锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及其电化学性能

以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2(2)和Li2CO3为原料,在空气气氛中,经过高温热处理工艺制备了高结晶度的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(1)。正交试验确定最佳工艺条件为:2 0.3 mol,n(Li):n(2)=1.2,于950℃反应13 h。电化学性能研究结果表明,在2.7 V～4.6 V,电流密度16 mA.g-1时,1的首次放电比容量为203.4 mAh.g-1;经16 mA.g-1循环2次,32 mA.g-1循环9次,80 mA.g-1循环20次后放电比容量为164.1 mAh.g-1。     

新型石墨化氮化碳/锡/氮掺杂碳复合物的制备及储钠性能

钠离子电池锡负极因具有较高的理论容量(847 mA·h/g)、 高电导率和合适的工作电位而备受关注. 但锡基负极材料在循环过程中会发生巨大的结构变化, 进而导致活性材料粉化失活和比容量的快速下降. 本文成功制备了基于石墨氮化碳(g-C₃N₄)、 聚多巴胺衍生的氮掺杂碳(NC)和Sn纳米颗粒的复合物(g-C₃N₄/Sn/NC), 其中Sn纳米颗粒包埋在石墨氮化碳和氮掺杂碳中. 在此多层分级结构中, g-C₃N₄和NC的引入可以显著加速电子/离子的传输及电池反应动力学, 从而有助于Sn和钠离子之间的合金化反应; 此外, 这种复合结构有助于保持电极材料的结构稳定性, 进而可以获得优异的储钠性能. 作为钠离子电池负极材料, g-C₃N₄/Sn/NC在0.5 A/g电流密度下经历100次循环, 可逆容量可以达到450.7 mA·h/g; 在1.0 A/g电流密度下, 比容量为388.3 mA·h/g; 此外, 在1.0 A/g电流密度下, 经过400次循环后其比容量依旧能达到363.3 mA·h/g.     

离子交换法合成纳米级锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)

用钛酸纳米管和LiOH溶液进行离子交换法得到了水合钛酸锂前驱体,进而在不同温度热处理制备了Li4Ti5O12。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热分析(TG-DSC)和恒电流充放电测试对反应产物进行了研究。结果表明所得前驱体在500～700℃热处理可得到纳米结构的纯相Li4Ti5O12。所得Li4Ti5O12的可逆容量约为160mAh·g-1,循环稳定性随热处理温度的提高而增强,并因具有较短的锂离子扩散距离表现出极佳的倍率性能,在1600mA·g-1(约10C)的电流密度下放电下还保持140mAh·g-1的容量。     

二维层状氮化二钙作为钠离子电池负极材料

以Ca₃N₂为前驱体,用高温热解法制备了2D层状结构Ca₂N 并用X射线和扫描电镜对Ca₂N的组成、结构和形貌进行了表征。 作为钠离子电池新型负极材料,在50 mA/g电流密度充放电,首次放电比容量可达584 mA·h/g,可逆比容量达180 mA·h/g。在2000 mA/g大电流密度下,仍有70 mA·h/g。     

纳米钙钛矿型LaFe1-xNixO3(x=0~1.0)的制备及其在紫外光激发下的电化学性能

本文采用溶胶-凝胶法制备了LaFe1-xNixO3(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)纳米晶粉末,利用XRD、TEM和电化学测试方法对LaFe1-xNixO3材料的相结构、形貌、成分组成和其在碱液中的充放电性能以及电化学动力学性能等方面进行了表征和分析,同时对电极受紫外光激发前后的电化学行为进行了对比研究。XRD和TEM分析表明,用硝酸盐作为原材料和溶胶-凝胶方法可制备出单一相结构的纳米晶钙钛矿型LaFe1-xNixO3复合氧化物,随Ni替代量x的增大,LaFe1-xNixO3的相结构由正交结构向菱面体结构转变,其分子体积和晶粒尺寸呈现减小的趋势。电化学研究结果表明,紫外光激发前,LaFe1-xNixO3电极的放电容量随x的增加而逐渐增大;光激发后,电极的放电容量和交换电流Io与未激发前相比显著提高,当x=0.4时其放电容量具有最大值483.1mAh·g-1,Io值由光激发前的3.54～11.58 mA·g-1大幅增加至激发后的8.37～40.11 mA·g-1。     

EDTA辅助合成Li_2MnSiO_4/C纳米复合锂离子电池正极材料及性能

以乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂,采用溶胶凝胶和溶剂热法相结合的方法合成了Li2MnSiO4/C纳米复合正极材料。经过EDTA配位的锂锰硅前驱体在氩气中经过700℃煅烧后,产生为颗粒尺寸约为50 nm的Li2MnSiO4/C纳米复合粉体。在0.1C=33mA·g-1进行充放电测试时,其首次充电和放电比容量分别为223和140 mAh·g-1,第5次循环放电比容量仍为138 mAh·g-1;电流密度升至0.2C=66 mA·g-1时,在第20次循环的放电比容量仍可稳定在80 mAh·g-1左右。这些结果表明,EDTA的配位作用可抑制杂相的形成,这种分散性相对较好的纳米复合粉体Li2MnSiO4正极材料表现出提高的循环稳定性。     

原位合成氧化镍硼/石墨炔杂化材料用于提高光/电催化产氢性能

当今世界面临严峻的能源紧缺和环境污染问题,发展高效无污染的清洁能源替代传统化石能源成为近几十年科研工作者的研究热点.其中,氢能由于具有高燃烧值和产物无污染等优点成为理想的替代能源.光/电催化水分解产生氢气是最有效的制氢方法之一.目前,高活性的产氢催化剂仍以贵金属为主,但贵金属价格高昂和稀缺性等限制了其大规模应用,因此,开发和设计廉价、高效的非贵金属产氢催化剂变得尤为重要.为了提高非贵金属催化剂的催化活性,基于非贵金属的复合材料的构建被广泛研究.例如,通过非贵金属和碳材料的复合,能够提高比表面积和电子传输速率,优化活性位点的电子结构,从而提高催化活性.石墨炔(GDY)作为一种新兴碳材料,由sp²-和sp-杂化碳共同组成.由于GDY具有高度π共轭结构,大的比表面积和独特的双炔键,可作为载体与非贵金属离子相互作用形成复合材料,制备高效产氢催化剂.基于此,本文在室温下原位合成了强耦合相互作用的氧化镍硼/石墨炔(NiBi/GDY)催化剂,并将其应用于光/电催化产氢反应.在光催化产氢反应中,采用曙红为光敏剂,三乙醇胺为牺牲剂,可见光下NiBi/GDY的光催化产氢速率可达4.54 mmol g^-1h^-1,产氢速率分别是氧化镍硼/石墨烯(NiBi/graphene)和NiBi的2.9倍和4.5倍.此外,NiBi/GDY在1.0 M KOH溶液中也表现出良好电催化产氢性能,电流密度为400 mA/cm²时其过电位为478.0 mV,低于商业铂碳(505.3 mV@400 mA/cm2).NiBi/GDY在光/电催化产氢实验中表现出的较好催化性能可归因于NiBi和GDY之间强耦合相互作用对NiBi电子结构的优化.上述研究结果表明,石墨炔可作为理想载体制备高效的光/电催化剂,同时本文为设计高效稳定的非贵金属产氢催化剂提供了一定的借鉴意义.     

对苯二甲酸镁作为钠离子电池的有机负极材料

报道了对苯二甲酸镁作为钠离子电池负极材料的研究.以对苯二甲酸和氢氧化镁为原料,采用酸碱中和反应制备了含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4·2H2O),该材料对钠离子电池表现出了较好的电化学活性、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性.在0.5C(1C=300 mA·g-1)倍率下循环50周以后,可逆容量由114mAh·g-1降至95 mAh·g-1,容量保持率高达83%;在2C的倍率下有高达90 mAh·g-1的可逆比容量.另外,在氮气气氛中,400℃进行后续热处理得到了不含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4),探讨了结晶水对其电化学性能的影响.结果表明,MgC8H4O4·2H2O的比容量、倍率性能以及循环稳定性都明显优于不含结晶水的对苯二甲酸镁.     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA.g-1、200 mA.g-1和300 mA.g-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh.g-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh.g-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

以α型氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2及其电化学性能

本文采用球形Al/Co部分取代α型Ni(OH)2为前驱体成功制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。首先采用氢氧化钠与碳酸钠为沉淀剂合成出Al/Co部分取代α型Ni(OH)2,然后将之与LiOH·H2O混合,最后在氧气气氛中不同温度下热处理8h,即可得到球形LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料。X射线衍射结果表明,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料为α-NaFeO2相。扫描电镜结果表明,材料颗粒形貌为球形。热重分析结果表明合成LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的主反应温度在700～750℃之间。振实密度测试结果表明,750℃下制备的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料可达2.2g·cm-3。恒流充放电结果表明,该材料在0.5mA·cm-2电流密度下,在3.0～4.3V间的首次充电容量可达210.3mAh·g-1,首次放电容量为179.7mAh·g-1,充放电效率为85.4%。与采用以β-Ni0.85Co0.15(OH)2为前驱体合成的LiNi0.85Co0.15O2和Al掺杂的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2相比,尽管其首次放电容量与放电效率都有所降低,但循环性能有所提高,50周期后容量仍为初始容量的89.5%。研究表明,以球形Al/Co部分取代α型Ni(OH)2作为前驱体为球形氧化镍钴铝锂材料的制备提供了一条新的途径。     

Antimony/Porous Biomass Carbon Nanocomposites as High‐Capacity Anode Materials for Sodium‐Ion Batteries

Antimony/porous biomass carbon nanocomposites have been prepared by a chemical reduction method and applied as anodes for sodium‐ion batteries. The porous biomass carbon derived from a black fungus had a large Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area of 2233 m² g⁻¹ in which antimony nanoparticles were uniformly distributed in the porous carbon. The as‐prepared antimony/porous biomass carbon nanocomposites exhibited a high reversible sodium storage capacity of 567 mA h g⁻¹ at a current density of 100 mA g⁻¹, extended cycling stability, and good rate capability.     

NaF-M(M=Fe,Cu)钠离子电池转换正极材料的研究

以纳米TiN为研磨剂,采用机械球磨技术制备了NaF-M（M = Fe, Cu）纳米复合物,探索了这类复合物作为钠离子电池转换正极材料的可能性. 电化学测试表明,NaF-Fe和NaF-Cu纳米复合物电极在钠离子电解液中能实现与Na⁺的逆向转换反应,其可逆放电容量达150 mAh.g^-1以上,并具有较好的循环寿命. 只要创造了适合相转变反应进行的微区结构,钠离子的转换反应也可以通过可逆的电化学转换反应实现,并从起始的富钠放电态直接充电至贫钠的荷电态. 本工作为开发高容量钠离子电池正极材料提供了新途径.     

新型Brønsted-Lewis双酸位碳基固体酸的制备及其催化生物柴油的合成

以羧甲基纤维素钠（CMC）与硫酸铁螯合反应生成的螯合物为碳前驱体,以浓硫酸为磺化试剂,制备新型碳基固体酸催化剂。采用红外（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、吡啶红外、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TGA）、能谱仪（EDS）对催化剂进行表征。结果表明,该催化剂同时具有Brønsted和Lewis酸位点,是具有双酸位的碳基固体酸催化剂。将其应用到油酸与甲醇的酯化反应制备生物柴油体系中,考察了不同反应条件对油酸转化率的影响。在反应温度为70℃,反应时间为6h,油酸与甲醇物质的量比为1：10,催化剂用量为油酸质量7.5%条件下,油酸的转化率可达到96.8%。此外,对该催化剂的稳定性进行研究发现该催化剂有着良好的重复使用性和疏水性。     

Sn-Cl共掺杂的锂离子正极材料Li2MnO3的结构及电化学性能研究

以乙酸盐为原料,柠檬酸为络合剂,通过溶胶-凝胶的方法制备富锂阴极材料Li₂MnO₃,选用草酸亚锡(SnC₂O₄)为锡源,用Sn ⁴⁺代替Mn ⁴⁺,获得不同掺杂量的材料. 适当含量的Sn ⁴⁺掺杂可以提高材料的放电比容量,在低电流下获得256.3 mAh·g ^-1的高放电比容量,但由于Sn ⁴⁺离子半径过大,不能起到稳定结构的作用,材料的倍率性能较差. 在此基础上,选用氯化亚锡(SnCl₂)进行掺杂改性,在材料中同时引入Sn ⁴⁺和Cl ^-掺杂,获得了层状结构更完整的粉末样品. 通过共掺杂改性的阴极材料可以在20 mA·g ^-1的电流密度,经过80圈的循环仍然保持153 mAh·g ^-1的放电比容量,且此时还未出现衰减现象,库仑效率保持在96%以上;在400 mA·g ^-1的电流密度下提供的比容量可高达116 mAh·g ^-1,是未掺杂样品的2倍左右.     

Monodispersed SWNTs Assembled Coating Layer as an Alterna-tive to Graphene with Enhanced Alkali-ion Storage Performance

Graphene coating is commonly used to improve the performance of electrode materials,while its steric hindrance effect hampers fast ion transport with compromised rate capability.Herein,a unique single-walled carbon nanotubes(SWNTs)coating layer,as an alternative to graphene,has been developed to improve the battery behavior of iron-based anodes.Benefiting from the structure merits of mesoporous SWNTs layer for fast electron/ion transport and hollow Fe₃O₄ for volume accommodation,as-prepared Fe₃O₄@SWNTs exhibited excellent lithium storage performance.It delivers a high capacity,excellent rate capability,and long lifespan with capacities of 582 mA·h·g^-1 at 5 A·g^-1 and 408 mA·h·g^-1 at 8 A·g^-1 remained after 1000 cycles.Such performance is better than graphene-coated Fe₃O₄ and other SWNT-Fe₃O₄ architectures.Besides,SWNTs coating is also used to improve the sodium and potassium storage performance of FeSe₂.The kinetics analysis and ex-situ experiment further reveal the effect of SWNTs coating for fast electron/ion transfer kinetics and good structure stability,thus leading to the superior performance of SWNTs-coated composites.     

新型镁基储氢合金的合成及电化学性能的研究

用扩散法成功地合成了Mg_1.5Al_0.5-xNiV_x(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列合金。XRD结构分析表明,合金中出现一个新的物相,其化学式为Mg₃AlNi₂,属立方晶系,Fd3m空间群,新相具有很好的电化学性能。钒的添加使合金的容量进一步提高。未经任何预处理的Mg_1.5Al_0.3V_0.2Ni合金的最大放电容量达到333mA·h·g^-1(50mA·g^-1,-0.5Vvs.Hg/HgO).Al对六方晶系Mg₂Ni合金结构中Mg的部分取代对于延长合金的循环寿命有重要作用。     

锂离子电池MnO/TiN负极研究

以乙酸锰和钛酸四丁酯为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备钛酸锰（MnTiO3）粉体,而后将其粉体高温氨气氮化,可得到MnO/TiN复合材料. 使用X射线衍射（XRD）、X射线能量色散谱（EDS）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）表征材料的物相结构与组分、观察其形貌. 采用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗方法测试电极电化学性能. 结果表明,MnO/TiN电极在100 mA?g-1和1 A?g-1倍率放电下,比容量分别为394 mAh?g-1和146 mAh?g-1,均高于单纯MnO电极比容量和倍率性能,这归因于复合材料中的TiN提供了导电网络,并有效地抑制了电极在充放电过程中的体积膨胀效应.     

Construction of Rich Conductive Pathways from Bottom to Top: A Highly Efficient Charge-Transfer System Used in Durable Li/Na-Ion Batteries at −20 °C

The construction of potential electrode materials with wide temperature property for high-energy-density secondary batteries has attracted great interest in recent years. Herein, a hybrid electrode, consisting of a nitrogen-doped carbon/α-MnS/flake graphite composite (α-MnS@N-C/FG), is prepared through a post-sulfurization route. In the α-MnS@N-C/FG composite, α-MnS nanoparticles wrapped by the N−C layer are uniformly embedded onto FG, forming a novel nanofoam structure. The as-obtained α-MnS@N-C/FG shows excellent lithium/sodium storage performance, with a specific capacity of 712 mA h g⁻¹ in the 700th cycle at 1.0 A g⁻¹ or 186.4 mA h g⁻¹ in the 100th cycle at 100 mA g⁻¹ using lithium or sodium foil as the counter electrode, respectively. Moreover, even operated at −20 °C, the α-MnS@N-C/FG can still attain a high specific capacity of 350 mA h g⁻¹ after 50 cycles at 100mA g⁻¹ for LIBs. This exceptional electrochemical response is attributed to the synergetic effect of the smart design of a hybrid nanofoam structure, in which the FG skeleton and N-C coating layer can significantly enhance the conductivity of the whole electrode from bottom to top. Accordingly, the enhanced redox kinetics endow the electrode with pseudocapacitive-dominated electrochemical behavior, leading to fast electrode reactions and robust structural stability in the whole electrode.     

纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化降解抗生素

为优化石墨相氮化碳(g-C₃N₄)光催化剂的结构,改善其对污染物的降解性能,本文以三聚氰胺为前驱体,通过高温煅烧和热氧化剥离制备了二维石墨相氮化碳(2D-C₃N₄),并用光还原法一步合成纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯(Ag/2D-C₃N₄/rGO)复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附脱附等温曲线(BET)等对材料进行表征。 以头孢曲松钠为目标污染物,探究pH值、催化剂用量、头孢曲松钠初始浓度等因素对催化剂的吸附、降解性能的影响,并探究降解反应机理。 当pH=6.0,催化剂用量为0.3 g/L,头孢曲松钠初始浓度为10.0 mg/L时,复合材料对头孢曲松钠的降解率可达到89.1%。 催化剂的稳定性较强,具有实际应用价值,可用于处理含头孢类抗生素的废水。     

Assembly of SnSe Nanoparticles Confined in Graphene for Enhanced Sodium‐Ion Storage Performance

Sodium‐ion batteries (SIBs) have attracted much interest as a low‐cost and environmentally benign energy storage system, but more attention is justifiably required to address the major technical issues relating to the anode materials to deliver high reversible capacity, superior rate capability, and stable cyclability. A SnSe/reduced graphene oxide (RGO) nanocomposite has been prepared by a facile ball‐milling method, and its structural, morphological, and electrochemical properties have been characterized and compared with those of the bare SnSe material. Although the redox behavior of SnSe remains nearly unchanged upon the incorporation of RGO, its electrochemical performance is significantly enhanced, as reflected by a high specific capacity of 590 mA h g^?1 at 0.050 A g^?1, a rate capability of 260 mA h g^?1 at 10 A g^?1, and long‐term stability over 120 cycles. This improvement may be attributed to the high electronic conductivity of RGO, which also serves as a matrix to buffer changes in volume and maintain the mechanical integrity of the electrode during (de)sodiation processes. In view of its excellent Na⁺ storage performance, this SnSe/RGO nanocomposite has potential as an anode material for SIBs.