NaCl-MnO2联合改性沸石对水中Zn2+的动态吸附

研究了NaCl-MnO₂改性沸石填料柱对水中Zn²⁺的动态吸附性能。探讨了填料厚度、Zn²⁺的初始质量浓度和流速对穿透曲线的影响。结果表明,NaCl-MnO₂改性沸石能有效去除水中的Zn²,填料层增厚,穿透曲线上的穿透点向右移动,穿透时间延长;而流速、Zn²⁺的初始浓度增大,穿透曲线上的穿透点向左移动,穿透时间缩短;用Thomas模型描述Zn²⁺初始质量浓度为50mg/L、滤速为4mL/min时改性沸石对Zn²⁺的吸附动力学,相关系数为0.9994,平衡吸附容量为12.04mg/g。     

高电容性能MXene电极对插层修饰离子的选择性（英文）

离子插层是提高Ti₃C₂T_x MXene电化学性能的有效方法之一.然而,不同的插层离子对MXene的结构和电化学性能的影响是否相同这一问题尚不清楚.本文系统研究了Li⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和OH^-等一系列离子插层后的MXene的结构特征和电化学性能.研究结果表明,插层离子的半径、电荷数和化学特性对插层效果都会产生影响.在所研究的插层剂中,由离子半径最大的一价阳离子Cs⁺和具有强碱性的阴离子OH^-组成的插层剂CsOH对MXene具有较好的插层效果.插层后的MXene层间距增大,层间容纳了大量游离水,Ti的价态升高,片层表面有利于氧化还原反应的含O官能团增多,这都大大促进了电解液离子H⁺的扩散与存储.由此制备的电极的质量比电容大幅度...     

NH4+插层Mo掺杂MnO2阴极实现强键合作用助力超稳定水系锌锰电池(英文)

水系可充电锌/二氧化锰电池因其成本低廉、能量密度高而引起了广泛关注.然而,缓慢的反应动力学和MnO₂阴极的歧化反应以及不可逆的相变现象对其发展造成了严重阻碍.在此,我们选用了Mo掺杂α-MnO₂ (MoMnO₂)作为阴极材料,通过铵根离子插层机制所形成的N-H…O强键合作用来稳定Mo-MnO₂的2×2隧道结构,并且有效抑制了Mn3⁺溶解,在质子插入/脱出过程中不会引起晶格的畸变,进一步提高了其循环稳定性.获得的Mo-MnO₂正极在100 mA g^-1时表现出265.2 mA h g^-1的高比容量和364.3 W h kg^-1的能量密度.在2.0 A g^-1下1000次循环后,容量保持率达95.2%.这项工作有助于深入了解非金属阳离子在电极主体材料间的键合作用,为设计具有高能量密度和长期循环能力的水系锌离子电池提供了新思路.     

Zn2+掺杂对LiNiO2正极材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成Zn²⁺掺杂的LiNiO₂(LNO)正极材料,研究了不同Zn²⁺掺杂量对LNO性能的影响。结果表明,2%(摩尔分数)Zn²⁺掺杂的镍酸锂正极材料(LNO-2Zn)具有优异的循环性能和倍率性能。在1C电流密度下循环100次,LNO-2Zn的容量保持率为80.0%,高于未掺杂LNO的74.8%;在10C大电流密度下,LNO-2Zn的首次放电比容量为112.1 mAh/g,高于未掺杂LNO的48 mAh/g。适量的Zn²⁺掺杂能够降低Li/Ni混排程度并且抑制有害相变的发生,从而提高LNO的电化学性能。     

双网络微球水凝胶对Cu2+的吸附行为研究

工业的迅速发展导致水体环境污染问题也愈加严重，针对重金属废水的处理极为迫切。以海藻酸钠微球为基质，合成出海藻酸钙和聚丙烯酰胺双网络结构的NH₂-SA/PAM微球水凝胶。通过扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征可知，该凝胶具有多孔网络结构，具有大量的羟基、氨基等活性位点，能实现离子在凝胶内部的快速扩散。通过对Cu²⁺的吸附实验可知，NH₂-SA/PAM微球水凝胶具有较好的吸附性能，基于Langmuir模型，在30℃下q_max为265.31mg/g,在100min内便达到吸附平衡的80%,通过均相表面扩散模型(HSDM)其凝胶内部的扩散系数D_s为2.83×10^-11m/s。该NH₂-SA/PAM对Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺和Cu²⁺均有较好的吸附性能，其分配系数与离子...     

B掺杂MnO2的制备及其电化学性能

用一步水热法制备B³⁺掺杂Birnessite-MnO₂负极材料,使用XRD,Raman,SEM,TEM,XPS和恒电流充放电等手段表征了材料的结构和电化学性能。结果表明,B³⁺掺杂前后的MnO₂都是由二维纳米片组装而成的花球,B³⁺离子掺杂使纳米片的厚度减小,从而缩短了锂离子和电子在材料内部的传输路径;掺杂适量的B³⁺离子,使Birnessite-MnO₂的电荷转移电阻显著降低。B³⁺掺杂比例为9%的电极材料,具有最优的电化学性能。在电流密度为100 mA·g^-1和1000 mA·g^-1的条件下,首次充电比容量分别为855.1 mAh·g^-1和599 mAh·g^-1,循环100次后仍然保有805 mAh·g^-1和510.3 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率分别为94.1%和85.2%。     

NF/PDMA/MnO2-Co电容电极对低浓度Pb2+的电吸附特性

在泡沫镍基体上进行阳极电沉积制备了NF/PDMA/MnO₂-Co电极,使用FESEM-EDS、XPS和Raman谱、循环伏安和电容吸脱附测试等手段表征了复合电极的结构和评价其电容特性和对Pb²⁺的吸附行为。结果表明,在电流密度为1 mA/cm²、30℃和3 min条件下制备的NF/PDMA/MnO₂-Co复合电极,在Pb²⁺浓度为20 mg/L的模拟废水中有比较高的比电容值(208.8 F/g),对Pb²⁺有较高的吸附容量(59.9 mg/g);PDMA底层与Co掺杂MnO₂表层的协同作用提高了MnO₂电极电容和吸附性能;吸附动力学拟合表明,复合电极的吸附过程受物理、化学吸附混合控制,并受离子传质和孔隙内扩散的限制;电极的稳定性好,4次循环吸附后的吸附量仍达到51.7 mg/g。     

三元AGa5S8(A=K,Rb,Cs):通过“一替多取代”策略制备的红外非线性光学材料(英文)

目前,商用的红外非线性光学晶体材料,如具有类金刚石结构的硫属化合物AgGaQ₂(Q=S, Se),具有强的非线性光学系数.然而,相对较低的抗激光损伤阈值制约了其在高能激光领域的应用.以类金刚石结构的闪锌矿ZnS为模板,我们通过“一替多取代”策略,即[SZn₄⁶⁺+5Zn²⁺?A⁺+5Ga³⁺](A=K、Rb和Cs),采用固相合成方法,获得了三元晶体AGa₅S₈ (A=K、Rb和Cs).极性结构的AGa₅S₈保持了类金刚石阴离子骨架框架,非线性光学功能基元GaS₄四面体以平行排列的方式堆积,使其具有高的相位匹配倍频强度(1.1–1.2×AgGaS₂);另外,含有高正电性A⁺阳离子使其表现出3.10–3.37 eV的宽带隙,进而提高抗激光损伤阈值(9.3–12.4×AgGaS₂).晶体A...     

水泥熟料固化重金属Cu2+和Zn2+及水化浸出行为分析

危废处理是当前的热点问题,水泥窑协同处置作为一种有效的处理方式,逐步为社会所接受。多数的危废中包含Cu²⁺和Zn²⁺,文章研究了危废中重金属Cu²⁺和Zn²⁺在水泥熟料中的固化性能和在熟料中的分布,并探讨了重金属在水泥净浆中的浸出行为和环境安全性。通过熟料易烧性X射线衍射(XRD),矿物相分离萃取,浸出实验得出:Cu²⁺和Zn²⁺均改善了熟料易烧性;Cu²⁺促进了C₄AF的生成,同时也促进了C₃S晶粒的生长,并固溶在其中;Zn²⁺与熟料形成新的矿物相Ca₁₄Al₁₀Zn₆O₃₅。通过相对分布系数(D)和分配系数(K_f)说明Cu²⁺主要分布在硅酸盐相中,硅酸盐相固化Cu²⁺的能力强于中间相;Zn²⁺主要分布在中间相中,中间相固化Zn²⁺的能力强于硅酸盐相。掺量为2.0%的Cu²⁺和Zn²⁺在水泥净浆7 d龄期的浸出浓度最大,分别为1.724和0.387 mg·L^-1。水泥熟料固化Cu²⁺和Zn²⁺在水泥使用过程中不会对环境造成二次污染。     

Sb掺杂O3型Na0.9Ni0.5Mn0.3Ti0.2O2钠离子电池正极材料

提高钠离子电池正极材料的循环稳定性和比容量是实现其广泛应用的关键,基于引入特定杂元素可优化正极材料结构稳定性和比容量的策略,本研究采用便捷的固相反应法制备O3-Na_0.9Ni_0.5Mn_0.3Ti_0.2O₂(NMTSb_x, x=0,0.02, 0.04, 0.06)系列层状氧化物正极材料,对比研究了Sb掺杂对Na_0.9Ni_0.5Mn_0.3Ti_0.2O₂正极材料储钠性能的影响。测试结果表明,引入Sb后过渡金属层中氧原子之间的静电斥力减小,晶格间距扩大,有利于Na⁺的脱嵌。且掺杂Sb所造成的强电子离域降低了整个系统的能量,获得了更有利于循环充放电的稳定性结构。在2.0～4.2 V测试范围下,未掺杂的NMTSb₀在1C(240mA·g^-1)倍率下初始放电比容量为122.8mAh·g^...     

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。     

TiO2/C复合材料用于钠离子电池负极的性能研究

近年来,TiO₂作为钠离子电池(NIB)负极材料,因其低成本和高稳定性等优势受到广泛关注。但受TiO₂本征电子导电性的固有限制,使得TiO₂作为NIB负极材料导电性较差,导致其容量和倍率等性能不理想。利用海藻酸钠与金属离子自主交联反应的特性,将反应产物在最佳温度下进行简单碳化,制备了具有分级多孔结构的TiO₂/C复合材料,其中TiO₂纳米颗粒均匀地分布在多孔互连的碳基体中,该结构提升了复合材料导电性的同时扩展了钠离子反应的附着位点。将TiO₂/C复合材料用于NIB负极材料,在100 mA·g^-1的电流密度下循环300圈后,电池可逆比容量维持在180.4 mAh·g^-1;进一步,在更高的1000 mA·g^-1电流密度下经过1000次循环后,电池可逆比容量维持在102.3 mAh·g^-1,充分显示出TiO₂/C复合材料作为NIB负极材料的应用潜能。     

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。     

高性能自支撑CuS/SnS2锂电池负极材料

过渡金属硫化物作为锂电池负极材料具有极高比容量,但其制备的电极普遍存在导电性差、体积变化大等问题,本研究设计了一种新型的自支撑CuS/SnS₂镂空片状锂电池负极材料,以导电碳布作为基底,生长包覆CuS/SnS₂镂空纳米片,具备特殊的纳米包覆结构及双金属协同效应,使其在保持较高比容量的同时具备良好的循环稳定性,整体电化学性能优异。研究不同Cu/Sn含量对CuS/SnS₂负极材料电化学性能的影响,最佳配比的CuS/SnS₂负极材料在0.2 A·g?1电流密度下循环50次后比容量为1480 mAh·g?1,库伦效率稳定在99.5%,在2 A·g?1电流密度下循环200次后比容量仍能保持在697 mAh·g?1,库伦效率为99.8%。      

Mn4+-掺杂锂钒氧化物的合成及其电化学性能

以LiOH·H2O、NH4VO3和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,以柠檬酸(C6H8O7·H2O)为络合剂,用凝胶溶胶法按xLiV3O8·yLiMn2O4(x∶y=1∶0,4∶1,8∶l,12∶1,16∶1)合成出锂离子电池正极材料Mn4+-LiV3O8,并对其结构和电化学性能进行了研究.结果表明,用该法制备的...     

作为钠硫电池正极的碳约束NiS2纳米结构中钠离子的储运特性

用电弧蒸发法和固相硫化法制备核壳结构的碳约束NiS₂纳米材料(NiS₂@C)。用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和Raman等手段对其表征的结果表明,外部碳层有较多的缺陷,厚度为4 nm,NiS₂的粒径为28 nm。作为Na-S电池正极材料的电化学性能：在电流密度为100 mA·g^-1条件下NiS₂@C正极材料4次循环后库伦效率保持在90%以上,循环500次后仍有106.8 mAh·g^-1的可逆比容量,具有较高的循环稳定性。电化学阻抗分析结果表明,NiS₂@C外部碳层的良好电子导电性和优异的结构稳定性加快了电极反应并维持着界面离子迁移的动力学平衡。     

钠离子电池中空结构CoSe2/C负极材料的制备及储钠性能研究

过渡金属硒化物具有较高的理论比容量和良好的导电能力, 是钠离子电池潜在的负极材料, 但其在电化学过程中会发生较大体积变化, 循环寿命不佳, 发展受到了限制。为缓解上述问题, 本研究以金属有机框架材料ZIF-67为前驱体, 用单宁酸(Tannic acid, TA)将ZIF-67刻蚀为空心结构, 再通过碳化、硒化制备出以碳为骨架的纳米中空CoSe₂材料(H-CoSe₂/C), 相较于未经刻蚀处理的CoSe₂材料(CoSe₂/C), H-CoSe₂/C表现出更好的储钠性能, 特别是循环稳定性得到显著提高。50 mA·g^-1电流密度下, 经过350次循环, 可逆比容量保持在383.4 mAh·g^-1, 容量保持率为83.6%; 在500 mA·g^-1电流密度下, 经过350次循环后容量保持率仍能达到72.2%。本研究表明, 中空结构能够提供足够的空间以缓解材料在电化学过程中的体积变化, 进而提高电极材料的循环性能。     

Bimetallic sulfide FeS2@SnS2 as high-performance anodes for sodium-ion batteries

A novel hierarchical structure of bimetal sulfide FeS₂@SnS₂ with the 1D/2D heterostructure was developed for high-performance sodium-ion batteries (SIBs). The FeS₂@SnS₂ was synthesized through a hydrothermal reaction and a sulphuration process. The exquisite 1D/2D heterostructure is featured with 2D SnS₂ nanoflakes anchoring on the 1D FeS₂ nanorod. This well-designed FeS₂@SnS₂ provides shortened ion diffusion pathway and adequate surface area, which facilitates the Na⁺ transport and capacitive Na⁺ storage. Besides, the FeS₂@SnS₂ integrates the 1D/2D synthetic structural advantages and synthetic hybrid active material. Consequently, the FeS₂@SnS₂ anode exhibits high initial specific capacity of 765.5 mAh·g⁻¹ at 1 A·g⁻¹ and outstanding reversibility (506.0 mAh·g⁻¹ at 1 A·g⁻¹ after 200 cycles, 262.5 mAh·g⁻¹ at 5 A·g⁻¹ after 1400 cycles). Moreover, the kinetic analysis reveals that the FeS₂@SnS₂ anode displays significant capacitive behavior which boosts the rate capacity.     

双盐镁电池CoS2正极材料的电化学性能研究

镁金属电池因为镁金属负极的高体积比容量(3833 mAh/cm³)和高安全性而日益受到关注。然而, Mg²⁺引起的极化效应抑制了Mg²⁺在固相中的扩散, 限制了镁金属电池的比容量。锂镁双盐电解液利用Li⁺代替Mg²⁺驱动正极反应, 能够绕开Mg²⁺在固相中扩散缓慢的问题。本工作研究了过渡金属硫化物CoS₂在不同锂镁混合电解液中的电化学性能, 并分析了锂盐浓度和充放电电压区间对其转换反应和循环稳定性的影响。添加锂盐的策略提高了CoS₂基镁金属电池的转换反应动力学, 当充电电位提高至2.75 V时, Mg-CoS₂电池在LiCl-APC电解液中的循环稳定性得到显著提高, 在循环150次后, 其比容量仍能维持在275 mAh/g, 远高于在2.0 V截止电压条件下的33 mAh/g。电池容量衰减与CoS₂正极在2.0 V充电电位下Co₃S₄的不可逆生成有关, 其长期循环中伴随的Co和S元素溶解加剧了容量的不可逆损失。本工作为过渡金属硫族化合物在转换反应型镁电池中的应用提供了一种激活策略。