Ni/Ni2P异质结/多孔碳修饰隔膜用于加速多硫化物催化转化(英文)

锂硫电池固有的缓慢转化动力学和严重的穿梭效应导致其可逆容量和循环寿命差,严重阻碍了其实际应用.为了解决这些问题,我们设计并构建了一种Ni/Ni₂P异质结嵌入介孔碳纳米球的复合材料(Ni/Ni₂P-MCN),将其用于锂硫电池隔膜改性以促进多硫化物的催化转化.研究发现, Ni/Ni₂P-MCN改性隔膜可以通过丰富的异质结化学吸附位点吸附多硫化物、抑制穿梭效应,而且对多硫化物的转化具有优异的催化活性.此外,具有暴露介孔结构的导电碳球可以作为物理屏障,容纳沉积的不溶性Li₂S.因此,使用Ni/Ni₂P-MCN改性隔膜的电池显示出优异的倍率性能(5 C下431 mA h g^-1)和循环稳定性(1500次循环下平均容量衰减约0.031%).在4.2 mg cm^-2的高载硫下,输出面积比容量约3.5 mA h cm^-2.我们认为,这种独特的Ni/Ni₂P异质结/多孔碳复合材料在高性能、可持续储能器件中具备...     

基于三维电子离子共导亲锂骨架的高容量、高倍率和无枝晶锂金属负极（英文）

锂金属负极因具有较高的理论容量和最低的氧化还原电位有望成为下一代电池负极材料,而严重的锂枝晶生长阻碍了其实际应用.本文中,我们制备了Li₃P纳米片和Ni纳米颗粒修饰的泡沫镍结构作为无枝晶锂金属负极的三维骨架.其中Li₃P纳米片表现出优异的锂离子电导率和优异的亲锂性,三维镍骨架可提供足够的电子电导率并确保结构稳定性.由该负极组装的对称电池具有低电压滞后和长循环稳定性(在20 mA cm^-2和10 mA h cm^-2下电镀/剥离循环500次后的电压滞后为104.2 mV).同时,由该负极和商用LiFePO₄正极配对的全电池具有较好的循环稳定性(180次循环后的比容量为124.6 mA h g^-1,对应容量保持率为90.8%).这种方法制备的三维电子离子共导亲锂骨架为高电流密度下无枝晶锂负极提供了一种潜在的可扩展选择.     

水热法合成Bi2WO6/CNOs纳米材料及其电化学性能

为了提高超级电容器的性能, 尽可能减少环境污染, 电极材料尤其是低成本、高能量密度的环保型电极材料受到人们越来越多的关注。本研究采用水热法制备了Bi₂WO₆/CNOs (CNOs, 纳米洋葱碳)和Bi₂WO₆纳米材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线晶体衍射(XRD)对产物的形貌、结构进行分析, 并通过循环伏安法、恒电流充放电测试、交流阻抗对材料的电化学性能进行评价。结果表明, 以1 mol·L^-1 KOH为电解液, 电流密度为2 mA·cm^-2时, Bi₂WO₆/CNOs与纯相Bi₂WO₆的比电容分别为328和218 F·g^-1; 电流密度为5 mA·cm^-2时, 经过300次循环, Bi₂WO₆/CNOs的比容量保持率比纯相Bi₂WO₆提高了34.37%。可见, 在Bi₂WO₆中加入CNOs能明显改善Bi₂WO₆的电化学性能。     

钴修饰碳纳米管瓶刷助力锂硫电池多硫化物转化（英文）

开发具有多层次结构(包括多孔结构、杂化骨架和/或拓扑形貌)的超结构碳材料,对于满足电化学储能和转换系统中复杂催化反应的需求非常关键.在本文中,我们以钴纳米颗粒为催化位点,在杂化碳纳米管骨架表面可控接枝毛发状碳纳米管,开发了一类层次化多孔的钴修饰碳纳米管瓶刷(Co/CNTBs).其中,精确的瓶刷状拓扑形貌和分级多孔结构能够有效地提供可及表/界面和高导电网络,钴修饰的杂化骨架可以促进硫的氧化还原反应动力学.因此,基于Co/CNTBs功能化隔膜的锂硫电池具有优异的倍率性能(在10 C下比容量为707 mA h g^-1)和长效的循环稳定性.更重要的是,基于Co/CNTBs催化剂的高硫载量电池(6.72 mg cm^-2)在0.1 C下循环100圈后仍具有4.81 mA h cm^-2的高面积容量.本工作为高性能超结构杂化碳材料的原位接枝合成策略带来了新的思路,有望用于众多具有挑战性的应用.     

Au纳米粒子表面等离子共振效应(SPR)增强Au/Bi2WO6异质纳米结构的光催化活性

采用水热-光还原法在三维Bi₂WO₆的二级结构纳米片表面原位沉积Au纳米粒子(Au NPs), 成功获得了具有可见光响应活性的Au/Bi₂WO₆异质光催化剂, 并借助XRD、FE-SEM、HR-TEM、XPS和 UV-Vis-DRS谱等手段对其物相组成、形貌和光吸收特性进行表征, 以罗丹明B(RhB)和苯酚为模型污染物对其光催化性能进行研究。实验结果表明, 与纯Bi₂WO₆相比, 所得Au/Bi₂WO₆异质纳米结构对染料降解具有较高的活性, 当Au负载量为1.5at%时, Au/Bi₂WO₆复合催化剂的催化活性最好, 其光催化降解RhB和苯酚的表观速率常数分别是纯Bi₂WO₆的1.5倍和2.2倍。自由基捕获实验表明, 光生空穴(h⁺)和∙O₂^-是RhB在Au/Bi₂WO₆催化材料上光催化降解的主要活性物种。机理分析表明, Au/Bi₂WO₆活性增强归因于光生电子从Bi₂WO₆的导带向AuNPs表面迁移, 降低光生电子-空穴对的复合率, 同时, Au NPs 的等离子共振效应(SPR)拓展了催化剂在可见光区的响应范围, 从而显著提高了Au/Bi₂WO₆异质光催化的剂活性。Au NPs修饰Bi₂WO₆异质催化剂光太阳能驱动在污水处理方面具有潜在应用。     

简易合成Bi/Bi2MoO6/TiO2复合纳米纤维及其增强的可见光催化性能

以电纺TiO₂ 纳米纤维为基质, 葡萄糖为还原剂, 采用简单一步溶剂热法制备了等离子体Bi/Bi₂MoO₆/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱和光致发光谱等对样品进行表征。以RhB和4-CP为模拟有机污染物, 评价材料的光催化性能。结果表明: 部分Bi ³⁺被葡萄糖还原成金属Bi纳米粒子, 原位沉积在Bi₂MoO₆纳米片上, 同时构筑在TiO₂纳米纤维表面。金属Bi的等离子体共振效应, 有效提高了样品的光催化活性。可见光照50 min, 样品对RhB的降解率为95.8%, 五次循环后仍保持在92%以上; 可见光照180 min, 样品对4-CP的降解率达68.8%。证实该材料具有良好的可见光催化活性和稳定性。     

基底表面缺陷对TiO2/Bi2WO6复合材料微观结构和光催化性能的影响

TiO₂/Bi₂WO₆异质结复合材料是可见光响应光催化活性最高的物质之一，其界面结构和微观形貌是影响光催化性能的重要因素。但是，如何可控“裁剪”TiO₂/Bi₂WO₆异质结复合材料的界面结构与微观形貌仍面临巨大的挑战。本文采用缺陷诱导可控合成TiO₂/Bi₂WO₆异质结复合材料，研究了TiO₂基底表面缺陷尺寸、分布密度等对TiO₂/Bi₂WO₆复合材料微观结构和光催化性能的影响。结果表明：热腐蚀合成温度、腐蚀时间是影响Ti_O2纳米带基底表面缺陷尺寸和分布的关键因素。TiO₂纳米带基底表面的缺陷尺寸为26 nm，缺陷分布密度为12个/μm²，有利于合成界面结合良好的TiO₂/Bi₂WO_6<...     

WO3/Bi2MoO6复合薄膜的制备及其光电化学性能

WO₃材料在光电催化方面的应用备受关注,但其光生电子空穴有效分离能力差,对太阳光的利用率较低等问题,限制了其光电催化性能。为了解决这个问题,先用水热法在导电玻璃（FTO）上制备WO₃纳米薄膜,然后使用溶剂热法在WO₃纳米薄膜上制备不同反应时长（7 h、9 h和11 h）的WO₃/Bi₂MoO₆复合薄膜。通过XRD和SEM测试,证明了WO₃/Bi₂MoO₆复合薄膜的成功制备。对WO₃/Bi₂MoO₆复合薄膜样品进行吸收光谱测试、光电流测试、光电催化测试和交流阻抗测试。结果表明：WO₃/Bi₂MoO₆复合薄膜样品相较于单一WO₃纳米薄膜,具有更好的光吸收特性、更优秀的光电流特性和显著提升的光电催化活性。且水热反应9 h的WO₃     

泡沫镍上生长的具有三明治纳米结构的MnCo2O4@NiCoMnS4用于高性能水系非对称超级电容器(英文)

本文介绍了一种由水热生长的MnCo₂O₄ (MCO)纳米线以及随后电沉积的NiCoMnS4(NCMS)纳米片组成的高性能超级电容器电极材料,即泡沫镍上生长的MCO@NCMS.由于其多孔和互联的纳米结构以及MCO和NCMS的协同效应,在1 mA cm^-2处实现了12,020.8 mF cm^-2的高电容,并展现出良好的倍率性能以及循环稳定性.电化学测试表明,组装成的水性非对称超级电容器在0.800 mW cm^-2的功率密度下,达到0.611 mW h cm^-2的高能量密度并具有良好的循环稳定性,即在15,000次充放电循环后,容量保持率可达90%,且保持100%的库仑效率.     

S型异质结Bi4O5Br2/CeO2的制备及其光催化CO2还原性能

光催化CO₂还原技术的关键是开发高效光催化剂,而构建具有紧密界面结构的异质结是增强界面电荷转移,实现高效光催化活性的有效途径。本研究采用静电纺丝技术结合水热法,将Bi₄O₅Br₂纳米片镶嵌在CeO₂纳米纤维表面,制得Bi₄O₅Br₂/CeO₂纤维光催化材料(B@C-x,x对应反应物的加入量)。利用不同方法表征其微观结构、形貌和光电性能。结果表明,适当Bi₄O₅Br₂含量的Bi₄O₅Br₂/CeO₂异质结可以显著提高CeO₂纳米纤维的光催化性能。与纯Bi₄O₅Br₂和CeO₂相比,B@C-2在模拟太阳光下表现出最佳光催化活性,不使用任...     

引入Mo/W优化形貌并构建异质结构提高NiCoP作为混合电容器电极的电化学性能（英文）

过渡金属磷化物具有高电导率和高电化学活性,是一类新兴的混合电容器电极材料.然而制备具有快速反应动力学和稳定结构的过渡金属磷化物仍然是一大挑战.本文将Mo或W引入到Ni CoP中,得到具有三维开放结构的纳米阵列和优化电子结构的异质结构.相比于NiCo P纳米阵列, Ni-Co-Mo-P或Ni-Co-W-P纳米阵列具有更大的比表面积和更多的空隙,这种独特的结构不仅有助于电解液的渗透,还可以缓解氧化还原过程中的体积变化.密度泛函理论计算结果显示引入高价Mo或W元素形成异质结构提高了材料的本征电导率,加快了反应动力学. Ni-Co-Mo-P纳米阵列在2 m A c m^-2的电流密度下表现出4.08 C cm^-2(703 C g^-1)的高面积比容量;在30 m A cm^-2下,比容量还能保持在3.25 C cm^-2.此外, Ni-Co-Mo-P纳米阵列与活性炭组装成的水系混合超级电容器表现出800 W kg^-1的高能量密度.本研究为高性能过渡金属磷化物基电极材料的设...     

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)。     

相变燃料电极实现固体氧化物电池高效可逆CO/CO2转化

固体氧化物电池可实现CO/CO₂的可逆转化,在电能和化学能相互转化过程中显示出巨大潜力.然而,其商业化进展一直受到燃料极抗积碳性能差的限制.本工作中,我们发展了一种CoFe合金纳米颗粒和Ruddlesden-Popper层状结构Sr₃Fe_1.25Mo_0.75O₇-δ复合新型燃料电极(CoFe-SFM),其可以通过钙钛矿Sr₂Fe_7/6Mo_0.5Co_1/3O_6-δ在还原气氛中退火发生相变得到.电化学阻抗谱和弛豫时间分步法分析可知CoFe-SFM电极通过改善体相氧化学扩散能力和表面氧交换过程来增强CO氧化和CO₂还原动力学.在固体氧化物燃料电池模式下,800℃的最大功率达到259 mW cm^-2;在固体氧化物电解电池模式下,1.3 V工作电压下单电池的电解电流密度为-0.453 A cm^-2,都远超对比电极材料.在20次SOFC-SOEC循环操作条件下,CoFe-SFM燃料极依然保持稳定的微结构和抗积碳性能,电池性能保持良好.该工作可为CO₂转化、抗积碳电极材料设计和提升电极表界面反应动力学提供一定的指导作用.     

具有O–Fe–Se配位键的半共格异质界面工程提高电池型超级电容器阳极的容量和倍率（英文）

低容量和低倍率限制了电池型超级电容阳极材料的大规模应用.本文通过构建一种具有半共格异质界面特性的Fe₂O₃/FeSe₂纳米结构作为先进的阳极材料来解决这一瓶颈.系列表征和第一性原理计算表明,这种特殊的异质界面不仅能自发产生较强的内建电场,从而提高电子传递速率和OH^-离子的吸附能力;还可使得活性物质与OH^-之间发生更多的氧化还原反应,并且使该反应体系更容易进行.基于上述优势,所制备出的阳极材料的最大比容量为199.2 mA h g^-1(1 A g^-1),并且在10 A g^-1下仍能保持105.8 mA h g^-1,同时,经历5000次循环后,其比容量可维持初始值的90.2%.此外,以Fe₂O₃/FeSe₂作为阳极组装的非对称超级电容器在0.8 kW kg-1时的能量密度为52.55 Wh kg^-1,即使经历...     

NiS/Ni3S2@NiWO4纳米阵列用于构造能量密度创新高的全固态混合超级电容器

混合型纳米电极材料的合理设计及合成对于其不同的应用具有重要意义,尤其是对于可用于下一代电动汽车和电子设备供电的高效纳米结构超级电容器(SCs)储能器件.本文报道了一种简便可控合成核-壳Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列的方法,并将其用于混合超级电容器的独立电极.在5 mA cm^-2的条件下,所制备的Ni₃S₂@NiWO₄独立电极表现出高达2032μA h cm^-2的面积容量;即使电流密度增至50 mA cm^-2,其容量保留率仍为63.6%.更重要的是,在功率密度为3.128 mW cm^-2时,该Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列混合超级电容器仍表现出1.283 mW h cm^-2的最大能量密度;而在能量密度为0.753 mW h cm^-2时,该超级电容器表现出的最大功率密度为41.105 mW cm^-2.此外,该混合超级电容器在连续10,000次循环后仍能保持89.6%的原始容量,从而进一步证明其优异的稳定性.本研究为合理设计各种核壳金属纳米结构提供了便捷途径,有助于促进其在高性能储能器件领域的广泛应用.     

一维p-n结促进锂硫电池中多硫化物的双向转换研究（英文）

锂硫电池中氧化还原反应涉及复杂的多相转化过程,对其性能至关重要.催化转换是缓解穿梭效应的有效策略,但单组分催化剂在双向氧化还原过程中并不能充分发挥作用.为此,我们制备了一维ZnO@NiO核-壳纳米带(CNBs),通过p-n结界面来解决这些问题.自发内置电场(BIEF)诱导界面电荷重新分配,促进了ZnO和NiO之间的电荷和多硫化物的转移.适度的吸附能和多硫化物转化能垒的降低进一步加速了硫的双向转化.ZnO@NiOCNBs阴极在0.1C下的放电容量为1525.5mAhg^-1,在2C下循环1000次后,保持了73.60%的容量保持率,相当于每循环损失0.026%的容量.本研究证明了BIEF和异质结构的结合促进了多硫化物的转化,为调控多硫化物氧化还原反应提供了新策略.     

晶格应变和异质界面工程协同促进铋基催化剂高效电催化CO2还原生成甲酸(英文)

表面应力耦合异质结构是一种改善非均相催化剂催化性能的有效策略.它可以在调控催化剂电子结构的同时,促进电荷传输.一般来说, Bi基催化剂对CO₂电还原为甲酸的选择性高于ZnO,但是金属Bi的价格高于Zn.本文以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,通过一步水热法合成了一种具有多孔纳米片形貌的Bi₂O₂CO₃/ZnO异质结催化剂,用于高效电催化CO₂还原制备甲酸.在-1.0 V vs. RHE下,该催化剂展现出最大甲酸盐法拉第效率(92%),且在施加-1.2 V vs. RHE电压下甲酸盐偏电流密度为200 m A mgBi^-1.更重要的是,对Bi的质量进行归一化发现, Bi₂O₂CO₃/ZnO的质量活度比纯Bi₂O₂CO₃的质量活度提升了3.1倍.通过X-射线光电子能谱和X-射线吸收谱测试表明,在该催化剂中,界面Zn原子电荷向Bi原子转...     

Fe(III)/rGO/Bi2MoO6复合光催化剂制备及光催化芬顿协同降解苯酚

光催化-芬顿技术耦合可高效降解有机污染物。本研究采用溶剂热法制备了Fe(III)掺杂rGO/Bi₂MoO₆复合催化剂(Fe(III)/rGO/Bi₂MoO₆), 通过外加H₂O₂构建了光催化-芬顿协同体系, 可见光照射3 h后对苯酚的降解率(82%)远高于单独光催化(18%)或芬顿反应(48%), 进一步优化条件对苯酚可实现完全降解。这主要是通过Fe得失电子实现价态的转变, 并以此作为桥梁实现光催化-芬顿的协同作用。同时石墨烯的优异导电性能不仅克服了光催化中光生电子空穴难以分离的问题, 而且促进了Fe³⁺/Fe²⁺的循环反应, 促使芬顿反应产生更多的羟基自由基(?OH), 进一步提高了苯酚的降解效率。实验考察了Fe(III)含量、催化剂投加量、H₂O₂含量以及pH等因素对协同降解效果的影响。淬灭实验证明?OH是协同降解体系中最主要的活性物种, ?O₂^-和h⁺对降解活性也会产生一定的影响, 结合实验结果提出了Fe(III)/rGO/Bi₂MoO₆光催化-芬顿协同降解苯酚的机理。     

三维亲锂Cu@Sn纳米锥集流体用于无枝晶锂金属负极

锂在集流体上的不均匀沉积将导致严重的枝晶生长和体积膨胀等问题,传统的商业化泡沫铜集流体由于具有较大的体积和质量会降低电池的能量密度.本文通过简单的电沉积方法制备了体积小、重量轻,具有亲锂性的3D Cu@Sn纳米锥集流体.从成核与沉积的角度出发,纳米锥结构与亲锂的锡纳米颗粒的协同作用促进了锂的均匀沉积,可有效地抑制锂枝晶的生长.组装的半电池在1 mA cm^-2下经过100次循环后,库仑效率高达97.6%,锂对称电池在1 mA cm^-2下可以稳定循环600 h.将沉积金属锂后的Cu@Sn/Li复合负极与LiFePO₄组装的液态全电池在1 C倍率下, 550个循环之后,容量保持率为95.1%.此外, Cu@Sn纳米锥集流体在固态电池Li/Cu@Sn|PVDF–HFP–5 wt%Si O₂|LFP中也表现出优异的电化学性能,在1 C倍率下, 500个循环之后,放电容量未发生衰减.     

水热合成BiCl3/Bi2S3复合材料的热电性能

采用水热合成法制备了由纳米棒组成的微米级球形Bi₂S₃颗粒, 然后通过放电等离子烧结技术(SPS)将不同摩尔比例的BiCl₃/Bi₂S₃复合粉末制备成块体。加入适量的BiCl₃不仅提高了Bi₂S₃样品的导电率, 而且降低了其热导率。Bi₂S₃复合0.5mol%BiCl₃的样品在762 K电导率最大, 达到45.1 S·cm^-1, 远高于此温度下纯Bi₂S₃样品的电导率(12.9 S·cm^-1)。Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品在762 K时热导率最低, 为0.31 W·m^-1·K^-1, 低于同一温度下纯Bi₂S₃的0.47 W·m^-1·K^-1。在762 K下, Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品获得最大ZT值(0.63), 比纯Bi₂S₃样品(0.22)提高了大约2倍。