水系锂离子电池负极材料LiTi2(PO4)3的研究进展

锂离子电池作为一种绿色可充电电池, 具有较高的能量密度及功率密度, 但市售锂离子电池主要以有机物为电解液, 当电池过充或短路时存在一定的燃烧及爆炸风险。为应对此问题, 水系锂离子电池逐渐走进人们的视野, 它具有清洁环保、安全性能高等优点, 其工作电压为1.5~2.0 V, 主要应用于储能领域。考虑到水系电池的析氢析氧反应, 常规负极材料无法应用于水系锂离子电池, 因此水系锂离子电池的研发关键在于负极材料的选取。LiTi₂(PO₄)₃具有开放的三维通道以及合适的嵌锂电位, 可以作为水系锂离子电池的负极材料。LiTi₂(PO₄)₃的合成方法主要有高温固相法、溶胶-凝胶法和水热法等。为进一步提高LiTi₂(PO₄)₃的电化学性能, 可以采用颗粒纳米化、形貌控制、元素掺杂及碳包覆等方式进行改性。本文从合成方法及改性手段的角度, 对近年来国内外水系锂离子电池负极材料LiTi₂(PO₄)₃的研究进行综述, 并对LiTi₂(PO₄)₃负极材料的发展前景做出展望。     

钒基普鲁士蓝类似物VHCF用于水系铜电池正极

针对开发高性能水系铜电池电极材料的迫切需求,通过简易的共沉淀法制备钒基普鲁士蓝类似物铁氰化钒(VHCF)用作水系铜电池正极,考察反应温度及转速对VHCF样品表面形貌及微观结构的影响,探究不同VHCF样品在电化学性能上的差异,并分析VHCF样品的铜离子储存机理。研究结果表明：通过适当提升反应温度及搅拌器的转速,可以制备出[Fe(CN)₆]^4-含量多,粒径小且结构稳定的立方相VHCF;丰富的[Fe(CN)₆]^4-可以为Cu²⁺离子提供更多的化学活位点,较小的粒径有利于提高Cu²⁺离子的扩散速率,与普鲁士蓝骨架结合更稳定的结晶水则能改善电池循环稳定性;电化学反应过程中,Cu²⁺离子会取代VHCF骨架中的V⁵⁺离子形成不可逆新相。VHCF正极在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量高达146.5 m A·h/g,循环500次后,保留了56.1 m A·h/g的可逆容量;在1.0 A/g的大电流密度下的放电比容量仍有60...     

原位电化学改性的预插层钒青铜水系锌离子电池正极材料（英文）

钒青铜是一种极具潜力的水系锌离子电池正极材料.然而,传统的单离子预插层V₂O₅材料由于自身结构的限制和储锌过程中发生不可逆的相变使其储锌能力接近上限.本文采用原位阴极氧化法将准层状材料Ca V₄O₉在特定的电解液中将双离子(Ca²⁺, Zn²⁺)引入δ-V₂O₅晶体骨架中,形成超薄钒青铜材料Ca_0.12Zn_0.12V₂O₅·n H₂O.该材料表现出超高的能量密度(366 W h kg^-1)和功率密度(6627 W kg^-1),并在大电流10 A g^-1下循环3000圈后可逆比容量仍高达205 m A h g^-1.通过多种原位/非原位表征,系统地揭示了材料与Ca²⁺电解液添加剂的协同作用,使结构、电...     

Y3+掺杂Ce:Li6Lu(BO3)3闪烁体的发光性能研究

针对Ce:Li₆Lu(BO₃)₃晶体有效原子序数(Z_eff)高的问题, 采用低原子序数的Y³⁺离子部分置换晶体中的Lu³⁺离子。通过固相合成法制备了Ce:Li₆Lu_1-xY_x(BO₃)₃(0≤x≤1)固溶体。X射线粉末衍射(XRD)分析表明, 该系列固溶体结构与Li₆Gd(BO₃)₃晶体相同, 空间群为P2_1/c。其X射线激发发射(XSL)的发光强度随着Y³⁺的含量增加而降低, 当x=0.5时, 固溶体的有效原子序数与Li₆Gd(BO₃)₃闪烁体相当, 但XSL发光强度是其1.4倍。Ce:Li₆Lu_0.5Y_0.5(BO₃)₃的XSL光谱和PL光谱都在400 nm附近出现Ce³⁺离子的特征峰, 可拟合出361和419 nm两个发光分量, 分别对应于Ce³⁺离子的激发态电子的⁵d₁→²F_5/2和⁵d₁→²F_7/2能级跃迁。Ce:Li₆Lu_0.5Y_0.5(BO₃)₃固溶体的衰减时间比Ce:Li₆Lu(BO₃)₃略长, 为19.6 ns。当x=0.50~0.70时, Ce:Li₆Lu_1-xY_x(BO₃)₃(0≤x≤1)闪烁体比较适合作为中子探测材料。     

一种新型廉价、环境友好、结构稳定且具有大离子通道的钾离子电池正极材料

得益于钾的地壳丰度及其与锂的化学相似性,钾离子电池有望应用于大规模储能领域.目前,钾离子电池的性能尚不能满足实用需求,主要原因在于缺乏合适的正极材料.基于硫酸根的强诱导效应和草酸体系制备亚铁化合物的优势,本文制备了一种新型廉价、环境友好且稳定的储钾正极材料K₄Fe₃(C₂O₄)₃(SO₄)₂.其独特的二维层状晶体结构具有3.379?的层间距,且层内具有4.576×6.846?的大环.根据第一性原理计算,该结构有利于钾离子的可逆迁移,且体积变化仅为6.4%.不同充放电态样品的同步辐射X射线吸收光谱和XRD、半电池以及全电池的电化学表征证实了其优异的电化学可逆性和结构稳定性.通过成分调控、掺杂、结构优化等策略,K₄Fe₃(C₂O₄)₃(SO₄)₂正极材料的电化学性能有望进一步提升.因此,本工作为廉价、环保的储钾正极材料提供了一种新的稳定晶体模型.     

钴/锌双金属多孔氧化物的制备及其活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝的性能

采用草酸盐-热解法制备钴/锌双金属多孔氧化物复合材料，并用于催化过一硫酸盐(PMS)处理亚甲基蓝(MB)溶液。以Co(NO₃)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O为金属离子源，草酸为沉淀剂，Co²⁺和Zn²⁺同步沉淀获得钴锌草酸盐前驱体，将草酸盐热解后获得具有不同Co/Zn摩尔比的多孔Co₃O₄/ZnO复合氧化物催化剂。结果表明：Co/Zn原料比为1∶5的复合材料(Co₁Zn₅)催化活性最佳，在催化剂用量和PMS浓度分别为0.02 g·L^-1和0.6 mmol·L^-1时，其对MB溶液的降解率可达98.49%。电子顺磁共振(EPR)测试结果表明，Co₁Zn₅/PMS催化氧化体系对MB的降解遵循自由基和非自由基双重机理。Co₁     

中温固体氧化物燃料电池的高熵双钙钛矿阴极材料:兼容性与活性研究（英文）

中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)有助于国家的碳中和战略,但其阴极材料难以兼顾热兼容性和催化活性。为此,基于多元素耦合的高熵策略,本研究合成了高熵阴极材料GdBa(Fe_0.2Mn_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2)₂O_5+δ(HE-GBO),具有双过氧化物结构,与Gd_0.1Ce_0.9O_2-δ(GDC)有良好的化学兼容性,协调了与催化活性之间的平衡性。采用HE-GBO阴极的对称电池在800℃下的极化电阻(R_p)为1.68?·cm²,而HE-GBO-GDC(质量比7:3)复合阴极的R_p因引入GDC而显著降低(800℃下R_p为0.23?·cm²)。采用HE-GBO和HE-GBO-GDC阴极组装树枝状微通道阳极支撑单电池,在800℃的最大功率密度分别达到972....     

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.     

Ni/YSZ阳极浸渍La2O3对SOFC电池抗积碳的影响

以水系流延法制备阳极支撑型平板式IT-SOFC的阳极/电解质(Ni-YSZ/YSZ)半电池, 通过浸渍La₂O₃颗粒对半电池阳极进行改性, LSM+8YSZ为阴极制备单电池。采用扫描电子显微镜(SEM)观察单电池显微结构; 利用能谱(EDS)测试阳极成分; 单电池以乙醇水蒸气为燃料, 在750℃下利用循环伏安法测试单电池的功率密度, 交流阻抗法测试单电池的阻抗。结果表明: 单电池Ni/YSZ阳极孔洞中浸渍的La₂O₃颗粒约90 nm; 浸渍改性的电池比未浸渍的电池具有更稳定的电性能, 随着La₂O₃浸渍量越来越多, 电池的电性能和稳定性越来越好, 抗积碳能力越来越强。当浸渍量为2.4wt%时, 以乙醇水蒸气为燃料在750℃下运行7 h后, 电池衰减率仅为0.09%/h。     

碱式磷酸氢钴双功能电催化剂及其在可充电锌-空气电池中的应用

具有高效和长循环的空气正极对构建高性能的可充电锌-空气电池(ZABs)至关重要。在此,首次采用水油两相水热合成方法,成功制备了一种双功能氧电催化剂Co₃(OH)₂(HPO₄)₂(Co-OH-HPi)。研究表明：Co-OH-HPi电催化剂具有较大比表面积和Co (Ⅲ)活性位点,展示出优异的ORR/OER双功能电催化性能。将该材料作为空气正极组装成ZABs后,具有较小的双功能氧电催化剂电势间隙(ΔE=0.81 V),1.42 V的高开路电压,在10 mA·cm^-2电流密度下816 mAh·g_Zn^-1的大放电比容量和150 mW·cm^-2的高峰功率密度。该研究提供了一种新颖的策略来合成优异的双功能电催化剂并应用于先进的锌-空气电池。     

稀土离子掺杂钼酸盐荧光粉的制备及发光性能研究

稀土离子掺杂的上转换发光材料近年来在照明、太阳能电池行业有着广泛的应用。通过水热法制备了Ho³⁺/Yb³⁺掺杂的NaGd(MO₄)₂荧光粉,通过XRD、SEM、光谱分析等手段对NaGd(MO₄)₂荧光粉进行了表征,研究了Ho³⁺/Yb³⁺掺杂对钼酸盐荧光粉发光特性的影响。形貌结构分析表明,Ho³⁺/Yb³⁺掺杂的NaGd(MO₄)₂荧光粉均为纯的四方相结构,颗粒尺寸约为0.4～0.9μm, Ho³⁺/Yb³⁺的掺杂使NaGd(MO₄)₂荧光粉的晶胞参数变小。光谱分析表明,NaGd(MO₄)₂荧光粉中546 nm处的绿光是来自Ho³⁺的⁵F₄     

水溶性石墨烯对双电解液镁空气电池放电性能的影响

为了提高双电解液体系镁空气电池的放电性能，选择在0.6mol/L NaCl电解液中加入水溶性石墨烯。采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),在GO的基础上制备出还原氧化石墨烯(RGO)和水溶性石墨烯(PG)。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪以及扫描电子显微镜对所制石墨烯进行了结构以及形貌的表征。研究了镁阳极在加入不同浓度PG的NaCl溶液中的电化学性能和组装成电池之后的放电性能。结果表明：在0.6mol/L NaCl电液液中加入PG后的镁空气电池放电性能得到很好的提升，其中Mg(ClO₄)₂-AN/NaCl+0.5g/L PG双电解液体系镁空气电池1mA/cm²放电时放电性能最好，阳极利用率为89%,能量密度为2840Wh/kg,且放电电压可达到1.42V。电化学测试表明镁阳极在加入PG的NaCl电解液中有着较高的电化学活性。     

水系合成δ相甲脒铅碘钙钛矿粉末（英文）

近年来,甲脒基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率取得了显著进展,其商业化前景日益明朗.随着钙钛矿电池商业化的快速发展,对于环境友好、成本低廉的钙钛矿前驱体的需求不断增长.甲脒铅碘钙钛矿材料遇水易分解,因此传统钙钛矿粉末合成方法依赖于有机溶剂和惰性气氛手套箱,不具备成本优势.在此背景下,本文提出了一种经济高效的水系合成高纯度δ相甲脒铅碘(δ-FAPbI₃)粉末的策略.在水溶液中加入过量氢碘酸,碘离子可使不溶性PbI₂转化为可溶性[PbI₂₊n]^n-络合物,将FAPbI₃的遇水分解转化为溶解,从而使水系合成成为可能.水系合成的甲脒铅碘粉末具有高纯度、低成本优势,可作为钙钛矿薄膜前驱体材料.与以PbI₂和FAI的混合物作为前驱体制备的钙钛矿薄膜相比,以水系合成的δ-FAPbI₃粉末为前驱体制备的钙钛矿薄膜具有良好的结晶性,降低了缺陷密度,并有效抑制了有害的离子输运和降解过程,从而增强了载流子传输性能和电池稳定性.在环境空气中以合成粉末为前驱体制...     

高稳定性(EDA)(FA)2[Pb3I10]层状钙钛矿薄膜的制备与表征

为了提高钙钛矿太阳能电池在潮湿环境中的稳定性, 采用一步法, 通过在DMF中混合(EDA)I₂、(FA)I和PbI₂, 将乙二胺离子引入钙钛矿晶格, 成功制备了一种具有较高稳定性的二维片层状的钙钛矿结构薄膜。通过原位掠入射X射线衍射(GIXRD)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和原子力显微镜(AFM)等方法检测分析(EDA)(FA)₂[Pb₃I₁₀]在低湿度及高湿度环境下的结构、形貌以及光学性能变化。结果表明: 制备的 (EDA)(FA)₂[Pb₃I₁₀]薄膜在相同湿度环境下比当前广泛应用于钙钛矿太阳能电池的甲胺铅碘薄膜(CH₃NH₃PbI₃)稳定性更高; 薄膜的光学带隙约为1.67 eV, 与太阳能电池最佳带隙比较接近。另外, (EDA)(FA)₂[Pb₃I₁₀]薄膜在可见光范围吸光性能较好; 薄膜的粗糙度很小, 适合制备太阳能电池, 而且, 成本较硅基太阳能电池低廉, 在分子水平较CH₃NH₃PbI₃的可调谐性更大, 使钙钛矿太阳能电池在未来大面积应用成为可能。     

阳极支撑质子导体电解质固体氧化物燃料电池的制备及其性能研究

本研究采用高温固相反应法合成了BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.2O_3-d (BCZY7)质子导体氧化物, 对材料的物相结构和微观形貌进行表征和分析, 并将BCZY7作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质, 通过浸渍法和共烧结法成功制备了阳极支撑的NiO-BCZY7/BCZY7/La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)-BCZY7钮扣式电池。以氢气(含3vol% H₂O)为燃料, 空气为氧化剂, 对电池的电化学性能进行测试。结果表明, 在600、550、500 ℃时, 电池的最高功率密度分别为203, 123, 92 mW×cm^-2, 而传统(ZrO₂)_0.92(Y₂O₃)_0.08基SOFC在600 ℃时通常只有几十毫瓦的单位面积输出, 质子导体电解质可以极大改善SOFC的中低温性能, 缓解SOFC工作温度高的问题。     

NH4+扩层MoS2的制备及其储锌性能研究

二硫化钼(Mo S₂)作为水系锌离子电池的正极材料,受到锌离子(Zn²⁺)与主体框架之间的强静电相互作用表现出缓慢的反应动力学。并且Mo S₂的层间距较窄难以嵌入大尺寸水合Zn²⁺,导致Mo S₂电极呈现出较低的放电比容量。本研究通过一种简单的氨水辅助水热法制备了NH₄⁺扩层的二硫化钼(Mo S₂-N)电极,氨水分解产生的氨气在促进硫代乙酰胺水解和提供还原性S^2–的同时,还会产生大量NH₄⁺作为插层离子,将Mo S₂的层间距由0.62 nm扩展至0.92 nm,进而大大降低了Zn²⁺嵌入能垒(改性电极的电荷转移电阻R_ct低至35?)。当电流密度为0.1 A·g^–1时,Mo S₂-N电极的初始放电比容量相比未扩层的Mo S₂     

通过钴离子抑制羟基自由基提高WO3/SnO2光阳极在强酸中的稳定性(英文)

酸性环境中光电化学水分解具有广阔的应用前景,但由于缺乏稳定的光阳极以及有效的非贵金属助催化剂,其发展受到了极大的阻碍. WO₃是能够在酸性环境下稳定的半导体之一,但其在光照下的快速性能衰减仍然是一个悬而未决的问题.本研究提出WO₃和WO₃/SnO₂光阳极光电流的快速下降是因为电极/电解质界面上产生的羟基自由基(OH·)导致的.我们发现在pH为0.3的电解质中引入钴(Co²⁺)离子可以有效解决这个问题. Co²⁺的存在可以促进H₂O高效氧化为O₂,而不是产生不利的OH·自由基.最终在Co²⁺存在条件下,可以将光电分解水的法拉第效率从40%提高到95%,将光电流密度从0.6提高到0.8 mA cm^-2,并在1.2 V (可逆氢电极)下稳定25 h.重要的是,在利用维生素C淬灭OH·自由基以后,其光电流稳定性表现出与引入Co²⁺离子时一致,进一步表明Co...     

Er2O3掺杂Gd2(Zr0.8Ti0.2)2O7陶瓷的物理性能

用固相反应法制备(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇(摩尔分数x=0,0.2,0.4)陶瓷并测试其晶体结构、显微形貌和物理性能,研究了Er₂O₃掺杂的影响。结果表明,(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇陶瓷具有立方烧绿石结构,显微结构致密,在室温至1200℃高温相的稳定性良好;Er³⁺掺杂降低了陶瓷材料的热导率和平均热膨胀系数,当x=0.2时,其1000℃的热导率最低(为1.26 W·m^-1·k^-1)。同时,Er³⁺掺杂还提高了这种材料的硬度和断裂韧性。     

正交法优化不同价态硝酸盐的纳滤分离工艺

针对稀土矿浸出液中不同价态硝酸盐的分离需求,采用正交试验研究了NF5纳滤膜对NaNO₃、Ca(NO₃)₂、Nd(NO₃)₃和Ce(NO₃)₄混合盐的分离效果,并考察了盐溶液浓度、操作压力、进料流速和溶液pH等因素对不同价态硝酸盐分离因子(SF)的影响,确定了分离硝酸盐中不同价态阳离子的最佳条件.结果表明,最佳条件下硝酸盐的分离效果为：SF_Na/Ca=18.23,SF_Na/Nd=35.20,SF_Na/Ce=33.26,SF_Ca/Nd=4.55,SF_Ca/Ce=4.45,SF_Nd/Ce=1.10,说明NF5纳滤膜对一价与高价离子(SF_Na/Ca、SF_Na/Nd和SF_Na/Ce)具有优异的分离效果,对二价与大于二价离子(SF_Ca/Nd<...     

一种同时具备显著增强的双折射和二次谐波效应的类BBO三聚硫氰酸盐（英文）

在新兴的自旋轨道角动量光子技术领域,对兼具强二次谐波和大双折射的非线性光学晶体有很大的需求.基于此,本文采用具有大π共轭效应的[HC₃N₃S₃]^2-和碱金属阳离子K⁺相结合,成功合成了一例新型类β-BaB₂O₄ (BBO)手性三聚硫氰酸盐K₄(HC₃N₃S₃)₂·H₂O (1).与具有最优排列的π共轭[B₃O₆]^3-环的BBO相比,1中[HC₃N₃S₃]^2-环的排列并不理想,但倍频响应和双折射显著增强(1.8×BBO;Δn=0.402@550 nm,～3.3×BBO).第一性原理计算分析表明,π共轭[HC₃N₃...