天然钴尖晶石的谱学特征及颜色成因

尖晶石[(Mg, Fe, Zn, Mn)(Al, Cr, Fe)₂O₄]是一种典型的镁铝氧化物,常用于宝石、陶瓷及微晶玻璃材料中。近年来,一种颜色为矢车菊蓝色的天然尖晶石晶体出现在市场中,备受收藏者和设计师们的喜爱,其价格也不断攀高。天然钴尖晶石常呈矢车菊蓝色,透明,长波紫外光下显示弱-中等的绿色荧光,短波呈惰性,变色钴尖晶石在日光下常呈矢车菊蓝色而在白炽灯下呈紫红色。采用电子探针、电感耦合等离子体质谱、傅里叶变换红外光谱、显微聚焦激光拉曼光谱、紫外可见吸收光谱和阴极发光等测试技术获得了天然钴尖晶石和变色钴尖晶石的谱学特征,并探讨了其颜色成因和变色机理。结果表明：天然钴尖晶和变色钴尖晶石属于镁尖晶石,其主要化学成分为MgO和Al₂O₃,平均含量分别为25.77%和71.37%;此外,过渡族元素Zn,Fe,Co和V含量较高,其平均含量分别为1 337.85,831.53,99.52和58.26 μg·g-1。天然钴尖晶石与变色钴尖晶石的红外光谱和拉曼光谱与普通尖晶石的特征峰基本一致,其中红外光谱在517,589和704 cm-1处的主位均发生红移,其红移范围在5~33 cm-1之内;拉曼特征峰集中在300~800 cm-1范围之内。结合化学成分分析、紫外可见吸收光谱和阴极发光测试结果,认为天然钴尖晶石的颜色是因晶格中所含Co2+,Fe3+和V3+中的电子跃迁共同作用所致。由于Co2+发生自旋禁阻跃迁4T_1g(4F)→4T_1g(4P)使得可见光橙黄区（550~630 nm）内产生吸收带,而V3+的外层电子跃迁（3T_1g→3T_1g(3P)）和Cr3+的外层电子跃迁（4A₂→E₂）使得可见光蓝紫区（400~490 nm）内产生吸收线,可见光中红光和蓝光均匀透过,从而使其产生变色效应。该研究基本确定了天然钴尖晶石的谱学特征和成色机理,以及变色钴尖晶石的变色效应,为其科学鉴别提供了可靠的理论依据,有助于天然钴蓝色尖晶石与普通蓝色尖晶石、合成钴蓝色尖晶石的区分,具有重要的理论研究和商贸学应用价值。     

镍锌纳米晶铁氧体的络合溶胶-凝胶法合成及表征

利用乙酰丙酮(AcAcH)络合溶胶-凝胶法合成了Ni0.5Zn0.5Fe2O4(NZFO)尖晶石型软磁铁氧体。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术研究了Fe、Zn、Ni 3种溶胶中AcAcH与Fe3+、Zn2+、Ni2+的结合形式,通过比较Fe、Zn、Ni溶胶与未添加AcAcH的Fe、Zn、Ni甲醇溶液的红外光谱发现,分别在1 532 cm-1、1 520 cm-1和1 520 cm-1处多了一个吸收峰,说明AcAcH都能与3种离子发生螯合反应。采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、物性测量系统(PPMS)分别表征NZFO铁氧体的相组成、微结构以及磁性能。XRD测试结果表明,NZFO铁氧体为单一尖晶石相结构;HRTEM透射结果表明,NZFO为片状,大小均匀,尺寸45 nm左右;PPMS研究结果表明,NZFO铁氧体的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)分别为36 emu.g-1和167 Oe。     

尖晶石型LiMn2-xInxO4(x=0，0.01，0.02，0.05)的合成及电化学性能研究

以醋酸锰、氢氧化锂和三氧化二铟为原料,以柠檬酸为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂In的尖晶石LiMn2-xInxO4(x=0,0.01,0.02,0.05),采用XRD、SEM对目标材料进行了结构和形貌表征,采用恒流充放电、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)谱测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同In掺杂量对材料性能的影响。结果表明,当In掺杂量为1%时,LiMn1.99In0.01O4样品具有纯的尖晶石锰酸锂结构,在0.5C和3.4～4.35 V电压范围条件下,LiMn1.99In0.01O4的初始放电容量为119.9 mAh.g-1,经过1C 30次,2C 30次,再0.5C 5次循环后,其放电容量保持率为84.9%,显示了良好的电化学性能。掺杂1%的In的样品比未掺杂的样品具有更优的高温循环稳定性能。     

Spinel lithium titanate (Li4Ti5O12) as novel anode material for room-temperature sodium-ion battery

This is the first time that a novel anode material, spinel Li₄Ti₅O₁₂ which is well known as a “zero-strain” anode material for lithium storage, has been introduced for sodium-ion battery. The Li₄Ti₅O₁₂ shows an average Na storage voltage of about 1.0 V and a reversible capacity of about 145 mAh/g, thereby making it a promising anode for sodium-ion battery. E_x-situ X-ray diffraction (XRD) is used to investigate the structure change in the Na insertion/deinsertion process. Based on this, a possible Na storage mechanism is proposed.     

Lattice Dynamics at Zone-Center of Sulphide and Selenide Spinels

A rigid-ion model is used to calculate the force constants and effective dynamical charges of sulphide and selenide spinels. The Raman and infrared phonon modes of normal cubic sulphide spinels MCr₂Se₄ (M = Mn, Co, Fe, Hg, Zn, and Cd) and selenide spinels MCr₂Se₄ (M = Hg, Zn, and Cd) are calculated at the first Brillouin zone-centre using above model. The significant outcome of the present work is (i) the interatomic interaction between Cr-S (Se) dominates over the Cr-S(Se) and S-S(Se-Se) type of interatomic interactions, (ii) the effective dynamical charges of the bivalent metal ions are nearly zero, and (iii) the selenide spinels are less ionic than the sulphide spinels and the ionicity decreases as MnCr₂S₄ > FeCr₂S₄ > CoCr₂S₄ > and CdCr₂C₄ > ZnCr₂C₄ > HgCr₂C₄ (C = S and Se). The zone-center phonon frequencies, calculated using these parameters, are found to be in very good agreement with the observed results.     

尖晶石LiMn_2O_4高温电化学容量衰减及改进

综述了高温下尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４容量衰减的原因、机理研究和改进它的高温性能的方法以及目前的进展,且指出了可能的提高它的高温性能的途径。     

铜钴尖晶石复合氧化物催化剂的组成对二甲苯完全氧化反应催化性能的影响

具有特定结构的复合氧化物,如ABO3,A2BO4及AB2O4等对某些反应比单一氧化物具有更好的催化性能[1,2]. 然而,有关尖晶石型复合氧化物AB2O4对有机物燃烧反应催化性能的研究相对较少,且常用的模型反应大都是一氧化碳或甲烷的催化氧化反应[3]. 超微粒子由于具有大的比表面积和高的表面能等特性,在催化领域已日益引起人们的重视[4]. 低温固相合成是近十几年发展起来的一种新的超细粒子制备方法[5]; 它具有不使用溶剂,无废液排放,工艺过程简单,能耗低等优点,属于对环境友好的“绿色化学”. 目前,此法在合成多组分复合氧化物及催化化学中的应用仍不多见. 本文以含有结晶水的醋酸铜和醋酸钴为原料,采用低温固相合成法制备了单组分氧化铜和氧化钴,以及三种不同铜钴比的铜钴尖晶石型复合氧化物,并以二甲苯氧化为模型反应,采用XRD,BET及程序升温还原(TPR)等手段进行了研究.     

不同氧化态的离子掺杂对limn2o4电化学性能的影响

以CH3COOLi·2H2O、(CH3CO2)2Mn·4H2O、氧化物和柠檬酸为原料,采用流变相法经过2次灼烧后得到了不同氧化态离子掺杂的尖晶石化合物LiMn1.95M0.05O4(M:Li,Mg,Co,Ti,V)。通过X射线衍射测试技术对合成的产物物相进行表征,所得产物均具有纯相尖晶石结构。同时应用软件计算了其晶格常数,结果发现金属离子的掺杂不同程度地减少晶格大小。通过循环伏安法研究发现,在4V区域有2步可逆过程发生,对应于锂离子的脱嵌。掺杂的金属离子对于峰电位以及峰面积都有影响。Mn3 的含量越低,峰的面积越小。金属离子与氧的键能越大,峰电位越高。50次充放电循环测试表明,通过掺杂改性来改善尖晶石LiMn2O4的电化学性能时,在掺杂相同量阳离子的尖晶石化合物中,以选择氧化态为Co3 掺杂的化合物具有最佳的充放电容量和循环性能。     

Electrochemical study of spinel oxide systems with nominal compositions Ni1− x Cu x Co2O4 and NiCo2− y Cu y O4

Studies on the electrochemical behaviour of Ni_{1− x} Cu _x Co₂O₄ (x ≤ 0.75) and NiCo_{2− y} Cu _y O₄ (y ≤ 0.30) electrodes in 5 mol dm⁻³ KOH aqueous solutions are presented. The oxide layers have been prepared by thermal decomposition of aqueous nitrate solutions on nickel supports at 623 K. Powder samples were also prepared by thermal decomposition under the same conditions. The powder samples and the oxide layers were characterised by X-ray powder diffraction. The influence of the copper content on the voltammetric response of the electrodes and activity towards oxygen evolution reaction is analysed and correlated with the surface composition of the electrodes by means of X-ray photoelectron spectroscopy data. The analysis of the results reveals that the presence of Cu affects the electrode behaviour and its influence depends on which cation has been replaced. Received: 22 February 1999 / Accepted: 26 October 1999     

Al掺杂对尖晶石型LiMn2O4结构及循环性能的影响

用柠檬酸作为螯和物的载体,采用溶胶-凝胶法合成了A l3 掺杂的锂离子电池正极材料L iA lxMn2-xO4。XRD,SEM研究表明,于800℃煅烧可获得单一尖晶石结构的物相;随着A l3 掺入量的增加,L iA lxMn2-xO4的晶格常数变小,晶格更趋于完整,有利于抑制因锂的反复脱嵌而造成的结构破坏。x=0.05时,首次放电容量为103.8 mAh.g-1,25次循环后放电容量还有100.6 mAh.g-1,容量衰减仅为3.08%。