二维层状Ti3C2Tx-MXene@VS2用于高性能锂离子电池负极

为探索一种高性能的锂离子电池负极材料,采用酸刻蚀法制备了高导电性、高稳定性的二维层状Ti₃C₂T_x,通过溶剂热法制备了具有高理论比容量的花瓣状VS₂纳米片,再经过简单的液相混合得到了二维层状Ti₃C₂T_x-MXene@VS₂复合物。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和能谱分析对复合材料的形貌和结构进行了表征,采用循环伏安、恒流充放电、长循环和交流阻抗谱对复合材料的电化学性能进行了研究。结果表明：VS₂纳米片均匀地分布在Ti₃C₂T_x的层间及表面,该复合物具有高的可逆容量(电流密度为0.1A·g^-1时,比容量为610.5mAh·g^-1)、良好的倍率性能(电流密度为2A·g^-1时,比容量为197.1mAh·g^-1)和良好的循环稳定性(电流密度为0.2 A·g^-1时,循环600圈后比容量为874.9 mAh·g^-1;电流密度为2 A·g^-1时,循环1 500圈后比容量为115.9mAh·g^-1)。     

Ti3C2Tx/MnO2正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO₂)材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO₂负载在Ti₃C₂T_x表面形成Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^-1 ZnSO₄、2 mol·L^-1 ZnSO₄+0.1 mol·L^-1 MnSO₄、30 mol·L^-1三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^-1三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^-1 ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti₃C₂T_x/MnO₂在2 mol·L^-1 ZnSO₄中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^-1 TEAOTf+1 mol·L^-1 ZnOTf),不仅提高了Ti₃C₂T_x/MnO₂材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn⁴⁺掺杂的Co₃O₄复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn⁴⁺掺杂,Co₃O₄复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当n_Co∶n_Mn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m²·g^-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g^-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g^-1,这比纯Co₃O₄纳米纤维的416 F·g^-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co₃O₄纳米纤维则是76.4%。     

锂离子电池正极材料LiNi0.75-xCoxMn0.25O2的合成及电化学性能研究

以LiOH·H₂O、Ni(OAc)₂·4H₂O、Co(OAc)₂·4H₂O和MnO₂为原料，在水热反应釜中预处理，然后进行高温固相反应，合成了一系列锂镍钴锰氧化物LiNi_0.75-xCo_xMn_0.25O₂(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌、粒径及电化学性能进行了表征。结果表明，当x=0.20时，所合成的正极材料具有很好的α-NaFeO₂型层状晶体结构，晶胞参数a=0.286 1 nm，c=1.416 4 nm， V=0.100 4 nm³，以50 mA·g^-1的电流密度在3～4.3 V(vs Li/Li⁺)充放电时，首次放电比容量达172.5 mAh·g^-1，首次放电效率高达90.9%，30个循环后其放电比容量依然保持在161.1 mAh·g^-1。     

纳米CuFe2O4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe₂O₄-rGO复合材料。通过X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe₂O₄纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe₂O₄-20% rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g^-1时,其比电容为1 952.5 F·g^-1,当电流密度为1 A·g^-1时,CuFe₂O₄-20% rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。     

MXene/枝状Co/聚偏氟乙烯复合光热膜制备及其界面蒸发性能

使用湿法刻蚀方式将Ti₃AlC₂刻蚀剥离成单/少层Ti₃C₂T_x MXene纳米片,采用电化学还原法制备枝状Co,然后以亲水的聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基底通过真空抽滤制备Ti₃C₂T_x/枝状Co/PVDF复合光热膜。对复合材料的结构和形貌进行表征,研究了复合光热膜的光吸收性能和界面蒸发性能。结果表明,在模拟1个太阳光照下(光照强度为1 kW·m^-2),Ti₃C₂T_x/枝状Co/PVDF复合光热膜的光吸收率达到95.3%,纯水蒸发速率达到1.78 kg·m^-2·h^-1,界面蒸发效率高达97.5%。此外,还测试了在模拟海水中的界面蒸发性能,蒸发冷凝得到的水达到世界卫生组织(WHO)和美国环境保护署(EPA)饮用水标准,蒸发速率达到1.61 kg·m^-2·h^-1,循环5次后稳定在1.59 kg·m^-2·h^-1。     

Zn掺杂Co9S8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明：锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m²·g^-1;同时微量的锌掺杂显著增强了Co₉S₈的电催化析氢（HER）活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm^-2时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm^-2,且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g^-1时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g^-1和812.4 mF·cm^-2。     

Al3+掺杂对Li2FeSiO4结构和电化学性能影响的研究

以CH₃COOLi·2H₂O、C₆H₈O₇·H₂O、FeC₆H₅O₇·5H₂O、Al₂(SO₄)₃·18H₂O和C₈H₂₀O₄Si为起始原料,采用水热辅助溶胶凝胶法及二次煅烧合成了Li₂Fe_1-xAl_xSiO₄/C(x=0.00、0.01、0.03、0.05)正极材料。用IR、XRD、FE-SEM、EDS等方法对材料的晶体结构进行了表征,用ZetaPAL粒度分析仪测量了其粒径分布范围,用SQUID(超导量子干涉仪)测定了样品的磁性,用恒流充/放电对其电化学性能进行了测试。结果表明：n_乙酸锂∶n_柠檬酸=4∶1、掺Al³⁺量为3%,80 ℃回流24 h,350 ℃恒温煅烧5 h,700 ℃恒温13 h,所得试样颗粒集中分布在150 nm左右且未出现团聚。在0.1C(16 mA·g^-1)、0.2C、0.5C下的首次放电比容量为127 mAh·g^-1、103.6 mAh·g^-1和91 mAh·g^-1,15次循环后无明显衰减,具有很好的循环稳定性。     

α-Ti(HPO4)2微球负载型催化剂的合成及其烯烃聚合催化性能

2种茂金属催化剂及1种后过渡金属催化剂分别被固载于经过甲基铝氧烷处理后的α-Ti（HPO₄）₂微球表面,制备得到3种微球负载型催化剂。在烯烃聚合反应过程中,3种负载型催化剂均表现出比硅胶负载型催化剂更高的催化活性。2种茂金属负载型催化剂在乙烯、丙烯聚合反应中的活性分别高达6.8×10⁷ g_PE·（mol_Zr·h）^-1和5.0×10⁷ g_PP·（mol_Zr·h）^-1,所产生的烯烃聚合产物分子量分布较窄（M_w/M_n<2.3）,表现出良好的单中心催化特性,而且丙烯聚合产物的等规度高达96.5%。负载型后过渡金属催化剂在乙烯聚合反应中的活性稍低,但也能够达到8.3×10⁶ g_PE·（mol_Fe·h）^-1。3种负载型催化剂催化烯烃聚合产物均成微球型,能够很好地复制载体的形貌。     

水热法合成球花状二硫化钼及其电化学性能

采用二水钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O）和硫脲（CS（NH₂）₂）分别作为钼源和硫源,通过水热合成法获得球花状二硫化钼,其较佳的水热条件为：180℃下反应48 h,钼硫原子比为1：4,反应物浓度为0.001 mol·L^-1,在100 mL反应釜中的填充体积为90 mL。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）、对样品的物相和形貌进行了表征,并利用低温氮吸附BET模型测试了样品的比表面积。结果表明,合成的二硫化钼结晶性良好,平均粒径约为1 μm,比表面积约为87 m²·g^-1,分布均匀且无明显团聚。通过循环伏安（CV）曲线、恒电流充放电曲线（GCD）、阻抗谱图（EIS）表征其电化学性能,测试表明：在3 mol·L^-1 KOH水相电解液中,单电极比电容可达130.6 F·g^-1（扫速为5 mV·s^-1）和110.9 F·g^-1（电流密度为0.1 A·g^-1）,界面转移电阻R_ct为0.33 Ω;循环1 000圈后比电容损失为14.7%。说明采用该水热法合成的二硫化钼可以成为超级电容器电极的理想材料。     

3D crumbled MXene for high-performance supercapacitors

MXene materials have recently attracted considerable attention in energy storage application owing to their metallic conductivity, 2D structure and tunable surface terminations. However, the restacking of 2D MXene nanosheets hinders the ion transport and accessibility to the surface, resulting in adverse effect on their electrochemical performances. Here, with the assistance of hexamethylenetetramine (C₆H₁₂N₄), 2D Ti₃C₂T_x MXene nanosheets were fabricated into a 3D architecture with crumbled and porous structure through an electrostatic self-assembly followed by annealing. The resultant 3D structure can expose massive active sites and facilitates the ion transport, which is beneficial for sufficient utilization of the outstanding superiorities of the MXene. Therefore, as a pseudocapacitive material, the 3D crumpled and porous Ti₃C₂T_x MXene shows a gravimetric capacitance of 333 F/g at 1 A/g, and maintains 261 F/g and 132 F/g at ultrahigh current densities of 100 A/g and 1000 A/g, respectively, revealing promising potential for application in supercapacitors.     

碳螺旋纤维/MnO2复合材料的电化学性能

利用电泳沉积法(EPD)制备碳螺旋纤维基MnO_2@CMC复合材料,采用电子扫描电镜、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)对其形貌和结构进行表征并测试其电容性能,结果显示:当电位差扫描速率为5 m V·s-1时,充放电容量较高,可达115F·g-1,在0.2 A·g-1的扫描电流下,循环200圈后电容量为96.7 F·g-1,为起始电容量的89.5%,表现出良好的电容保持率和循环稳定性。     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn~(4+)掺杂的Co_3O_4复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn~(4+)掺杂,Co_3O_4复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当nCo∶nMn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m2·g-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g-1,这比纯Co_3O_4纳米纤维的416 F·g-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co_3O_4纳米纤维则是76.4%。     

Toward Understanding the Enhanced Pseudocapacitive Storage in 3D SnS/MXene Architectures Enabled by Engineered Surface Reactions

The optimization of three-dimensional (3D) MXene-based electrodes with desired electrochemical performances is highly demanded. Here, a precursor-guided strategy is reported for fabricating the 3D SnS/MXene architecture with tiny SnS nanocrystals (≈5 nm in size) covalently decorated on the wrinkled Ti₃C₂T_x nanosheets through Ti−S bonds (denoted as SnS/Ti₃C₂T_x-O). The formation of Ti−S bonds between SnS and Ti₃C₂T_x was confirmed by extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). Rather than bulky SnS plates decorated on Ti₃C₂T_x (SnS/Ti₃C₂T_x-H) by one-step hydrothermal sulfidation followed by post annealing, this SnS/Ti₃C₂T_x-O presents size-dependent structural and dynamic properties. The as-formed 3D hierarchical structure can provide short ion-diffusion pathways and electron transport distances because of the more accessible surface sites. In addition, benefiting from the tiny SnS nanocrystals that can effectively improve Na⁺ diffusion and suppress structural variation upon charge/discharge processes, the as-obtained SnS/Ti₃C₂T_x-O can generate pseudocapacitance-dominated storage behavior enabled by engineered surface reactions. As predicted, this electrode exhibits an enhanced Na storage capacity of 565 mAh g⁻¹ at 0.1 A g⁻¹ after 75 cycles, outperforming SnS/Ti₃C₂T_x-H (336 mAh g⁻¹), SnS (212 mAh g⁻¹), and Ti₃C₂T_x (104 mAh g⁻¹) electrodes.     

纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe_2O_4纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe_2O_4-20%rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g~(-1)时,其比电容为1 952.5 F·g~(-1),当电流密度为1 A·g~(-1)时,CuFe_2O_4-20%rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。