静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe_3O_4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料(英文)

采用静电自组装方法,分两步合成Fe(OH)3/GO前驱体(GO:氧化石墨烯),再通过水热反应和600°C高纯氮气气氛下煅烧,获得了Fe3O4/石墨烯复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱等多种分析,发现该复合材料具有三维多孔石墨烯网络结构.把合成的这种Fe3O4/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明其具有优良的电化学性能:首次放电容量为1390 mAh·g-1,50次循环后容量为819 mAh·g-1.通过对比实验表明,三维石墨烯网络结构的形成对复合材料的电化学循环稳定性起着关键作用.     

自旋转换氧化石墨烯纳米复合材料的制备及磁性

利用氧化石墨烯(GO)表面具有丰富含氧基团的特点,采用原位生长法将经典的亚铁三氮唑自旋转换(SCO)配位聚合物[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)负载到二维材料GO的表面。利用X射线粉末衍射(PXRD)、红外光谱(FTIR)、SEM、TEM、拉曼等手段对自旋转换-氧化石墨烯(SCO-GO)纳米复合材料进行了表征。通过光谱表征发现,复合材料的FTIR和PXRD特征峰为GO和[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)特征峰的叠加,初步证明了自旋转换-氧化石墨烯纳米复合材料已成功制备。SEM和TEM分析直观地显示立方体状的[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)纳米颗粒均匀地分散在氧化石墨烯表面,且随着原位生长时间的增加,GO表面的[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)的负载量增加、尺寸增大。拉曼图谱表明[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)负载到GO表面后,氧化石墨烯特征拉曼峰的强度比(ID/IG)增大,说明氧化石墨烯的缺陷密集程度增大,[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)纳米颗粒与石墨烯之间的作用力增强。磁性测试表明不同自组装时间(1、6、12 h)的SCO-GO复合材料的T1/2↑分别为381.1、381.5和382.4 K,T1/2↓分别为345.9、345.0和344.8 K,其磁滞回线宽度分别为35.2、36.5和37.6 K,这是由于不同自组装时间的SCO-GO复合材料中[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)的负载量和尺寸的差异导致的。DSC分析结果和磁性结果一致,证实了SCO-GO复合材料自旋转变温度向高温区移动。     

Fe_2O_3/rGO/N-rGO催化剂的制备及在硝基苯选择性加氢中的应用

以氧化石墨烯、苯胺及醋酸亚铁为原料,采用可控的聚合-热解工艺制备了一种复合铁基催化剂.表征结果表明,高分散的氧化铁纳米颗粒(Fe2O3NPs)被固载于石墨烯/氮杂石墨烯复合膜上;通过改变热解温度,可以得到一系列结构和形貌各异的催化剂(Fe2O3/r GO/N-r GO).经过700℃热解得到的催化剂(Fe2O3/r GO/N-r GO-700)具有较大的比表面积、微孔-介孔复合孔道和高度分散的Fe2O3NPs,其在硝基苯选择性加氢反应中表现出优异的活性和稳定性.     

Mn_3O_4/氧化石墨烯纳米复合物的制备及其超级电容性能

利用锰前驱体与氧化石墨烯(GO)原位反应制备了Mn3O4/GO纳米复合物超级电容器电极材料;采用扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪分析了纳米复合物的形貌和结构;并利用交流阻抗分析及充放电测试测定了纳米复合材料的电化学性质和电容性质.结果表明,引入氧化石墨烯可增强纳米复合物的导电性及稳定性,提高Mn3O4的电容特性,从而使得纳米复合物具有较高的比电容(350F/g)和较长的循环寿命(超过1 000次).     

β-环糊精/磁性氧化石墨烯对氧氟沙星的吸附

以自制的氧化石墨烯(GO)、β-环糊精(β-CD)为原料,通过化学共沉淀法合成了β-环糊精/磁性氧化石墨烯复合材料(β-CD/MGO),并用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱、BET和VSM等对其进行形貌态表征和性能测试.结果 表明,Fe4 O3被成功负载到GO上,并枝接上β-环糊精;β-CD/MGO的比表面积为...     

GO/Fe3O4/有机胺复合材料的制备及对结晶紫染料的吸附性能

用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,用乙二胺、乙二胺与丁二胺/己二胺混溶来改性氧化石墨烯。用水热法制备了Fe3O4,并用物理混合法制备了GO/Fe3O4/有机胺的三元复合体系。用透射电镜、扫描电镜、红外光谱、热重分析、X射线衍射、VSM和XPS等对所制得的样品进行了结构表征和性能测试,研究了三元复合粒子对结晶紫染料的吸附性能及影响结晶紫染料吸附效果的因素。结果表明:所制备的Fe3O4的平均粒径约为200 nm,粒径分布均匀;复合物中GO为典型的片状结构,GO及有机胺的掺杂没有影响Fe3O4的尖晶石结构;复合物为超顺磁性,Ms为53.0 emu·g~(-1)。吸附结果表明:石墨烯/Fe3O4/有机胺的三元复合材料对结晶紫染料的最大吸附量随浓度增大而增大,而吸附结晶紫染料的移除率却随结晶紫染料浓度增大而减小,并趋向一定值;乙二胺和己二胺混溶比例为5∶1的GO/Fe3O4复合材料吸附性能最佳:结晶紫浓度为400 mg·L~(-1),最大吸附量为164.3 mg·L~(-1)。     

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。     

新型石墨烯磁性复合材料的制备及其对水中亚甲基蓝的吸附去除

采用绿色、温和的方法合成了一种新型的磁性纳米复合材料(Fe3O4@PDA@RGO),并考察了其对水溶液中亚甲基蓝的吸附去除效果。多巴胺通过自聚合作用可以直接吸附到Fe3O4表面,其既是氧化石墨烯(GO)的还原剂,也是Fe3O4和还原态氧化石墨烯(RGO)组装的偶联剂。反应过程中无需热处理或加入其他有机试剂。利用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、X衍射光谱(XRD)和拉曼光谱等技术对制备的磁性纳米复合材料进行了表征。结果表明,Fe3O4@PDA@RGO具有较强的磁性(37.8 emu·g-1),对亚甲基蓝有较高的吸附去除能力(98 mg·g-1)。Fe3O4@PDA@RGO对亚甲基蓝的吸附能力随着p H值的增大而增强,其吸附过程符合拟二级反应动力学方程和Langmuir吸附模型。Fe3O4@PDA@RGO作为吸附剂,其性质稳定,经磁性分离可重复利用10次以上。     

Fe_3O_4空心球/石墨烯复合吸波材料的制备及其性能

利用化学法制备氧化石墨烯(GO)与石墨烯(RGO),然后以水热法制备Fe3O4空心球/RGO复合吸波材料。XRD测试结果表明成功合成了具有立方结构的Fe3O4;SEM,TEM分析结果表明复合材料结构分布均匀,粒径约为100 nm。测试了材料在2~18 GHz波段的电磁参数,模拟计算了材料的反射率,结果显示复合材料的吸波性能比RGO有明显提升。当匹配厚度为7 mm时,复合材料具有两个吸收峰:在5.5 GHz处吸收峰为–9.5 d B,在16.5GHz处出现最大吸收峰–36 d B。     

磁性Fe3O4/石墨烯Photo-Fenton催化剂的制备及其催化活性

采用共沉淀法制备磁性Fe3O4/GE(石墨烯)催化剂,实现Fe3O4纳米颗粒生长和氧化石墨烯还原同步进行,采用FTIR、XRD、TEM及低温氮吸附-脱附等对Fe3O4/GE纳米催化剂的物相、颗粒粒径及比表面积进行了表征。在H2O2存在条件下,以亚甲基蓝为目标降解物,考察了在模拟太阳光下Fe3O4/GE的催化活性,当氧化石墨烯与Fe3O4的质量比为1∶10时,经过2 h催化反应,在pH=6条件下,对亚甲基蓝的降解率达到98.7%,经过10次循环使用后对染料溶液的降解率仍保持在95.7%以上,明显优于纯的Fe3O4。     

表面活性剂碳化法合成Fe3O4/C复合物及其电化学性能

以水热法合成的包覆油酸的α-Fe₂O₃粒子为前驱体, 在氩气下500 °C煅烧1 h, 得到Fe₃O₄/C纳米复合物. 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱, X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), X射线能量散射(EDX)谱, 高分辨透射电镜(HRTEM), 元素分析, 循环伏安(CV)和恒流充放电测试等方法对材料的结构、形貌、成分及电化学性能进行了表征. 结果表明: 所制备的Fe₃O₄/C复合物呈长约200 nm, 粗约100 nm的纺锤形, 表面碳层厚约1-2 nm, 碳含量为1.956%(质量分数); 这种复合物作为锂离子电池负极材料具有很好的循环稳定性(在0.2C (1C=928 mA·g^-1)循环80次后具有691.7 mAh·g^-1比容量)和倍率性能(在2C循环20次后依然有520 mAh·g^-1比容量). 相对于未包覆的商业Fe₃O₄粒子, 复合物显著提高的电化学性能是由于碳包覆能防止粒子聚集, 提高导电性以及稳定固体电解质界面(SEI)膜.     

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.     

Fe3O4 nanoparticle-integrated graphene sheets for high-performance half and full lithium ion cells

We synthesized Fe(3)O(4) nanoparticle/reduced graphene oxide (RGO-Fe(3)O(4)) nanocomposites and evaluated their performance as anodes in both half and full coin cells. The nanocomposites were synthesized through a chemical co-precipitation of Fe(2+) and Fe(3+) in the presence of graphene oxides within an alkaline solution and a subsequent high-temperature reduction reaction in argon (Ar) environment. The morphology and microstructures of the fabricated RGO-Fe(3)O(4) nanocomposites were characterized using various techniques. The results indicated that the Fe(3)O(4) nanoparticles had relatively homogeneous dispersions on the RGO sheet surfaces. These as-synthesized RGO-Fe(3)O(4) nanocomposites were used as anodes for both half and full lithium-ion cells. Electrochemical measurement results exhibit a high reversible capacity which is about two and a half times higher than that of graphite-based anodes at a 0.05C rate, and an enhanced reversible capacity of about 200 mAh g(-1) even at a high charge/discharge rate of 10C (9260 mA g(-1)) in half cells. Most important of all, these fabricated novel nanostructures also show exceptional capacity retention with the assembled RGO-Fe(3)O(4)/LiNi(1/3)Mn(1/3)Co(1/3)O(2) full cell at different C rates. This outstanding electrochemical behavior can be attributed to the unique microstructure, morphology, texture, surface properties of the nanocomposites, and combinative effects from the different chemical composition in the nanocomposites.     

水热法合成高功率锂离子二次电池用球形Li4Ti5O12负极材料

以球形TiO2和LiOH溶液为反应物,通过水热法合成了尖晶石型Li4Ti5O12,并使用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)和激光粒度分布(PSD)对其结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:通过该法得到的产品颗粒大小均匀,粒度分布狭窄,结构与标准Li4Ti5O12谱图一致.实验选定温度下所得的Li4Ti5O12均表现出良好的电化学性能.其中,800°C热处理所得样品的电化学性能最好,室温下,以35mA·g-1的电流密度进行充放电,其可逆容量达到162mAh·g-1,同时这种材料也表现出良好的倍率性能,即使在720mA·g-1的电流密度条件下进行充放电,其可逆容量仍可达到124mAh·g-1.     

LiV3O8在Li2SO4水溶液中的电化学性能

采用低温固相法合成了具有纳米结构的LiV₃O₈材料.扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）测试显示该材料具有纳米结构.X射线衍射（XRD）表明该材料属于单斜晶系,P2₁Im空间群.并采用循环伏安法（CV）及电化学阻抗谱图测试对该材料在1、2 mol·L^-1Li₂SO₄水溶液及饱和Li₂SO₄水溶液中的电化学行为进行了研究.结果表明,LiV₃O₈在饱和Li₂SO₄水溶液中具有最好的电化学性能.以LiV₃O₈作为负极材料,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂作为正极材料,饱和Li₂SO₄水溶液作为电解液组成了水性锂离子电池,进行恒流充放电测试,结果表明,在0.5C(1C=300 mA·g^-1)的充放电倍率下,该水性锂离子电池的首次放电比容量为95.2 mAh·g^-1,循环100次后仍具有37.0 mAh·g^-1的放电比容量.     

S/In_2O_3纳米材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用

以硝酸铟和蔗糖为原料,依次经水热反应和550℃碳化制得In_2O_3纳米材料(nano-In_2O_3);将硫渗入nanoIn_2O_3得S/In_2O_3,其结构和微观形貌经SEM,TEM和XRD表征。将S/In_2O_3,导电炭黑和聚偏氟乙烯按质量比8∶1∶1制成正极材料(1);将1涂覆于铝箔上,锂片作参比电极,1 mol·L~(-1)LiPF_6的DMF/DOL(V/V=1/1)溶液为电解液,组装成锂硫半电池。采用循环伏安法和恒电流充放电法研究了S/In_2O_3的电化学性能。结果表明:在1.95 V和2.3 V处有两个还原峰,2.5 V处有一个氧化峰。电流密度为335 m A·g~(-1),首次放电比容量为1 357m Ah·g~(-1),库伦效率为82.75%。经80次充放电后,放电比容量为537 m Ah·g~(-1)。     

碳包覆Na2Ti6O13纳米管的电化学性能研究

以金红石型TiO2和NaOH为原料,由水热反应制备Na2Ti6O13纳米管.然后,在含有0.1 mol.L-1NaOH的葡萄糖水溶液中反应4 h制得碳包覆的Na2Ti6O13纳米管.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析表明,该碳包覆Na2Ti6O13纳米管外径约14～19 nm,内径约2～5 nm,长度为数百纳米,有一层厚度约为2 nm的碳层包覆在纳米管外壁.以其作为锂离子电池负极材料,恒电流充放电测试表明,在50 mA.g-1电流密度下首周可逆容量达到161 mAh.g-1,循环100周后容量保持在147 mAh.g-1.相比于Na2Ti6O13纳米管,提高了20%以上.电流密度升至1600 mA.g-1充放电,碳包覆Na2Ti6O13纳米管可逆容量仍有70 mAh.g-1左右,远高于Na2Ti6O13纳米管,表现出良好的倍率性能.     

TiO2@MWNTs纳米复合材料的制备及其储锂性能

以TiOSO4为钛源,多壁碳纳米管(MWNTs)为载体,溶剂热法制备了多壁碳纳米管/二氧化钛纳米复合材料(TiO2@MWNTs),并利用XRD,SEM,TEM,N2吸附-脱附和TG-DSC等测试手段对合成产物的结构和形貌进行表征,用恒流充放电测试研究TiO2@MWNTs纳米复合材料的储锂性能.N2吸附-脱附曲线和孔径分布曲线证实TiO2@MWNTs存在多级孔道结构以及较大的比表面积.电化学测试结果表明,与纯TiO2颗粒相比,TiO2@MWNTs纳米复合材料具有更好的容量保持率和倍率性能.在1 C倍率下,复合材料的可逆容量为200 mAh?g-1,循环100圈后容量仍达182 mAh?g-1,即使在10 C大倍率下,容量约为100 mAh?g-1左右.     

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.     

Synthesis and Electrochemical Property of Calcium Doped LiNi0.8Co0.2O2 Solid Solution

Today, batteries with high capacity, good cyclability, long life and environmental goodness are much required to meet some pressing demands of our modern society. In principle, lithium ion cells can satisfy these requirements1. But the properties of the cathode materials have limited the further development of the lithium ion cells. The studied cathode materials before were mainly LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2. The LiCoO2 has disadvantages including cost and environmental risk although it is…