组成，并采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电法(GCD)和交流阻抗法(EIS)分析了样品电化学性能。结果表明：使用不同溶剂制备的W₁₈O₄₉形貌差异较大，以乙醇作为溶剂制备的海胆状W₁₈O₄₉具有较大的比表面积(252.4m²/g)和良好的电化学性能。在电流密度为1A/g时比电容高达476.7F/g,高于甲醇、异丙醇作为溶剂制备的W₁₈O₄₉的比电容，且在完全润湿反应后当电流密度为2A/g时比电容为513F/g,可作为一种优异的电极材料。     

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。     

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。     

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_...     

EDTA辅助合成Co3O4纳米材料及其气敏性能

以有机化合物作为助剂合成纳米材料, 可调控材料的形貌和结构, 进而影响材料的催化和电化学性能。以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-2Na)为助剂, 乙酸钴为钴源, 利用水热法合成Co₃O₄纳米材料, 测定材料的结构和气敏性能, 研究其结构与气敏性能的关系, 并探讨EDTA-2Na在材料合成中的作用机制。结果表明, Co²⁺与EDTA^2-形成的配合物调控Co₃O₄晶核的生长方向, 形成了边长约为50 nm的六边形介孔纳米片。在205 ℃下, 利用该材料构筑的气敏传感器对100×10^-6甲苯响应值约为104, 在225 ℃下对100×10^-6丙酮的响应值约为70。该传感器对甲苯和丙酮等挥发性有机化合物(VOCs)的高响应性能是由于EDTA-2Na辅助合成的Co₃O₄表面存在的大量缺陷, 提高了吸附氧含量。另外, 介孔结构和较大的比表面积有利于VOCs的吸附、表面反应和扩散。本研究提供了一种添加EDTA-2Na辅助合成Co₃O₄纳米材料并获得高响应VOCs气体传感器的有效方法。     

MgCo_(2)O_(4)海胆状电极材料的制备及其电化学性能EI北大核心CSCD

采用水热法制得一种尖晶石型MgCo_(2)O_(4)海胆状电极材料,并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学工作站对产物进行了表征和电化学性能测试。通过改变所制备材料的水热反应时间,制备出团簇结构、分布较均匀以及密集度较高的MgCo_(2)O_(4)海胆状形貌。结果表明,当水热反应时间为6 h时所获得的MgCo_(2)O_(4)电极材料结构较为完善、尺寸较为均匀、电化学性能较为优异,而且在电流密度为1 mA/cm^(2)情况下,面积比电容高达6.75 F/cm^(2)。另外,对该MgCo_(2)O_(4)海胆状材料在20 mA/cm^(2)的电流密度下循环1000周次后,面积比电容保持为原来的88.4%,表现出良好的循环性能。     

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。      

Stabilizing Co3O4 nanorods/N-doped graphene as advanced anode for lithium-ion batteries

Tricobalt tetroxide (Co₃O₄) is one of the promising anodes for lithium-ion batteries (LIBs) due to its high theoretical capacity. However, the poor electrical conductivity and the rapid capacity decay hamper its practical application. In this work, we design and fabricate a hierarchical Co₃O₄ nanorods/N-doped graphene (Co₃O₄/NG) material by a facile hydrothermal method. The nitrogen-doped graphene layers could buffer the volume change of Co₃O₄ nanorods during the delithium/lithium process, increase the electrical conductivity, and profit the diffusion of ions. As an anode, the Co₃O₄/NG material reveals high specific capacities of 1873.8 mA·h·g⁻¹ after 120 cycles at 0.1 A·g⁻¹ as well as 1299.5 mA·h·g⁻¹ after 400 cycles at 0.5 A·g⁻¹. Such superior electrochemical performances indicate that this work may provide an effective method for the design and synthesis of other metal oxide/N-doped graphene electrode materials.     

可磁分离回收多孔CoFe_(2)O_(4)的制备及其催化过一硫酸盐降解亚甲基蓝溶液的性能EI北大核心CSCD

采用草酸盐热解法制得Fe_(2)O_(3),Co_(3)O_(4)以及CoFe_(2)O_(4)三种过渡金属氧化物多孔材料。借助XRD,SEM,BET,VSM和XPS等测试手段对材料的晶体结构、微观形貌、比表面积、磁学性能以及表面化学状态进行分析。选择典型的阳离子型染料亚甲基蓝(MB)作为降解模型,对三种样品催化活化过一硫酸盐(PMS)降解处理模拟印染废水的性能进行评价。结果表明:三种材料均具有分级微/纳米纤维状多孔结构,CoFe_(2)O_(4)因具有最大的比表面积以及Fe,Co元素间的协同效应比Fe_(2)O_(3)和Co_(3)O_(4)表现出更为优异的催化PMS降解MB溶液的性能。通过单因素实验,确定出CoFe_(2)O_(4)/PMS体系降解500 mL浓度为10 mg·L^(-1)MB溶液的优化条件为:PMS用量3 mL(0.1 mol·L^(-1)),催化剂添加量0.07 g,反应时间50 min。在此条件下,MB的降解去除率为89.77%。考察几种阴离子对CoFe_(2)O_(4)/PMS催化氧化体系的影响,发现Cl^(-),PO_(4)^(3-),C_(2)O_(4)^(2-)的存在均对MB的降解有一定的抑制作用。活性物种猝灭实验和电子顺磁共振(EPR)鉴定结果证实,^(1)O_(2)是CoFe_(2)O_(4)/PMS催化氧化体系中产生的最主要活性物种。循环使用实验结果表明,CoFe_(2)O_(4)具有较好的稳定性,且可磁分离回收特性使其可作为活化PMS降解印染废水的候选催化材料。     

Interface engineering of Co3O4---SmMn2O5 nanosheets for efficient oxygen reduction electrocatalysis

Interface engineering is an efficient strategy to modify electronic structure and further improve electrocatalytic activity. Herein, crystalline/amorphous heterostructured Co₃O₄–SmMn₂O₅ nanosheets (Co₃O₄–SMO NSs) have been synthesized by coupling of SMO (electron acceptor) with higher Fermi-level Co₃O₄ (electron donor), via a one-step hydrothermal method followed by calcination. The resulting Co₃O₄–SMO NSs display higher half-wave potential and specific activity than those of pure SMO or Co₃O₄. In addition, Co₃O₄–SMO NSs exhibit superior stability and methanol tolerance. The crystalline/amorphous heterostructure and the electron interaction between SMO and Co₃O₄ result in interfacial charge transfer. This leads to more active valence states and more oxygen vacancies, optimizing the adsorption energy of O species and expediting electron migration, thus boosting oxygen reduction reaction (ORR) catalytic performance. This study provides a promising strategy to design efficient ORR electrocatalysts by interfacial engineering.     

石墨烯装载不同含量钴锌铁氧体及其电磁行为对比

以天然鳞片石墨为原料制备氧化石墨(GO), 应用水热法制备钴锌铁氧体(Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄), 并将两者制备成石墨烯(rGO)/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)研究rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄的结构; 应用透射电子显微镜(TEM)和矢量网络分析仪(VNA)研究不同复合比例对rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料形貌、电磁损耗特性、德拜弛豫模型及电磁响应行为的影响。结果表明: 复合反应后的GO在XRD图谱中主衍射峰由2θ=9.74°变化为2θ=24.15°, 且红外光谱图中显示含氧官能团消失, 均说明GO成功还原为rGO。透射电子显微镜图中可以看到Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄嵌布在rGO上。复合反应过程中, 当钴锌铁氧体的含量增大, 分散性逐渐减弱。Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄与GO质量比为2 : 1时制备的rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料的吸波性能最佳, 在15.11 GHz处反射率达到最小值-36.89 dB, 有效吸波频带宽为3.74。