氮掺杂MnCo2O4/N-KB的制备及氧还原催化性能

以Mn(Ac)_2和Co(Ac)_2作为前驱体,导电碳Ketjenblack (KB)作为负载碳源,采用水解-水热法制备氮掺杂的MnCo_2O_4/N-KB催化剂材料,对其结构特征和碱性溶液中氧还原反应的催化性能进行表征,并进一步分析其氧还原反应活性。结果表明:MnCo_2O_4/N-KB催化剂的形态是KB骨架上生长纳米级MnCo_2O_4,并且在N-KB和MnCo_2O_4之间形成化学耦合,产生协同作用,有效提高了MnCo_2O_4/N-KB催化剂的氧还原活性。MnCo_2O_4与N-KB的质量比为1∶9时,MnCo_2O_4/N-KB催化剂在O_2饱和0.1mol·L~(-1)KOH溶液中对氧还原反应的电催化性能最佳,反应的极限电流密度为5.7 mA·cm~(-2),半波电位接近0.81 V,电子转移数为4。在相同负载量下,MnCo_2O_4/N-KB催化剂相比商用Pt/C(电流密度5.2 mA·cm~(-2),半波电位0.83 V)有着更高的极限电流密度和耐久性。     

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。     

高效析氧电催化剂Co3O4@NiMn-LDH异质结构阵列的制备

我们合理设计和制备了一种新型的高性能析氧电催化剂——泡沫镍负载Co_3O_4@NiMn-LDH(层状双金属氢氧化物)三维异质结构阵列(Co_3O_4@NiMn-LDH/NF)。这种基于泡沫镍基底的三维异质结构催化剂经简单的两步水热反应即可制得。对比Co_3O_4、NiMn-LDH及传统RuO2催化剂,所制备的Co_3O_4@NiMn-LDH/NF催化剂展示出更优异的电催化析氧性能。在1 mol·L~(-1)KOH溶液中,电流密度为50 mA·cm~(-2)时的过电势仅为282 mV,塔菲尔斜率为64 mV·dec~(-1)。通过有效的界面工程设计,使异质结构陈列Co_3O_4@NiMn-LDH发挥出Co_3O_4和NiMn-LDH各自优异的电催化性能。其中,基于泡沫镍基底生长的活性组分Co_3O_4纳米线阵列作为中间核支撑结构,保持了良好的空隙率,不仅有利于暴露更多的活性位点,而且有利于电解液的扩散和气体产物的释放;而依附于Co_3O_4纳米线阵列上的NiMn-LDH异质结构纳米片层则富有更多的亲水性基团,使得活性位点更易与水结合,从而促进氧析出反应的进行。     

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。     

g-C3N4/双钙钛矿复合材料的制备及氧催化性能

通过溶胶-凝胶法制备出不同Ni掺杂比例的双钙钛矿Sr_2Ni_xCo_(2-x)O_6(x=0.2,0.4,0.6,0.8),通过热分解法制备出具有层状结构的纳米颗粒g-C_3N_4,并制备其复合物催化剂。将双钙钛矿和g-C_3N_4分别制备成双功能电极片,用于测试其对氧还原(ORR)和氧析出(OER)的催化活性,然后选取具有最佳氧催化活性的Ni掺杂比例x=0.4的双钙钛矿与一定重量比例的g-C_3N_4进行复合,测试复合催化剂的氧催化活性。结果表明,复合后的催化剂催化效果明显优于单一催化剂,当g-C_3N_4添加量占双钙钛矿的30%(w/w)时复合催化剂催化氧还原反应的最大电流密度为395.7 mA·cm~(-2)(-0.6 V vs Hg/HgO),氧析出反应的最大电流密度为372.0mA·cm~(-2)(1 V vs Hg/HgO),这表明g-C_3N_4与Sr_2Ni_(0.4)Co_(1.6)O_6复合后协同催化能够提高双钙钛矿的氧催化活性。     

两步电沉积构建NiFe/Ni3S2/NF分级异质电极用于大电流密度析氧反应

通过简便的两步电沉积法在泡沫镍表面有效复合非晶态Ni₃S₂材料与富缺陷的NiFe双金属羟基氧化物,从而构建了NiFe/Ni₃S₂/NF三维分级纳米异质电极。受益于非晶态Ni₃S₂和富缺陷NiFe材料的结构和催化优势,以及异质界面的强电子相互作用,使得NiFe/Ni₃S₂/NF催化电极表现出优异的析氧催化性能:达到100 mA·cm^-2时的析氧过电位仅为273 mV,远优于大多数已报道的Ni/Fe基复合材料。值得注意的是,在1 mol·L^-1KOH溶液中,仅需~372 mV的过电位即可稳定输出1000 mA·cm^-2的高电流密度达27 h以上。     

钴铁双金属氧化物多孔纳米棒的制备及其电解水析氧性能

通过简单的钴铁前躯体热分解法制备了系列一维Co_(1-x)Fe_xO_y(0≤x≤1)多孔纳米材料,并在1 mol·L~(-1) KOH溶液中研究了其电解水析氧催化性能。研究发现不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能有较大的影响,其中16%(n/n)Fe掺杂量的Co_(1-x)Fe_xO_y具有最优的析氧催化性能。在10 m A·cm~(-2)电流密度下其析氧过电位为345 mV,塔菲尔斜率为54 mV·dec~(-1),并表现出优异的析氧稳定性能。廉价、高效的Co_(1-x)Fe_xO_y多孔纳米棒材料有望成为优良的析氧催化剂用于电解水制氢。     

泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2纳米线网状结构电极的制备及其电催化析氧性能

通过两步水热法制备泡沫镍(NF)负载Fe_2O_3纳米粒子@Ni_3S_2纳米线网状结构电极(Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF)。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附测试等方法对电极材料的物相和微观结构特征等进行了表征。水热条件下原位表面化学刻蚀生成的Ni_3S_2纳米线与三维多孔NF基体间拥有强结合力和低界面电阻,Fe_2O_3粒子均匀分布在纳米线的表面。在1 mol·L~(-1)的KOH溶液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、计时电位法、电化学交流阻抗测试(EIS)等对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试。结果表明:在100 mA·cm~(-2)的超高电流密度下,Fe_2O_3@Ni_3S_2/NF电极的OER过电势仅为223 mV,比Ni_3S_2/NF材料的过电势降低了285 mV;经过10 h计时电位测试,性能保持率高达80%。     

一种家蚕茧衍生具有蜂窝状结构的钴-锰共掺杂碳材料双功能电解水催化剂

通过一步碳化石墨化过程,由家蚕茧制得了一种具有蜂窝状结构的氮钴锰共掺杂碳材料。该材料具有蜂窝状结构和高比表面积,同时由于暴露的钴-锰活性位点以及富含的吡啶氮和石墨氮,3%钴-锰/蚕茧的碳材料(3%Co-Mn/SCC)显示了高析氢反应活性,其初始电位和10 m A·cm~(-2)过电位分别只有121和155 m V,Tafel斜率为130 m V·dec~(-1),并且在酸性条件下具有很好的稳定性。与此同时,2%Co-Mn/SCC在碱性条件下表现出优异的析氧反应催化性能,具有较低的初始电位,Tafel斜率为143 m V·dec~(-1)。     

三明治结构rGO/Fe3O4@mSiO2载体的构筑及协同抗肿瘤性能

采用温和的反应条件,制备出三明治结构rGO/Fe_3O_4@mSiO_2,利用SEM、TEM、FTIR、XRD和N_2吸附-脱附等对其形貌和性能进行表征,考查了其对Hela细胞的毒性和细胞荧光成像效果,并探讨了其形成机理。实验结果表明:rGO/Fe_3O_4@mSiO_2具有较高的比表面积(217 m~2·g~(-1)),对抗癌药物五氟尿嘧啶(5-FU)的载药率达到57.34%;它还具有较好的磁性,磁饱和强度为32 emu·g-1;而且rGO/Fe_3O_4@mSiO_2纳米复合物在光照条件下具有优异的光热转换性能,对He La细胞表现出明显的杀伤效果。     

NiFe2O4磁性纳米材料的溶剂热法一步合成

以Fe(NO_3)_3·9H_2O和Ni(NO_3)_2·6H_2O为原料,在未添加任何碱性沉淀剂和高温晶化处理的条件下,通过对实验条件(包括溶剂、溶剂热温度和时间)的优化,利用溶剂热法一步制备了具有良好结晶性和超顺磁性的NiFe_2O_4磁性纳米材料。结果表明:用H_2O和EtOH-H_2O做溶剂都不利于NiFe_2O_4的生成;用EtOH做溶剂,为了获得纯度较高的NiFe_2O_4磁性纳米材料,要保证适当的溶剂热温度和时间;所得材料的磁性能与材料中磁性组分NiFe_2O_4的含量和其结晶程度有关。该制备方法最突出的优点是简单、快速、成本低、从源头消除了污染,且所得的材料磁性能优良。     

纳米多孔双金属氧化物NiCo2O4的制备及其电化学性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni、Ni-Co合金,分别经腐蚀与退火获得纳米多孔NiO、NiCo_2O_4,采用XRD、SEM、TEM、N_2吸附-脱附等对多孔NiO、NiCo_2O_4电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔电极的电化学性能。结果表明,得到的纳米多孔NiO具有均匀的"泥裂"式结构,在1A·g~(-1)电流密度下比电容为375 F·g~(-1),当电流密度增加至20 A·g~(-1)时的比容保持率为67.5%,在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率为81.7%;NiCo_2O_4形成典型的开放式纳米多孔双连续结构,其在1A·g~(-1)电流密度下比电容为674 F·g~(-1),当电流密度增加至20 A·g~(-1),比容保持率达72.0%;在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率达92.9%,双连续纳米多孔结构及其提供的机械稳定性,使得NiCo_2O_4表现出更为优异的超电容性能。     

水系混合离子全电池LiMn2O4//NaTi2(PO4)3

分别以LiMn_2O_4,NaTi_2(PO_4)_3为正负极,1 mol·L~(-1) Li_2SO_4和0.5 mol·L~(-1) Na_2SO_4的混合水溶液为电解液组装成一种水系混合离子全电池。分别将正负极材料在3种不同水相电解液(1 mol·L~(-1) Li_2SO_4、0.5 mol·L~(-1)Na_2SO_4以及1 mol·L~(-1) Li_2SO_4+0.5 mol·L~(-1)Na_2SO_4混合电解液)中进行循环伏安和恒流充放电测试,结果发现,LiMn_2O_4在上述电解液中仅有Li~+的脱出/嵌入而Na~+由于半径较大而不参与该过程,NaTi_2(PO_4)_3在3种电解液中Li+、Na+均参与嵌入/脱嵌过程,且Li~+和Na~+的嵌入/脱出峰电位相差不大,分别为-0.82和-0.64 V,-0.95和-0.75 V;全电池在265 mA·g~(-1)电流密度下平均放电电压为1.55 V,充放电比容量分别为100.1和74.9 m Ah·g~(-1)。     

Synthesis and characterization of Zn1−xNixFe2O4 spinels prepared by a citrate precursor

Nanocrystalline single-phase samples of Zn_1−xNi_xFe₂O₄ ferrites (0<x<1) have been obtained via a soft-chemistry method based on citrate-ethylene glycol precursors, at a relatively low temperature (650 °C). The influence of the nickel and zinc contents as well as that of heat treatments were investigated by means of X-ray powder diffraction, Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area, scanning electron microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. Higher Ni content increases the surface areas, the largest one (∼20 m²/g) being obtained for NiFe₂O₄ annealed at 650 °C for 15 h. For all compositions, the surface area decreases for prolonged annealing at 650 °C and for higher annealing temperatures. Those results were correlated to the particle size evolution; the smallest particles (∼50 nm) observed in the NiFe₂O₄ sample (650 °C, 15 h) steadily increase as Ni ions were replaced by Zn, reaching ∼100 nm in the ZnFe₂O₄ sample (650 °C, 15 h). For all the Zn_1−xNi_xFe₂O₄ samples and, whatever the heat treatments was, the FTIR spectra show two fundamental absorption bands in the range 650-400 cm⁻¹, characteristics of metal vibrations, without any superstructure stating for cation ordering. The highest ν₁-tetrahedral stretching, observed at ∼615 cm⁻¹ in NiFe₂O₄, shifts towards lower values with increasing Zn, whereas the ν₂-octahedral vibration, observed at 408 cm⁻¹ in NiFe₂O₄, moves towards higher wavenumbers, reaching 453 cm⁻¹ in ZnFe₂O₄.     

In situ formation of Ni nanoparticles supported on NiFe2O4 by calcination

Ni/NiFe₂O₄ composites have been successfully prepared by calcination at 400°C in air of the mixture K₃[Fe(ox)₃]·2.5H₂O and NiCl₂·6H₂O with a molar ratio of 0.7-2. The products are featured by the Ni crystallite size of 15-34 nm, BET surface area of 23-41 m²/g and variable Ni loadings. TGA and FTIR results indicate in situ generation of CO molecules from decomposition of K₃[Fe(ox)₃]·2.5H₂O. These in situ generated CO molecules account for the formation of Ni nanoparticles by reduction of Ni(II) ions.     

ZrO2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2·0.4LiNi5/12Mn5/12Co1/6O2的电化学性能

采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂·0.4LiNi_5/12Mn_5/12Co_1/6O₂(简称LNMCO),并使用Zr (CH₃COO)₄进行ZrO₂的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO₂颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO₂包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度：20 mA·g^-1,电压：2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 mAh·g^-1,而原样则为75.1%,224.1 mAh·g^-1,循环100圈之后,1.5% ZrO₂包覆样品的放电比容量为248.3 mAh·g^-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 mAh·g^-1和87.4%。     

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。     

NiFe2O4/T-ZnOw复合材料的制备及电磁波吸收性能

采用铁氧体化学镀在四角氧化锌晶须(T-ZnOw)表面包覆NiFe2O4镀层,制备了NiFe2O4/T-ZnOw复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪对镀覆前后T-ZnOw的结构、形貌等进行了表征。利用矢量网络分析仪研究了NiFe2O4/T-ZnOw复合材料的电磁波吸收性能。结果表明,化学镀覆后,在T-ZnOw表面包覆了尖晶石型NiFe2O4镀层,生成了NiFe2O4/T-ZnOw复合材料,该材料为磁损耗型材料。化学镀覆过程中T-ZnOw的装载量会影响复合材料的介电常数和磁导率,当T-ZnOw装载量为0.2g时,所制备的复合材料具有最大的介电常数、磁导率、介电损耗和磁损耗,当吸收层厚度达到3 mm时,反射率在14 GHz处达到-11 dB。     

ZIFs骨架型双壳层纳米笼状CoS/NiCo2S4的制备及其电化学性能

采用离子刻蚀和化学气相沉积法制备出具有沸石咪唑酯骨架(ZIFs)型双壳层纳米笼状的CoS/NiCo_2S_4并组装成超级电容器。该结构有较大的比表面积(98 m2·g-1),合适的孔道(孔径4 nm),且保留了ZIFs骨架构型。作为电极活性材料时,具有良好的结构稳定性和电化学活性,有利于增强所组装的超级电容器的循环稳定性和比容量。在三电极体系中,在1 A·g-1的电流密度下,容量为1 230 F·g-1;在3 A·g-1电流密度下循环9 000圈后,初始电容保持率为76.6%。在以该电极、活性炭电极与KOH/聚乙烯醇(PVA)凝胶态电解质组装的器件中,当功率密度为702 W·kg-1时,能量密度达31.6 Wh·kg-1;在7 056 W·kg-1的高功率密度下,仍保持16.5 Wh·kg-1的能量密度。