多孔硅/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

以Al-20Si合金为原料制备多孔硅粉体材料和多孔硅/石墨烯复合材料,并将其用作锂离子电池的负极材料。采用盐酸浸蚀合金的方法制备多孔硅粉体材料,通过借助超声向硅基材料中分别添加不同含量的石墨烯(0,5%,10%,15%,20%,25%)制备多孔硅/石墨烯复合材料。实验结果显示,在多孔硅基材料中添加10%石墨烯的电化学性能最好,首次充放电容量为2 552 mAh/g,最后稳定在540 mAh/g。首次充放电效率为78.5%,循环至第5次后,后续充放电过程中效率维持在98%左右。石墨烯添加量超过10%后。随着添加量的增加性能逐渐下降。石墨烯的加入会使充放电比容量有所降低,但会使硅的循环稳定性增加。     

水解制氢用Al-Zn-Sn-NaCl材料的制备及其性能研究

采用改变Zn、Sn、NaCl含量的方式,借助机械球磨法制备了Al、Zn、Sn与NaCl有机结合的Al-Zn-SnNaCl材料,研究了Zn、Sn、NaCl掺杂对铝合金与水反应水解制氢的制氢速度的影响,并对其组织结构以及反应产物进行了探讨。结果表明,Zn、Sn的加入有利于该系列合金化学活性的提高,尤其是Al+7%Zn+7%Sn+20%NaCl(质量分数)材料,氢气产量为336mL/g,产氢速率为11.2mL/(min·g)。     

Ru-B催化剂催化NaBH4水解制氢研究

利用化学浸渍-还原法制备出了Ru-B催化剂,考察了催化剂的制备条件和反应条件对Ru-B催化剂催化NaBH4水解制氢性能的影响。结果表明:当活性组分前体RuCl3·6H2O和还原剂NaBH4的物质的量比为1∶7,还原温度为303K时,制得的Ru-B催化剂催化NaBH4水解制氢性能最佳。当催化剂浓度为0.17g/L,反应温度为303K,NaBH4浓度为0.22mol/L,NaOH浓度为0.01mol/L,转速为540r/min时,Ru-B催化剂催化NaBH4水解产氢的速率可达1740mL H2/(min·g)。还发现Ru-B催化剂催化NaBH4水解产氢的速率与催化剂用量呈线性关系,计算得到Ru-B催化剂催化NaBH4水解产氢反应的活化能为23.58kJ/mol。     

配体调控Ni-Fe-B催化剂的制备及催化硼氢化钠水解产氢的研究

通过添加酒石酸配体制备了使双金属催化剂中不同组分配合比的可调节非晶态合金催化剂,并对合成的镍-铁-硼-酒石酸(Ni-Fe-B-ta)双金属纳米颗粒进行了表征,其比表面积为100. 54m2/g。同时研究了催化剂在硼氢化钠(Na BH4)水解制氢中的催化活性。研究结果表明,添加酒石酸同时调控2种金属的催化剂大大提高了Na BH4水解产氢的能力,其最高产氢速率达到7300mL/(min·g),活化能为46. 0kJ/mol,经过3次重复催化后,该催化剂依然可以保持较高的催化活性。     

TiO_2光催化分解水制氢研究进展

简要介绍了光分解水制氢的原理,综述了近年来TiO2在光催化制氢方面研究的最新进展,围绕如何提高TiO2光催化产氢的效率,指出未来光催化制氢的研究方向。以钛酸丁酯为原料,采用改进的溶胶-凝胶法制备ITO负载纳米TiO2薄膜,通过XRD,SEM和UV-Vis等检测方法对薄膜样品进行表征,并考察其在双室光电化学池中制氢反应的光催化活性。结果表明,纳米TiO2薄膜为锐钛矿-金红石混晶结构,当溶胶中P25粉末含量为0.09g/mL时制备的TiO2薄膜产氢量最大,光催化性能较好。     

铝锡复合材料水解制氢性能研究

研究了铝锡复合材料与纯水反应过程中的产氢特性。所提及的铝锡复合材料全部采用机械球磨的方法制备而成。不同成分复合材料的相组成和表面形貌分别用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。研究结果表明,增加金属Sn的含量、提高起始反应温度、添加助磨剂NaCl和添加低熔点金属(Bi、In等),可以提高铝锡复合材料的活性,增加产氢量以及产氢速率。通过调整添加剂种类和添加量得到成分比例(质量分数)为Al-6%Sn-2%Bi-2%In的合金在25℃的水浴中水解30min的产氢量为785.6mL/g,最大产氢速率可以达到175mL/(min·g)。     

非晶态合金Ru-B/ZrO_2催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能的研究

采用浸渍还原法制备了负载型非晶态合金Ru-B/ZrO_2催化剂,并考察了ZrO_2织构性质、第四周期过渡金属助剂、催化剂量、反应温度和催化剂循环使用性能对Ru-B/ZrO_2催化剂催化硼氢化钠水解产氢性能的影响。结果表明:随载体ZrO_2比表面积增加,Ru-B/ZrO_2催化剂比表面积增加,活性组分Ru-B比表面积增加,催化剂活性升高。第四周期过渡金属作助剂不利于Ru-B/ZrO_2催化剂催化硼氢化钠产氢速率的提高。载体ZrO_2比表面积为90m~2/g,Ru-B/ZrO_2催化剂的比表面积最大为86m~2/g。在303K时,0.005g该催化剂催化硼氢化钠水解产氢速率为13264mL/(min·g)(Ru),活化能为35.33kJ/mol。循环使用5次后,催化剂产氢速率仍保持初次速率的88%。     

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。     

复合添加剂MgF_2@C对LiBH_4放氢性能的影响

LiBH_4作为一种最具潜力的高容量储氢材料,存在着放氢温度高、放氢速率慢和可逆性差等问题。采用高温碳化法得到复合添加剂MgF_2@C,同时对比研究了该添加剂和MgF_2对LiBH_4储氢性能的影响。研究表明,含F添加剂MgF_2能促使LiBH_4热力学失稳,从而大幅改善体系的储氢性能碳骨架的存在保证了储氢基体在高温条件下不团聚且不与添加剂分离,高度分散的MgF_2能够极大增大体系反应活性位点,促进氢在其表面的解离与重组,提高催化效率。结果表明,MgF_2@C可使LiBH_4的初始放氢温度和放氢峰值温度分别降低100℃和86℃,且最终放氢量能够达到6.58wt%。并且,在等温放氢过程中,LiBH_4-MgF_2@C复合储氢材料的放氢速率是LiBH_4-MgF_2复合体系的3倍。     

氢驱动化学反应制备Li_7Al_3Si_4合金及其电化学性能

采用氢驱动的化学反应法制备Li7Al3Si4三元合金,研究了高能球磨对其结构、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果发现,放氢后的产物主要包含Li7Al3Si4和LiAlSi及微量Si。在550~650℃的范围内,随着反应温度的提高,样品的放氢量有所增加,但颗粒尺寸也有所增大。电化学研究表明,600℃放氢样品的最大放电和充电容量分别为996和845mAh/g,相应的库伦效率为~85%,30个循环后的容量保持率约为50%。高能球磨改变了样品的颗粒形貌和相组成,从而改善了其循环稳定性能。12h球磨的样品的最大放电容量约为968mAh/g,30个循环后的容量保持率约为58%。     

纳米Si掺杂SiOx-Si@C@碳纳米管复合负极材料的制备及性能

在对氧化亚硅(SiO)材料进行表面碳包覆和添加导电材料的基础上,掺杂少量纳米Si进一步提高其首次充放电容量和首次库仑效率。采用XRD、SEM、TEM、Raman、FTIR分析材料的物相结构和微观形貌,通过恒流充放电测试仪分析复合材料的电化学性能。结果显示,纳米Si质量为SiO_x质量10%的复合材料(SiO_x-Si@C@碳纳米管(CNTs)-10)的首次充放电容量分别为1 348.1 mA?h/g和1 874.4 mA?h/g,首次库仑效率为71.9%,循环100周后材料的可逆容量为1 116.2 mA?h/g,容量保持率为82.8%;以不同电流密度充放电,其放电容量远远高于没有纳米Si掺杂的材料。SiO_x-Si@C@CNTs复合材料具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能和倍率性能。      

酵母菌模板辅助合成Co3O4空心微球催化NaBH4水解制氢

预先在酵母菌模板表面沉积Co(OH)₃, 经高温煅烧后成功制得Co₃O₄空心微球, 并作为前驱体催化NaBH₄水解制氢。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)进行样品的微观形貌和物相分析。研究结果表明, 当反应液中NaBH₄含量为10wt%时, 模板法制备的Co₃O₄空心微球催化产氢速率高达2140 mL/(min•g) (25℃), 约是同等条件下无模板制备Co₃O₄活性的9倍, 且所制备的Co₃O₄空心微球长期储存性能良好。     

改进溶胶-凝胶法制备纳米TiO_2薄膜及其光催化制氢性能

以钛酸丁酯为原料,采用改进的溶胶-凝胶法制备ITO负载纳米TiO2薄膜,通过XRD、SEM和UV-Vis等检测方法对薄膜样品进行表征,并考察其在双室光电化学池中制氢反应的光催化活性。结果表明:纳米TiO2薄膜为锐钛矿-金红石混晶结构,当溶胶中P25粉末含量为0.09g/mL时制备的TiO2薄膜产氢量最大,光催化性能较好。     

共沉淀法制备ZnMn2O4/Ag/RGO复合物及其电化学性能研究

采用共沉淀法和高温煅烧结合的方式,制备出介孔棒状结构的锰酸锌(ZnMn_2O_4,简写为ZMO),其首次放电比容量为1423mAh/g。为进一步优化ZMO的电化学性能,通过改进传统方法制备了纳米银粒子,通过Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再利用盐平衡法,合成了Ag/GO复合物。基于共沉淀法,高温下GO被还原成还原氧化石墨烯(RGO),进而形成ZMO/Ag、ZMO/Ag/RGO复合物。纳米银粒子的添加提高了ZMO的电导率,改善了其倍率性能。GO的添加提高了ZMO的比容量且循环性能、倍率性能都有了不同程度的改善。Ag/GO复合物的添加,进一步提高了ZMO的比容量和电导率。ZMO/Ag/RGO复合物首次放电比容量高达1637mAh/g,在电流密度1000mA/g条件下,其平均放电比容量高达710mAh/g。     

镍基催化剂催化氨硼烷水解产氢研究进展

氢气作为一种清洁能源,被认为是化石能源最理想的替代者。安全、高效且稳定的储氢材料的开发是当前氢能源应用研究中面临的最大挑战之一。氨硼烷(NH₃BH₃,AB)因其较高的储氢密度(146 g·L^-1,质量分数为19.6%)、安全无毒及高化学稳定性等特性成为一种重要的化学固态储氢材料。氨硼烷水解制氢反应条件温和,但需要在合适的催化剂存在的条件下进行。通过调节催化剂的活性组分、颗粒尺寸、活性组分的分散度、电子结构等,可显著提高氨硼烷水解产氢速率。综述了近年来氨硼烷水解制氢反应中镍基催化剂的研究进展,重点概述了镍单质、镍化合物以及镍合金催化剂在氨硼烷水解产氢中的应用,阐述了氨硼烷水解产氢反应机理,展望了氨硼烷水解产氢的发展趋势以及面临的挑战。     

喷雾造粒制备纳米硅-硬碳复合材料及其性能

采用砂磨机湿法研磨从鳞片石墨上剥落少量石墨烯和添加碳纳米管构建负极材料中的导电网络,通过喷雾干燥制备纳米硅-硬碳复合材料。借助激光粒度仪、XRD、SEM等分析制备的硅碳复合材料的结构与形貌。用制备的负极材料制备纽扣式半电池,并在不同模式下测试其电化学性能。结果表明,碳酸锂添加量为3%(质量分数)时,复合材料的性能最优,首次充放电容量为1 279.9 mAh/g,效率高达84.5%,在200 mA/g电流密度下循环50次后容量仍能保持在68.8%。     

基于工业废料的Si/TiN/TiSi2多相复合锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

Si负极材料理论容量高,但其电子电导率低和脱嵌锂过程体积变化大易粉化,使其循环稳定性和倍率性能差以及高性能硅基锂离子电池负极材料成本高,这均妨碍了其大规模产业化应用.本研究提出以太阳能电池硅片切割废料Si粉和TiN粉为原材料,采用低成本的活性气体机械球磨法制备了一种高性能的Si/TiN/TiSi2多相复合负极储锂材料.研究发现,Si在H2气氛球磨过程中与部分TiN发生反应,原位生成了纳米尺度的TiSi2,TiN和新形成的TiSi2弥散于亚微米尺度的Si基体中.Si/TiN/TiSi2复合材料的电化学性能与TiN的添加量紧密相关.其中,物质的量比Si/0.2TiN的体系具有最佳的电化学性能,在300 mA·g-1电流密度下,其首次可逆容量为2394 mA·h·g-1,首次库伦效率达75.8％,经过200次循环后,容量仍保持1295 mA·h·g-1,保持率高达54％.在2.0 A·g-1电流密度下的可逆容量达到609 mA·h·g-1.机理分析表明:高导电的惰性相TiSi2和TiN弥散在Si基体中不仅有利于电极材料在充放电循环过程中的电子传输,且有效缓冲了Si在嵌脱锂过程的巨大体积变化.这是TiN添加改善硅基复合负极材料电化学性能的主要原因.     

NH_3BH_3/NaH复合物及其水解特性

以NaH为诱导剂,通过高能球磨工艺制备NH3BH3和NaH的复合物,分析研究了复合物的物相、颗粒形态及其水解性能。结果表明在球磨过程中NH3BH3和NaH反应生成NaBH4新相,但反应并不完全,复合物中的NH3BH3包覆在NaH和生成的NaBH4颗粒表面并发生部分非晶化。诱导剂NaH的加入能有效地改善NH3BH3的水解放氢性能。当NH3BH3/NaH为2.5：1,60℃下,0.1g该复合物10min内放出125mL的H2,约为10.2%（质量分数）,其中一半来源于H2O。     

LiAlH_4/4MgH_2+5%M(M=0,NbSi_2,Ni_2Si,Nb_2O_5)复合材料的制备和储氢性能

应用机械合金化技术制备LiAlH_4/4MgH_2以及LiAlH_4/4MgH_2+5%M(质量分数,M=NbSi_2,Ni_2Si,Nb_2O_5)复合材料,并对其组织、热性质以及吸放氢动力学进行了表征。结果表明,添加NbSi_2、Ni_2Si和Nb_2O_5能提高复合材料的吸放氢动力学性能和改善热力学性质。添加NbSi_2、Ni_2Si和Nb_2O_5使复合材料的氢化反应低温段的峰值温度分别降低了19 K、15 K和23 K,使复合物放氢反应的表观活化能从145.71 k J/mol分别降低到142.12 k J/mol和115.12 k J/mol。     

硅化镁还原CO2一步原位合成Si/C复合负极

硅碳(Si/C)负极被认为是高能量密度锂离子电池的首选负极材料,本文提出了一种利用Mg₂Si一步还原CO₂原位制备硅碳复合材料的新方法,研究了Ar∶CO₂混合气体积比和反应温度等关键工艺对Si/C负极材料微结构和电化学性能的影响。研究发现,该方法原位合成的Si/C颗粒尺寸为几百纳米,晶态硅和无定形碳相互交织、分布均匀。当反应温度为700℃、Ar∶CO₂=7∶1时合成的Si/C复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.2 A/g的电流密度下,500个循环后仍有1134 mA·h/g可逆容量。本文利用温室气体CO₂来制备储能用Si/C复合负极材料,既能实现变废为宝,同时该方法合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发的潜力。