N掺杂MnO2/碳布复合材料的制备及储锂性能

采用碳布（CC）为柔性基底,通过水热法制备了MnO₂/CC及N掺杂MnO₂/CC无黏结剂负极材料,借助X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积测试和恒电流充放电对材料进行了结构表征及电化学性能测试。结果表明N掺杂MnO₂/CC具有良好的倍率性能和循环稳定性。在0.1 A·g^-1的电流密度下,其首次充电比容量为948.8 mAh·g^-1,经过不同倍率测试后电流密度恢复至0.1 A·g^-1时仍然保持有907.9 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率为95.7%。在1 A·g^-1的大电流密度下,其首次充电比容量为640.3 mAh·g^-1,循环100次后仍然保持有529.9 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率为82.8%,可逆比容量远高于商用MnO₂。     

扫帚状氧化铈制备及其对Pt基阳极催化剂催化性能的影响

采用水热合成法,合成了比表面积为175 m²·g^-1,孔径在2~4nm范围内的扫帚状CeO₂。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO₂/RGO催化剂,探究扫帚状CeO₂的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）对所制备的CeO₂及催化剂进行表征。利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明,催化剂中CeO₂保持原有扫帚状,Pt纳米粒子均匀分布于石墨烯载体表面;当m_RGO∶m_CeO2=1∶2时,添加了扫帚状CeO₂的Pt-CeO₂/RGO催化剂的电催化性能最优,电化学活性表面积为102.83 m²·g^-1,对乙醇氧化的峰值电流密度为757.17 A·g^-1,1 000 s的稳态电流密度为108.17 A·g^-1,对乙醇催化氧化反应的电荷转移电阻最小,活化能最低。     

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。     

锌镍铝水滑石微球的制备及吸附性能

以Zn（NO₃）₂·6H₂O、Ni（NO₃）₂·6H₂O、Al（NO₃）₃·9H₂O和尿素为原料,采用一步水热法制备分散性良好的三元锌镍铝水滑石（ZnNiAl-LDHs）微球。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶转换红外光谱（FTIR）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）和氮气吸附-脱附等测试手段对样品的结构和形貌进行表征,并比较ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs对甲基橙（MO）的吸附性能。结果表明,ZnNiAl-LDHs是由纳米片组成、具有3D结构的微球,粒径为1~2.5 μm,比表面积为156 m²·g^-1,远大于ZnAl-LDHs的比表面积38 m²·g^-1;ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs对甲基橙的饱和吸附量分别为329.60和143.47 mg·g^-1,ZnNiAl-LDHs表现出更强的吸附能力,其吸附等温线和吸附动力学分别符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型。     

碳包覆LiFe0.5Co0.5PO4固溶体正极材料的制备及其电化学性能

分别以四水磷酸铁（FePO₄·4H₂O）和二水草酸亚铁（FeC₂O₄·2H₂O）为铁源,采用简单便捷的流变相法制备了碳包覆LiFe_0.5Co_0.5PO₄固溶体材料（LiFe_0.5Co_0.5PO₄/C,简称为LFCP/C）。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、恒流充放电等测试手段对复合材料的物相、形貌结构和电化学性能进行了表征和测试。结果表明,2种铁源得到的材料均为橄榄石晶型结构且结晶度良好,二者在颗粒尺寸分布、碳包覆效果和电化学性能方面具有显著的差别。用作锂离子电池正极材料时,以FeC₂O₄·2H₂O为原料得到的LFCP/C具有更优异的电性能：在2.5~5.0 V电压范围内,0.1C倍率下（1C=150 mA·g^-1）,放电比容量为137.5 mAh·g^-1,在10C仍具有57.6 mAh·g^-1的放电比容量;0.5C循环100次后容量仍保持78.1%。该样品更佳的电化学性能主要得益于其更小的平均颗粒尺寸,更高的比表面积和理想的碳包覆效果。     

从SiCl4合成多孔硅/碳复合材料及储锂性能研究

以Li₁₃Si₄和SiCl₄为原料,通过简单的机械球磨法合成多孔硅/碳复合材料,通过控制Li₁₃Si₄颗粒的尺寸可以有效调节产物的比表面积。分别研究了包覆碳含量、多孔硅/SuperP(导电碳)比表面积以及极片活性物质负载量对多孔硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明:多孔硅/SuperP比表面积为100.9m₂·g^-1,化学气相沉积(CVD)包覆碳含量为25.3wt%(约6nm厚)的复合材料具有最高的电化学活性,在300mA·g^-1的电流密度下,循环可逆比容量达到1900mAh·g^-1,50次循环后容量仅衰减7.6%。     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl2为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl2活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75-Zn的比电容为344 F·g^-1,而CSi-1.75的比电容仅为255 F·g^-1。这表明碳材料的比表面积对超级电容性能影响最大,而孔体积影响较小。电容贡献分析结果表明,相对于CSi-1.75,CSi-1.75-Zn的双电层电容和赝电容都得到了提高,这表明更大的比表面积和更多的吡啶氮和吡咯氮有利于提高碳材料的超级电容性能。     

用于高性能锂硫电池的二维氮硫共掺杂多孔碳纳米片的快速合成

本工作基于工业炼油产品沥青,开发了一种无金属、氮和硫共掺杂多孔碳纳米片（NSPC）的合成方法。获得的多孔碳纳米片具有高比表面积（339 m²·g^-1）和优异的固硫能力。同时,高含量氮、硫共掺杂可以有效增强碳材料的导电性,同时促进多硫化物的高效催化转化。通过熔融法固硫后,制备得到的NSPC/S电极具有较高的比容量和优异的循环稳定性（在0.6C电流密度下,200次循环后容量为762 mAh·g^-1）,实现了高含量氮和硫共掺杂的二维多孔碳材料的快速批量生产并用于高性能锂硫电池正极材料。     

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。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·L^-1 KOH 为电解液的三电极体系中,当电流密度为 0.5 A·g^-1时,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

常温合成硫掺杂微孔碳及其二氧化碳的吸附性能

常温下以间苯三酚和3-甲醛苯并噻吩作为原料,一步法合成了含硫酚醛树脂。在氩气保护下碳化,成功制备出了硫掺杂多孔碳(S-PC)。并利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附仪对材料进行了形貌、结构和性能的表征。实验结果表明,所得样品具有较高比表面积和大量的微孔,经过调控,可以使制备的硫掺杂多孔碳的BET比表面积达到997 m2·g~(-1),并使其微孔孔体积达到0.44 cm3·g~(-1)。得益于较高的比表面积以及其富含微孔的特性,当材料应用于二氧化碳吸附时,具有较高的CO2吸附量,在273和298 K时分别高达5.13,3.22 mmol·g~(-1),并具有良好的选择性。     

Synthesis of high surface area nanometer magnesia by solid-state chemical reaction

Nanometer MgO samples with high surface area, small crystal size and mesoporous texture were synthesized by thermal decomposition of MgC₂O₄ · 2H₂O prepared from solid-state chemical reaction between H₂C₂O₄ · 2H₂O and Mg (CH₃COO)₂ · 4H₂O. Steam produced during the decomposition process accelerated the sintering of MgO, and MgO with surface area as high as 412 m² · g⁻¹ was obtained through calcining its precursor in flowing dry nitrogen at 520°C for 4 h. The samples were characterized by X-ray diffraction, N₂ adsorption, transmission electron microscopy, thermogravimetry, and differential thermal analysis. The as-prepared MgO was composed of nanocrystals with a size of about 4–5 nm and formed a wormhole-like porous structure. The MgO also had good thermal stability, and its surface areas remained at 357 and 153 m²·g⁻¹ after calcination at 600 and 800°C for 2 h, respectively. Compared with the MgO sample prepared by the precipitation method, MgO prepared by solid-state chemical reaction has uniform pore size distribution, surface area, and crystal size. The solid-state chemical method has the advantages of low cost, low pollution, and high yield, therefore it appears to be a promising method in the industrial manufacture of nanometer MgO. Translated from Chinese Journal of Catalysis, 2006, 27(9): 793–798 (in Chinese)     

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)。     

不同碳源对多孔球形LiFePO4/C复合材料的影响

采用喷雾干燥-碳热还原法(SDCTM),分别研究了无机和有机碳源对锂离子正极材料LiFePO4/C形貌、结构及其充放电性能的影响。结果表明:以无机碳源炭黑制备的LiFePO4/C呈不规则球形,一次颗粒粒径在800nm左右,比表面积为2m2·g-1,0.1C放电比容量为107.3mAh·g-1。而以有机碳源制备的LiFePO4/C,其形貌较为规则,呈多孔球形结构,具有较高的比表面积和放电比容量。其中,以柠檬酸为碳源制备的多孔球形LiFePO4/C复合材料,其孔径均在50nm左右,比表面积可达32m2·g-1;在室温下,0.1C和10C首次放电比容量分别为158.8和87.2mAh·g-1,具有优异的循环性能和高倍率充放电性能。     

多孔有机骨架:基于傅氏烷基化反应的合成与气体吸附性质

通过傅氏烷基化反应成功地合成了基于四苯锗烷构筑单元的多孔有机骨架材料PAF-9。用红外光谱,粉末X射线衍射,固体核磁共振,热重分析和低温氮气吸附-脱附表征了PAF-9材料的微结构与孔道性质。表征数据表明PAF-9具有非常高的热稳定性和化学稳定性,同时具有较高的比表面积。该PAF材料的BET比表面积为334 m²·g^-1。此外,得到的PAF材料对二氧化碳具有较好的吸附能力。     

快离子导体LiTi2(PO4)3在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的原位反应包覆及其电化学性能

通过原位反应法,利用富镍层状金属氧化物LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（LNCM811）正极材料表面残余的氢氧化锂和碳酸锂,与C₈H₂₀O₄Ti和（NH₄）H₂PO₄反应,在LNCM811表面原位生成快离子导体LiTi₂（PO₄）₃（LTP）包覆层。这种原位反应的包覆方法有利于移除LNCM811表面有害的残留物氢氧化锂和碳酸锂。而且,获得的LTP均匀包覆层不仅可以有效地抑制LNCM811表面和电解液的直接接触及其副反应,还可以确保充放电循环过程中LNCM811正极材料的快速Li⁺传导。因此,在LTP包覆层的多重作用下,LTP包覆的LNCM811正极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能：在0.2C时,首次放电比容量高达200.6 mAh·g^-1,200圈后的可逆容量依然有155.7 mAh·g^-1;在2C和5C的高电流密度下,200圈后的可逆容量仍然有126.4和111.9 mAh·g^-1。     

GO/ZIF-67模板制备rGO/NiCo2S4及高性能不对称超级电容器

以氧化石墨烯(GO)为基底,在GO表面原位生长ZIF-67并作为模板,经硝酸镍刻蚀、碳化、水热硫化制得rGO/NiCo_2S_4复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征复合材料的结构与形貌。随后将rGO/NiCo_2S_4复合材料制成正极材料,测试其电化学性能,测试结果显示:rGO/NiCo_2S_4-1.5 h电极材料在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比电容值高达1 577 F·g~(-1),当电流密度达到10 A·g~(-1)时,倍率性能为86.4%,在10 A·g~(-1)的电流密度下循环2 000次后,电容保持率为76.9%。另外,在6 mol·L-1KOH电解液中,由AC//rGO/NiCo_2S_4-1.5 h组成的不对称电容器在功率密度为723 W·kg~(-1)时,能量密度为33 Wh·kg~(-1);在高功率密度为7 277 W·kg~(-1)时,能量密度仍保持为23 Wh·kg~(-1)。     

多孔朵状Fe_3O_4纳米微球的制备及其性能研究

<正>众所周知,纳米材料的尺寸大小、晶型、形貌构型等结构特征对材料的化学物理性能有重要的影响[1],由于特殊形貌的新材料所具有独特、新颖、高效的化学物理等方面的性质以及在众多领域中的潜在应用[2],特别是3D花状空心纳米结构新物质[3-4],新形貌物质的纳米材料的制备方法和应用特性已经吸引了世界上材料领域的广泛兴趣和关注[5]。目前为止,合成3D纳米结构的方法有自组装法、三维导向连接法以及水热法等,即通过使用有     

基于1,1’-二苯乙炔-3,3’,5,5’-四羧酸微孔铜配位聚合物的合成和气体吸附性质

本文报道了配合物[Cu2(EBTC)(H2O)2]·8H2O·DMF.DMSO(1,EBTC=1,1′-二苯乙炔-3,3′,5,5′-四羧酸根;DMF=N,N-二甲基甲酰胺;DMSO=二甲基亚砜)的合成、晶体结构和吸附性质。1拥有内径为0.85 nm和0.85 nm×2.15 nm的两种孔洞,分别被6个和12个四羧酸根桥联的[Cu2(CO2)4]螺旋桨式结构围绕,并被EBTC连接成三维超分子结构,该结构拥有可容纳溶剂分子的一维孔道。1为(3,4)-连接的fof(sqc1575)拓扑结构,具有非常大的孔体积,其值高达单位晶胞体积的72.8%。去除溶剂分子后的1a表现出永久孔性,其Langmuir表面积为2844 m2·g-1,BET表面积为1 852 m2·g-1。它对H2、CO2、CH4和C2H2具有可观的气体吸附量和相对较高的吸附焓。特别是,在迄今所有已报道的孔性金属-有机材料中,1a在273 K、1.0×105Pa下,表现出最高的乙炔吸附量(252 cm3·g-1)和很高的吸附焓(吸附量为1 mmol·g-1时的吸附焓为34.5 kJ·mol-1)。