层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能

室温下, 在水溶液中将铵根离子和水分子插入到商用V₂O₅纳米颗粒的层间, 制得了层状的钒青 铜[(NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O]纳米片. 该纳米片的尺寸为2~10 μm, 厚度为50~250 nm. 与商用V₂O₅纳米颗粒相比, (NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O纳米片用作锂离子电池(LIBs)的阳极材料时, 其性能得到较大提升, 包括大的可逆放电容量 (0.1 A/g时为1148 mA·h/g)、 出色的循环性能(循环70圈后在0.1 A/g时具有1002 mA·h/g的高容量)和高倍率性能(在0.1 A/g时具有1070 mA·h/g的可逆性能). 研究结果表明, (NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O纳米片可以作为锂离子电池优良的阳极材料, 也有望应用于其它(如钠离子电池和锌离子电池等)可再充电电池.     

二维配位聚合物衍生的氮掺杂碳/氧化锌纳米复合材料作为高性能的锂离子电池负极材料

通过一步煅烧二维锌基配位聚合物[Zn(tfbdc)(4,4′-bpy)(H_2O)_2](H_2tfbdc=四氟对苯二甲酸;4,4′-bpy=4,4′-联吡啶),制备了氮掺杂碳/氧化锌复合纳米粒子(ZnO-N-C)。作为锂离子电池的负极材料,ZnO-N-C电极具有高的可逆容量,优异的循环稳定性和较好的倍率性能。在50 mA·g~(-1)的电流密度下,50次循环后ZnO-N-C电极仍有611 mAh·g~(-1)的可逆容量。     

硫/石墨烯气凝胶的绿色可控制备及锂硫电池性能

以氧化石墨烯(GO)为碳前驱体,H_2O_2作为绿色氧化剂,H_2S为还原剂和硫源,水热法制备了硫含量可控的硫/石墨烯气凝胶。通过调控加入到GO溶液中H_2O_2的用量使复合物中硫的质量分数在64%～84%间变动。将硫/石墨烯气凝胶用于锂硫电池正极材料,硫质量分数为70%的复合物表现了较好的锂硫电池性能,在0.1 A/g的电流密度下,其放电比容量可达1290 mA·h/g,在1.0 A/g的电流密度下循环100次,其比容量从385 mA·h/g逐渐降低到275 mA·h/g,保持率为71.4%,表现了较好的循环稳定性。该方法将有毒的H_2S用H_2O_2氧化成单质硫,同时H_2O_2被还原成H_2O,此过程中没有产生任何污染物,实现了硫/石墨烯气凝胶的绿色制备。     

原位相分离合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料及其储钠性能

钠具有资源丰富、成本低廉等优势,因此钠离子电池被认为是未来替代锂离子电池的最佳候选者之一。然而,寻找合适的电极材料是当前制备高性能钠离子电池面临的难题之一。在众多候选材料中,钒酸盐材料通过引入阳离子增加钒的配位数,使得材料结构的稳定性得到提高,从而改善了钠离子电池的电化学性能。本文研究了一种原位相分离法合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对电极材料形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料相对于V2O5纳米线材料,结构更加稳定,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,初始放电容量由295.4 m Ah·g~(-1)提升到342 m Ah·g~(-1),循环100圈容量保持率由26.6%提高到65.8%,获得了更加优异的倍率性能(在1.0 A·g~(-1)电流密度下,容量由44 m Ah·g~(-1)提高到160 m Ah·g~(-1))。因此,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料的研究为开拓新型高性能钠离子电池负极材料拓宽了思路。     

Syntheses and Structures of Three Hybrid Materials Using Vanadium Polyoxoanions and Macrocyclic Copper Complex as Building Blocks

The reactions of the four-coordinated macrocyclic copper complex [CuL](ClO_4)_2(L = 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane) with NH_4VO_3 under different conditions gave three inorganic-organic hybrid materials of [CuL][VO_3]_2·2.33H_2O(1), [CuL]_3[V_(10)O_(28)]·8H_2O(2) and [Cu L]3[V_6O_(18)]·8H_2O(3). Single-crystal X-ray diffraction analyses reveal that three diverse vanadium polyoxoanions, [V_6O_(18)]6- ring, [V_(10)O_(28)]6- cluster, and [V_(12)O_(35)]~(10-) ring, were isolated from the same reactant NH_4VO_3 under different conditions. The [CuL]~(2+) bridges the [V10O28]6- clusters to form a two-dimensional sheet in 2, and link the [V_6O_(18)]~(6-) rings in 1 and [V_(12)O_(35)]~(10-) rings in 3 into three-dimensional frameworks, respectively.     

碳酸盐共沉淀法可控制备超高倍率锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2

采用碳酸盐共沉淀法通过调节NH_3·H_2O用量来实现可控制备超高倍率纳米结构LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料。NH_3·H_2O用量会对颗粒的形貌、粒径、晶体结构以及材料电化学性能产生较大的影响。X射线衍射(XRD)分析和扫描电镜(SEM)结果表明,随着NH_3·H_2O用量的降低,一次颗粒形貌由纳米片状逐渐过渡到纳米球状,且nNH_3·H_2O∶(nNi+nCo+nMn)=1∶2样品晶体层状结构最完善、Li~+/Ni~(2+)阳离子混排程度最低。电化学性能测试结果也证实了nNH_3·H_2O∶(nNi+nCo+nMn)=1∶2样品具有最优异的循环稳定性和超高倍率性能。具体而言,在2.7~4.3 V,1C下循环300次后的放电比容量为119 m Ah·g~(-1),容量保持率为81%,中值电压基本无衰减(保持率为97%)。在100C(18 Ah·g~(-1))的超高倍率下,放电比容量还能达到56 m Ah·g~(-1),具有应用于高功率型锂离子电池的前景。此NH_3·H_2O比例值对于共沉淀法制备其他高倍率、高容量的正/负极氧化物材料具有一定的工艺参考价值。     

一步法高效制备纳米Si/C复合材料及其在高性能锂离子电池中的应用

开发了一种一步高效合成纳米硅/碳复合材料的新方法, 该方法通过球磨SiCl₄、 Mg₂Si和商业碳片, 使SiCl₄自下而上还原, 原位形成的纳米硅均匀生长在碳片上, 高效制备了纳米硅与碳片均匀复合物(Nano-Si/C). 该Nano-Si/C用作锂离子电池负极材料展现出高的可逆储锂容量(2450 mA·h/g)、 良好的倍率性能及优异的长循环稳定性, 在2 A/g电流密度下, 经过600次循环后, 容量仍然稳定在1400 mA·h/g. 其突出的电化学性能主要归因于小尺寸纳米硅与碳片均匀复合的纳米结构, 在循环嵌锂/脱锂过程中仍能保持结构和电化学性质的稳定性.     

电化学法改性阳极对MFC性能的影响

采用不同质量分数的NH_4NO_3和(NH_4)_2S_2O_8溶液作为电解液,对双室微生物燃料电池的阳极炭布进行改性。以餐厨废水作为阳极底物,以K_3[Fe(CN)_6]和NaCl混合溶液为阴极液,考察不同电解液改性阳极条件下微生物燃料电池的产电性能及污水处理效果。结果表明,采用NH_4NO_3或(NH_4)_2S_2O_8改性炭布作为阳极的微生物燃料电池的发电性能和水处理效果均有改善。其中,采用质量分数为4%的(NH_4)_2S_2O_8溶液作为阳极改性电解液时,微生物燃料电池系统的产电性能达到最佳,其稳态电流密度约为60 m A/m~2,COD去除率约为42.5%。     

5V锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的低温燃烧法合成及性能研究

以IANO_3、Ni(NO_3)_2·6H_2O、Mn(NO_3)_2和CO(NH_2)_2为原料,采用低温燃烧法成功合成了5V锂离子电池正极材料LINi_(0.5)Mn_(15)O_4.通过XRD、SEM、循环伏安和恒电流充放电实验对合成样品进行了表征.结果表明,在850℃合成的正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有立方尖晶石结构,规则的八面体晶形,粒度适中,比较均匀.合成产物具有良好的电化学性能,其充放电电压平稳,放电平台高达4.7V,4V放电平台几乎消失;放电容量达到124.92mAh/g,50次循环后放电容量仍可达到120.84mAh/g.     

Cationic ring-opening polymerization of tetrahydrofuran with Keggin-type heteropolycompounds as solid acid catalysts

<正>Three Keggin-type heteropolyanions,namely H_3PMo_(12)O_(40)·13H_2O,(NH_4)_3PMo_(12)O_(40)·4H_2O and H_3PW_(12)O_(40)·13H_2O were prepared and tested in the ring-opening polymerization reaction of tetrahydrofuran.The effects of the counter-cation (H~+,NH_4~+) and the peripheral atoms(Mo,W) on the polymerization were investigated.It has been found that when the protons of H_3PMo_(12)O_(40)·13H_2O were replaced by the ammonium cations the polymerization rate decreased dramatically. Whereas,when the peripheral atoms(Mo) were replaced by their homologous(W),the polymerization rate increased twofold.As for the viscosity average molecular weight(M_v) of polymer products,it was found that the high molecular weight(7930) was obtained by using H_3PW_(12)O_(40)·13H_2O.The molecular weight(M_v) obtained by H_3PMo_(12)O_(40)·13H_2O and (NH_4)_3PMo_(12)O_(40)·4H_2O was 6470 and 6810,respectively.     

中温固体氧化物燃料电池高氧电催化活性BaCe_(0.5)Fe_(0.4)Co_(0.1)O_(3-δ)阴极材料的研制

以Ba(NO_3)_2, Ce(NO_3)_3·6H_2O, Fe(NO_3)_3·9H_2O, Co(NO_3)_2·6H_2O等为原料,通过EDTA-柠檬酸法合成出BaCe_(0.5)Fe_(0.4)Co_(0.1)O_(3-δ)(BCFC)阴极粉体,并制得烧结体,对BCFC粉体和烧结体的相组成,微观组织和氧还原过程等进行测试分析;以BCFC作阴极, Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ)(SDC)为电解质,NiO-SDC为阳极,组装对称电池和单电池,并进行电化学性能测试分析。实验结果表明:所合成的BCFC粉体原位产生BaCe_(0.15)Fe_(0.75)Co_(0.1)O_(3-δ)和BaCe_(0.85)Fe_(0.05)Co_(0.1)O_(3-δ)两相; BCFC在700℃时的表面氧交换系数(K_(chem))为3.8×10~(-4) cm·s~(-1)。对称电池在600℃的比表面电阻(ASR)为0.819Ω·cm~2,400 h长期性测试和10次热震循环试验后, ASR保持在1.6Ω·cm~2左右;单电池在700和650℃时的最大功率密度分别为290和204 mW·cm~(-2),对应的开路电压分别为0.80和0.82 V。初步研究结果表明BCFC应用于中温固体氧化物燃料电池具有良好的电化学性能和稳定性。     

物理化学应用问题参考解答

1.[解] 负极反应 Zn-2e=Zn~(2+) E°_1=-0.762V 正极反应 O_2+4H~++4e=2H_2O E°_+=1.299V 电池结构 Zn/Zn~(2+),H~+,O_2;H_2O/Pt 电池反应 2Zn+2H_2O→2Zn~(2+)+4H~++O_2 电池电动势 E°=E°~+-E°_-=1.299-(-0.762)=2.061V (即在标准状态下的可逆电动势)     

共价有机骨架在高性能锂离子电池负极材料中的应用

通过缩合聚合反应制备了两种热稳定性高、结晶性好和比表面积大的共价有机骨架(COF-1, COF-2)材料.将它们作为锂离子电池(LIBs)负极材料时,均表现出较高的可逆容量(经过150次循环后,COF-1和COF-2的充电比容量分别为484和327 mA·h/g)、出色的倍率性能(2和10 A/g电流密度下, COF-1和COF-2的可逆容量分别为296, 180 mA·h/g和265, 166 mA·h/g)、超大电流密度下的工作能力(5 A/g电流密度下循环2000次,COF-1和COF-2的充电比容量分别为572和332 mA·h/g)以及极端温度下的运行性能(50和-15℃环境中循环40次后,COF-1和COF-2的充电比容量分别为2101, 218 mA·h/g和1760, 172 mA·h/g).两种COF均具有随着充放电的持续进行,电化学活性基团被激活的能力, COF-1和COF-2在不添加导电剂的情况下循环400次,充电比容量分别从23和16 mA·h/g增长到45和31 mA·h/g;通过对实验数据的分析,证明了在大电流密度以及高温环境等能使离子扩散速率加快的条件下,...     

三维交联石墨烯纳米纤维的合成及储锂性能

以氧化石墨烯为原料, 高温下自组装得到高结晶的三维交联石墨烯纳米纤维. 扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测结果表明, 三维石墨烯纳米纤维为实心结构, 直径小于100 nm, 石墨烯片层有序排列卷曲, 具有较高的结晶度. 电化学性能研究结果表明, 该纳米纤维作为锂离子电池负极材料时, 展现出较高的首次库仑效率(72.4%)与储锂容量(0.1C倍率下容量为692.7 mA·h/g)、 良好的倍率性能(20C倍率下容量为373.3 mA·h/g)及优异的循环稳定性(1000次循环后容量保持率为84.1%).     

磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的制备及表征

通过三聚氰胺甲醛树脂(MR)中的羟基与石墨烯氧化物(GO)中的羧基发生的沉淀反应来制备功能化的氧化石墨烯前驱体,然后利用溶胶-凝胶及高温热处理方法制备磷酸钒锂/石墨烯复合材料,利用此材料制备了电池电极,并对电极材料进行了结构和电化学表征。结果表明,所得磷酸钒锂为单斜晶系结构,石墨烯堆叠程度显著降低,也有效避免了磷酸钒锂颗粒的团聚,提高了材料的电化学性能。电池的充放电曲线极化较小,在3.0~4.3 V的区间内20 C倍率仍有86 mA·h/g的可逆容量。0.1 C循环100次后容量为119.7 mA·h/g,容量保持率94%。在3.0~4.8 V的高电压区间,10 C倍率下可逆容量80 mA·h/g,0.1 C循环100次后仍有145.6 mA·h/g的可逆容量。优异的循环和倍率性能以及较低的碳含量符合锂离子正极材料实用的要求。     

Co(OH)2/Ni(OH)2复合电极材料制备及其超级电容性质

以Co(NO_3)_2·6H_2O和Ni(NO_3)_2·6H_2O为钴源和镍源,采用溶剂热法一步合成了Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,通过煅烧该复合材料可得到NiCo_2O_4。采用XRD、SEM、BET等对材料进行了表征,结果表明,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料是薄片组成的花状形貌,比表面积为37. 48m~2/g。电化学性能测试表明,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料比NiCo_2O_4具有更高的比电容值和容量保持率。在0. 5A/g的电流密度下,复合材料比电容值可达到1097. 8F/g,而NiCo_2O_4比电容值仅为86. 1F/g。因此,与煅烧后的NiCo_2O_4材料相比,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料具有更加优良的电化学性能,这为高性能超级电容器材料的制备提供了一个新思路。     

二氧化硅/木质素多孔碳复合材料的制备及作为锂离子电池负极材料的性能

将来源于造纸黑液中的碱木质素(AL)通过水热反应与纳米二氧化硅(SiO_2)复合,制备了二氧化硅/季铵化碱木质素复合物(SiO_2/QAL),再经过碳化和酸洗后得到二氧化硅/木质素多孔碳复合材料(SiO_2/PLC).形貌与结构表征结果表明,SiO_2/PLC的比表面积达到1069 m~2/g,具有平均孔径约20 nm的介孔结构.二氧化硅纳米颗粒均匀分散在三维网络结构的木质素多孔碳内部.电化学性能测试结果表明,SiO_2/PLC作为锂离子电池负极材料具有良好的倍率性能和循环性能,在100 mA/g电流密度下经过100周循环后放电比容量为820 mA·h/g,在5 A/g大电流密度下嵌锂容量达到235 mA·h/g.     

中空分级结构Fe3O4@C/rGO复合材料的合成及其储锂性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,Fe(NO_3)_3·9H_2O、异丙醇、甘油为原料,通过溶剂热法和后续热处理过程2步合成了Fe_3O_4@C/rGO复合材料,实现了碳包覆的Fe_3O_4纳米粒子自组装形成的分级结构空心球在氧化石墨烯片上的原位生长。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒流充放电等手段分析了材料的物理化学性能与储锂性能。结果表明,该复合材料在5.0 A·g~(-1)的电流密度下,仍有437.7 mAh·g~(-1)的可逆容量,在1.0 A·g~(-1)下循环200圈后还有587.3 mAh·g~(-1)的放电比容量。这主要归因于还原态氧化石墨烯(rGO)对碳包覆Fe_3O_4分级空心球整体结构稳定性和导电性的提高。     

K_7[Cu(H_2O)W_(11)AlO_(39)]/PANI/V_2O_5复合材料制备、表征及光催化

本文采用直接合成法合成了K_7[Cu(H_2O)W_(11)AlO_(39)]/PANI/V_2O_5,又采用化学氧化法制得了PANI/V_2O_5,然后通过静电自组装法制得新的复合材料K_7[Cu(H_2O)W_(11)AlO_(39)]/PANI/V_2O_5/PANI/V_2O_5。并采用XRD、氮气吸附、FT-IR、SEM、UV、XPS手段进行表征。实验结果表明:K_7[Cu(H_2O)W_(11)AlO_(39)]/PANI/V_2O_5已与PANI/V_2O_5复合,并且保持杂多酸原有Keggin结构。以K_7[Cu(H_2O)W_(11)AlO_(39)]/PANI/V_2O_5/PANI/V_2O_5为催化剂降解亚甲基蓝,考察其光催化活性。确定最佳反应条件:亚甲基蓝溶液初始浓度为12 mg/L、pH=2、催化剂K_7[Cu(H_2O)W_(11)AlO_(39)]/PANI/V_2O_5/PANI/V_2O_5的用量为0.02g。在最佳条件下,亚甲基蓝的脱色率最高可达92.9%。     

Na_2Ti_3O_7纳米片原位制备与钠离子电池负极材料应用（英文）

报道了Na_2Ti_3O_7纳米片的原位生长和钠离子电池负极材料的应用。通过简单的腐蚀市售的钛片制备出相互连接的微纳结构的Na_2Ti_3O_7纳米片。此外,腐蚀后的钦片在不用添加导电剂或粘结剂的情况下,可以直接作为电极材料使用。这种电极材料表现出优越的电化学性能,在50 mA·g~(-1)的电流密度下具有175mAh·g~(-1)的可逆容量,在2000mA·g~(-1)的电流密度下循环3000周后,其容量仍保持120 mAh·g~(-1),容量保持率为96.5%。Na_2Ti_3O_7纳米片电极的优越电化学性能归因于二维结构具有较短的离子/电子扩散路径以及无粘结剂结构能有效的增加电极的电子传导能力。结果表明,这种微纳结构能够有效地克服Na_2Ti_3O_7作为电极材料离子/电子导电性差的缺点。因此,这种无粘结剂结构的Na_2Ti_3O_7纳米片负极材料是一种很有潜力的钠离子负极材料。