Sn-Al合金作为锂电池负极材料的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了不同Al含量的固溶体Sn-Al合金的总能量与电子结构,得到Sn0.7Al0.3合金比例最适合用于锂离子电池Sn基合金材料,并对Sn0.7Al0.3合金嵌锂后的各种物理性质和电化学性质进行了理论计算,发现该固溶体合金相具有较稳定的电化学嵌锂电位和良好的充放电循环性能.同时采用磁控溅射制备了该合金薄膜材料,测试结果与理论计算具有较好的一致性.     

三维多孔Sn-Co合金负极制备及其电化学性能研究

采用化学镀方法制备三维多孔铜.以其作为集流体,借助电沉积制备三维多孔Sn-Co合金电极.X-射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析表明,以多孔铜为集流体制备的SnCo合金电极主要存在CoSn2相和纯Sn相,为三维多孔结构.充放电结果显示,三维结构SnCo合金电极比平面铜集流体上镀得的SnCo合金电极表现出更优越的充放电性能.前者的首次放电(嵌锂)容量为636.3mAh/g,充电(脱锂)容量为528.7mAh/g,首次库仑效率为83.1%,70周后容量为529.5mAh·g-1,保持率为82.6%.此外,还应用电化学阻抗初步研究了三维Sn-Co合金电极在充放电过程发生的嵌脱锂过程.     

锂离子电池的合金电极材料的失效研究

采用电镀技术在铜箔上电镀金属锡, 并对其充放电过程中的厚度和结构的变化进行了观察和分析. 锡电极经过热处理后, 活性物质锡与基体铜相互扩散生成中间合金Cu6Sn5. 在合金电极嵌锂过程中, 由于有机电解液的分解, 形成了大量的锂氧化物, 这是合金电极体积膨胀的最主要的原因之一. 锂脱嵌后, 部分锂以Li2SnCu的形态保留在合金中, 造成了合金电极首次充放电的不可逆容量损失. 一些新型电解质的应用可能有助于降低合金电极材料体积的膨胀并提高其循环寿命.     

电化学阻抗谱法研究温度对三维多孔Cu6Sn5合金电极嵌锂过程的影响

采用氢气泡为动力学模板电沉积获得多孔铜,通过热处理增强其结构稳定性,并以该多孔铜为基底电沉积获得三维多孔Cu6Sn5合金电极.采用循环伏安法研究了三维多孔Cu6Sn5合金电极的嵌/脱锂电位.采用电化学阻抗谱研究了三维多孔Cu6Sn5合金电极在不同温度下的首次嵌锂过程.结果显示,在主要的嵌锂区间内,三维多孔Cu6Sn5合...     

纳米Sn-Co/石墨复合材料的制备、结构和电化学性能

以化学沉积法制备Sn-Co合金纳米粒子/石墨复合材料,XRD和Ram an光谱表征物相结构,SEM观察表面形貌.结果显示,500℃高温热处理的Sn-Co/石墨复合材料,其颗粒密集均匀地分散于石墨载体上.Sn-Co合金纳米粒子颗粒直径100 nm左右.Sn-Co/石墨电极具有较高的比容量和循环寿命,这可能是该合金纳米粒子与棒状石墨间的亲合能有效地阻止Sn的脱落,Sn-Co的颗粒间隙缓冲锂嵌脱过程的结构张力,防止合金的膨胀与粉化.     

石墨负极充放电过程的DFT研究

用量子化学DFT-B3LYP/6-31G(d)方法计算了锂沿石墨层堆积的Zig-zag和Arm-chair方向嵌脱及在石墨表面附着和脱附的过程.结果表明,锂嵌入过程是体系能量升高的储能过程,势垒最高点是锂在碳原子正投影位置,即在C-C键投影位置,而在苯环中心投影位置最低,为嵌锂的最佳位置,锂嵌脱的最佳途径应为arm-chair方向;锂在石墨表面附着也是储能过程,苯环中心上方是石墨表面近距离附着机率最高的位置.     

锂离子电池纳米电极材料研究

采用ＸＲＤ，ＴＥＭ方法对纳米相电极材料的结构，形貌进行表征，并用循环伏安法，恒流充放电法对电极材料的嵌锂电化学行为进行研究。结果表明，由于纳米材料的微结构特性使萁 具有优越的嵌锂特性；１）锂离子嵌入电极材料内部的深度小，过程短，具 较大的比表面，有利于采用较大的电流对该电池进行充放电；２）具有较大的嵌锂空间位置，有利于增加电极的锂嵌容量。     

非晶态Fe-P合金电极的电沉积制备及其储锂性能

应用电沉积技术制备了Fe-P合金电极材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了该合金材料的相结构和表面形貌。XRD分析结果表明电沉积的Fe-P合金具有非晶态结构。电化学性能测试表明：平面结构的Fe-P合金电极首次放电(脱锂)容量达542 mAh·g^-1,首次循环的库仑效率为60%;50周循环之后放电容量为366 mAh·g^-1。用非原位的XRD和SEM对电极的充放电机理进行了初步研究,结果表明,首次充电(嵌锂)过程中形成Li₃P相,电极表面生成纳米棒结构铁-磷合金,它能有效缓解锂嵌入/脱出时引起的合金结构变化,抑制合金材料的体积膨胀,从而提高该合金电极的充放电效率和循环性能。     

电化学阻抗谱法研究Cu_6Sn_5合金负极相变过程

以粗糙铜箔为基底,采用一步电沉积法获得Cu-Sn合金,X射线衍射(XRD)测试结果显示其主要为Cu6Sn5合金相.扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明该合金表面由大量"小岛"组成,且每个"小岛"上存在大量纳米合金粒子.充放电测试结果表明,以该合金为锂离子电池负极,其初始放电(嵌锂)和充电(脱锂)容量分别为461和405 mAh·g-1.电化学阻抗谱测试结果显示,Cu6Sn5合金电极在阴极极化过程中分别出现了代表固体电解质界面膜(SEI膜)阻抗、电荷传递阻抗和相变阻抗的圆弧,并详细分析了它们的变化规律.     

锂嵌碳的磁共振研究

本文综述了十数年来电子自旋共振(ESR)和7Li核磁共振(7Li-NMR)技术用于锂嵌碳研究的进展.ESR研究发现锂嵌碳材料中存在两种电子自旋.一种来自碳材料中的载流子电子,称为Pauli自旋.从Pauli自旋的ESR强度可推算给定锂嵌碳样品的电子态密度曲线,并进而计算能带模型机理对该样品嵌锂容量的贡献.另一种来自局域化自旋,即Curie自旋,其与嵌锂位置的关系尚不清楚.7Li-NMR测试已发现几个不同的谱峰,其峰位和强度随碳样品性质和嵌锂深度而异.一般认为,45±5×10-6(即ppm,下同)处的NMR谱线源于深度嵌锂(在LixC6中x=0.5～1)石墨化结构中的Li+,属于Knight位移;而明显小于45×10-6的谱峰则可能是来自碳材料中石墨化微结构中低浓度Li+的Knight位移,也可能是于无序微结构中共价结合的Li的化学位移.ESR与7Li-NMR在研究锂嵌碳方面有很强的互补性,联合应用此两技术可望对深入认识锂嵌碳材料的构效关系作出新贡献.     

Porous Si-Cu3Si-Cu Microsphere@C Core–Shell Composites with Enhanced Electrochemical Lithium Storage

Low-cost Si-based anode materials with excellent electrochemical lithium storage present attractive prospects for lithium-ion batteries (LIBs). Herein, porous Si-Cu₃Si-Cu microsphere@C composites are designed and prepared by means of an etching/electroless deposition and subsequent carbon coating. The composites show a core–shell structure, with a porous Si/Cu microsphere core surrounded by the N-doped carbon shell. The Cu and Cu₃Si nanoparticles are embedded inside porous silicon microspheres, forming the porous Si/Cu microsphere core. The microstructure and lithium storage performance of porous Si-Cu₃Si-Cu microsphere@C composites can be effectively tuned by changing electroless deposition time. The Si-Cu₃Si-Cu microsphere@C composite prepared with 12 min electroless deposition delivers a reversible capacity of 627 mAh g⁻¹ after 200 cycles at 2 A g⁻¹, showing an enhanced lithium storage ability. The superior lithium storage performance of the Si-Cu₃Si-Cu microsphere@C composite can be ascribed to the improved electronic conductivity, enhanced mechanical stability, and better buffering against the large volume change in the repeated lithiation/delithiation processes.     

The electronic structure and properties of Ni1−xLixO1−y (0⩽x⩽1/4, 0⩽y⩽1/8)

The electronic structures of NiO, Ni_0.875O, NiO_0.875, Ni_0.875Li_0.125O, Ni_0.875Li_0.125O_0.875 and Ni_0.75Li_0.25O_0.875 with a NaCl-type crystal structure have been calculated using the ab initio linear muffin-tin orbitals method in the LSDA+U approximation. The effect of vacancies in the metal and metalloid sublattices and lithium ions on parameters of the NiO electronic spectrum (the energy gap and the valence band widths, etc.) has been analyzed. It is shown that the defects like the dipole LiV_O and the tripole LiV_OLi impaired stability and could reduce electrical conductivity of the nickel–oxide-based phases.     

Morphological and structural evolution of Si-Cu nanocomposites by an instantaneous vapor-liquid-solid growth and the electrochemical lithiation/delithiation performances

Journal of Solid State Electrochemistry - Polymorphic Si-Cu nanocomposites of Si@Cu3Si nanowires, Si@Cu3Si nanorods, and Si@Cu3Si(Cu) nanocapsules are synthesized via the high-energy arc-discharge...     

ZnSe掺Cu与Zn空位缺陷的稳定性、电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软雁势方法, 对ZnSe闪锌矿结构本体、掺入p型杂质Cu(Zn_0.875Cu_0.125Se)及Zn空位(Zn_0.875Se)超晶胞进行结构优化处理. 计算并详细分析了缺陷体系的形成能和三种体系下ZnSe材料的态密度、能带结构、集居数、介电和吸收光谱. 结果表明: 在Zn空位与Cu掺杂ZnSe体系中, 由于空位及杂质能级的引入, 禁带宽度有所减小, 吸收光谱产生红移; 单空位缺陷结构不易形成, Zn_0.875Se结构不稳定, Cu掺杂ZnSe结构相对更稳定.     

In、Sc掺杂对SrTiO3电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法, 研究了In、Sc p型掺杂对SrTiO3母体化合物稳定性、电子结构和光学性质的影响. 计算结果表明:掺杂后, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3的稳定性降低, 体系显示p型简并半导体特征, 掺杂仅引起杂质原子近邻区域的几何结构发生变化. 同时, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系的光学带隙分别展宽0.35、0.30 eV, 光学吸收边发生蓝移, 在1.25-2.00 eV的能量区间出现新的吸收峰, 该吸收峰与体系Drude型自由载流子的激发相关. 此外, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系的可见光透过率有了明显的提高, 在350-625 nm波长范围透过率高于85%. 掺杂原子在费米能级处低的电子态密度限制了跃迁概率和光吸收. 大的禁带宽度、小的跃迁概率和弱的光吸收是SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系具有较高光学透明度的原因.     

铁磁性过渡离子掺杂对纤锌矿相硫化锌电子结构的影响

通过第一性原理计算,优化了铁磁性过渡离子掺杂的纤锌矿相硫化锌Fm0.125Zn0.875S(Fm=Fe、Co、Ni)的几何结构,计算了其电子结构,分析了其半金属性及其微观机制。结果表明:对不同的铁磁性杂质离子,Fm0.125Zn0.875S在费米面处的自旋极化率均为-100%,具有半金属性,是潜在的优质自旋注入材料。Fm0.125Zn0.875S具有较宽的自旋带隙,从而具有较高的居里温度和广泛的应用前景。Fe0.125Zn0.875S、Co0.125Zn0.875S和Ni0.125Zn0.875S的2×2×1超胞的磁矩分别为3.96μB、2.90μB和2.00μB,主要来自于铁磁性过渡离子Fe、Co和Ni离子。这3种离子的电子结构分别为eg2↑eg1↓t2g3↑,eg2↑eg2↓t2g3↑和eg2↑eg2↓t2g3↑t2g1↓。     

Size effect of lead-free halide double perovskite on luminescence property

Lead-free halide double perovskites have gathered wide scientific interest since they are environmentally friendly and stable.However,compared to the lead perovskites,their optoelectronic properties are compromised.Herein we report a series of bulk lead-free mixed Bi-In halide double perovskites:Cs_2AgBi_(1-x)In_xCl_6(0x1).The Cs_2AgBi_(0.125)In_(0.875)Cl_6breaks the parity-forbidden transition and retains direct band gap structure,having warm-white light emission,with photoluminescence quantum efficiency(PLQE)of 70.3%,much higher than the PLQE of reported lead perovskite materials.Its exciton self-trapping dynamics is investigated.Meanwhile,the Cs_2AgBi_(0.125)In_(0.875)Cl_6nanocrystals and Cs_2AgBi_(0.125)In_(0.875)Cl_6microcrystals can be synthesized by modified hot injection and rapid cooling crystallization,respectively.The size effect of Cs_2AgBi_(0.125)In_(0.875)Cl_6is studied on the photoluminescence(PL)property.Additionally,the bulk material exhibits excellent stability on exposure to light,humidity and air for more than 3 months.It is a promising candidate as highly efficient warm white-light emitting material for road lighting.     

Quantum-chemical modeling of the electronic structure and chemical bond of Sn<Subscript>0.875</Subscript>M<Subscript>0.125</Subscript>O<Subscript>2</Subscript> (M = Cr,Mn, Co)

The electronic structure of the Sn_0.875M_0.125O₂ compounds (M = Cr, Mn, Co) with a rutile structure and magnetic moments of the transition metal atoms in them were calculated by the ab initio spin-polarized linear muffin-tin orbital method. The electron density and electron localization function maps for these compounds were constructed. Based on these data, the effect of the composition of these phases on the electronic spectrum, chemical bond, and magnetic and transport properties were analyzed.     

Determination of trace inpurities high-purity aluminum oxide by inductively-coupled plasma atomic emission-spectrometry

Trace impurities (Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Na and Si) in 99.99% aluminum oxide were determined by inductively-coupled plasma atomic emission spectrometry (i.c.p./a.e.s.). The sample was fused with lithium carbonate/boric acid to determine Ca, Cu, Mg, Mn, Na and Si or dissolved in phosphoric/sulphuric acids to determine iron. Matrix effects on the calibration graphs for each element were studied: for accurate determinations, calibration solutions must contain lithium and boric acid (or aluminium and phosphoric and sulphuric acids for iron).     

Cu-SAPO-34催化剂的低温水热稳定性及其对NH3选择催化还原NOx反应性能的影响

随着柴油车数量的增加,NOx污染的控制成为了当今社会的一个重要议题,NOx可以导致酸雨,光化学烟雾以及慢性健康问题.目前,具有八元环孔口的含铜CHA型分子筛(包括Cu-SSZ-13和Cu-SPAO-34)具有优异的高温水热稳定性及宽温度范围内的活性和N2选择性,是最具有吸引力的氨选择催化还原催化剂,而且在欧洲和美国已经得到了应用.SAPO-34分子筛的一个重要缺陷就是在100 oC以下,对水较为敏感,这主要是由于Si–O–Al键的水解造成的.研究表明,在室温下接触水蒸气后,SAPO-34的结晶度和比表面积只能部分恢复,而如果长达数月甚至更长时间的接触后,分子筛将会遭受骨架坍塌等不可逆的破坏,到目前为止,Cu-SAPO-34的低温水热稳定性相关问题并未得到清楚的阐述.本文系统研究了不同铜含量和硅含量的Cu-SAPO-34催化剂的低温水热稳定性.结果显示,低温水热处理后,所有催化剂的NH3氧化活性和NH3-SCR活性(主要是低温活性)都有所下降.29Si MAS NMR结果表明,在低温水热处理过程中,骨架结构的破坏在所难免,但催化剂上铜含量的增加有助于Cu-SAPO-34的骨架结构和酸性的更好保持.EPR结果表明,当催化剂上铜含量较低时,孤立Cu2+的稳定性和SAPO分子筛骨架的稳定性呈现正相关的关系.具有较高铜含量(如3.67 wt%)的样品,尽管其骨架结构和酸性在低温水热处理过程中可以得到较好的保持,但活性Cu2+的量仍会有明显的下降.由于部分样品在低温水处理后,NH3氧化反应活性下降,我们推测CuO颗粒发生了聚结,从而抑制了催化剂的NH3氧化反应活性,N2O化学吸附实验也证实了该结论.在所有催化剂中,具有中等铜含量(1.37%)的高硅Cu-SAPO-34样品在低温水处理过程中的Cu2+量和酸性质均得到了较好的保持,所以其水处理后的NH3-SCR活性衰减最小.