氮硫共掺杂多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其较高的理论容量和对环境友好等优势被视为极具发展潜力的储能装置,但是多硫化物的穿梭效应极大地限制了锂硫电池的实际应用。本文以葡萄糖为碳源,离子液体为氮源和硫源,KCl和ZnCl₂为模板剂,KOH为活化剂,通过热解工艺合成了氮硫共掺杂多孔碳（NSPC）。XPS和极性吸附实验表明N、S杂原子成功引入并且提高了碳材料对多硫化物的吸附能力,有效缓解多硫化物的穿梭效应,而较高的比表面积（1290.67 m²·g^-1）有助于提高硫负载量。负载70.1wt.%的硫后（S@NSPC）作为锂硫电池的正极材料表现出了良好的电化学性能。在167.5 mA·g^-1的电流密度下S@NSPC的首次放电容量为1229.2 mAh·g^-1,远高于S@PC的861.6 mAh·g^-1,且S@NSPC循环500圈后容量为328.1 mAh·g^-1。当电流密度从3350 mA·g^-1恢复至167.5 mA·g^-1时,可逆容量达到首圈放电比容量的80%,几乎恢复至其初始值。     

膨胀石墨/聚苯胺/Fe_3O_4复合材料的制备及吸波性能

采用原位聚合方法制备了膨胀石墨/聚苯胺(EG/PANI)复合材料,将Fe_3O_4负载于EG/PANI表面,得到具有电磁吸收性能的EG/PANI/Fe_3O_4复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及矢量网络分析仪(VNA)等对复合材料的形貌、成分和吸波性能进行了研究.吸波性能分析结果表明,当掺杂浓度为0.05 mol/L,匹配厚度d=2 mm时,样品的最小反射损耗(RLmin)在8.64 GHz处达到-37 dB.随着掺杂浓度的增加,最小反射损耗峰向低频移动,对应的匹配厚度逐渐变厚.材料的介电弛豫极化、涡流损耗及λ/4模型的干涉相消现象出现的双峰,使EG/PANI/Fe_3O_4复合材料在电磁波吸收领域有一定的应用前景.     

Ar-O_2混合气体电弧的数值模拟

混合气体电弧被广泛地应用于焊接制造领域,为了深入理解混合气体电弧的传热和传质特性,本文建立了Ar-O_2混合气体电弧的二维稳态数学模型.模型基于局域热平衡假设,混合气体电弧的热力学参数和输运系数是温度和氧浓度的函数,分别采用组合普通扩散系数和组合温度扩散系数描述氧和氩两种组分之间的扩散行为,研究了不同电流条件下的氧分布及其对电弧温度场和流场的影响.结果表明,对于Ar-5%O_2的混合气体电弧,氧在电弧中呈现极不均匀的分布,在电弧中心轴线附近和靠近两极的区域,氧浓度高于混合气体浓度,而在其他区域则明显小于混合气体浓度.在小电流时,氧集中分布于阴极和阳极附近,且在阴极附近出现峰值;而在大电流时,氧的分布明显向阳极集中,且在阳极中心附近出现峰值.两种情形下,氧在距离阳极表面0.1 mm的区域分布都不均匀.与纯Ar保护相比,混入5%的O_2使电弧出现一定程度的收缩,温度和等离子体流速升高.     

无镁超点阵结构A_2B_7型La_(1-x)Y_xNi_(3.25)Mn_(0.15)Al_(0.1)合金的储氢和电化学性能

采用真空电弧熔炼和热处理(950℃×10 h)方法制备了新型无镁超点阵结构A_2B_7型La_(1-x)Y_xNi_(3.25)Mn_(0.15)Al_(0.1)(x=0,0.25,0.50,0.67,0.75,0.85,1.00)退火合金,研究了A端稀土Y元素对退火合金微观组织结构、储氢行为及电化学性能的影响.结果表明,退火合金微观组织的主相均由Ce_2Ni_7型结构组成,随稀土Y含量x增大,Ce_2Ni_7型主相丰度呈先增加后减小的规律,同时Ce_2Ni_7型主相的晶胞体积V逐渐减小.气体储氢时,x=0~0.25合金无压力-组成-温度(PCT)曲线平台且易形成氢致非晶化;当x≥0.50时,合金能有效抑制储氢时的氢致非晶化倾向且具有明显的吸/放氢平台特征,吸氢平台压范围为0.026~0.097 MPa,最大储氢量为1.418%~1.48%(质量分数),储氢性能得到极大改善.电化学测试结果表明,x=0.50~0.85的合金具有较高的电化学放电容量(350.4~381 mA·h/g),经100次充放电循环后容量保持率S100=52%~85%,其中稀土Y含量x=0.67~0.75时的合金具有良好的储氢性能及较好的综合电化学性能.合金电极的高倍率放电性能HRD900=64.5%~85.7%,氢原子在合金体相中的扩散是电极反应动力学过程的控制步骤.     

Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响

采用快速凝固结合脱合金化方法制备了不同Mo含量的纳米多孔Ni-Mo合金，通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附分析等对多孔合金的物相、形貌结构及孔径分布进行了表征，并通过线性扫描伏安、Tafel斜率、交流阻抗和循环伏安等方法测试了多孔合金电极的电催化析氢性能.结果显示，多孔合金电极材料在50 mA/cm²电流密度下析氢过电位随着Mo含量的增加先降低后升高，Ni_2.5Mo_2.5合金析氢活性最强，过电位为218 mV，析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制，交换电流密度为0.29 mA/cm²，经1000周循环后的极化曲线基本保持原状，50 mA/cm²电流密度下过电位增加3.67%，表现出优良的析氢稳定性.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

球形金属表面球磨制备石墨烯薄膜摩擦特性研究

采用球磨的方法实现了在钢球表面制备大面积连续的石墨烯薄膜,考察其随球磨时间变化,石墨烯薄膜在钢球表面的包裹程度、形貌变化、结构演变过程、结合性能及摩擦学性能. 研究表明:随着球磨时间的增加,石墨烯在钢球表面团聚减少,包裹更加均一,结构趋于有序;当球磨时间达到50 h时,在钢球表面形成分布均匀且大面积连续的石墨烯薄膜,使与含氢类金刚石碳薄膜组成配伍的平均摩擦系数从裸钢球的0.043降至0.022,磨痕深度和宽度都显著降低. 经胶带粘取100次或乙醇中超声清洗30 min后球磨制备石墨烯薄膜仍然粘附于钢球表面,在氩气环境下石墨烯薄膜表现出优于钢球的摩擦磨损性能.      

Ni3S2@碳纳米管复合材料的制备及其储钠性能

采用一步固相煅烧工艺制备了碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒（Ni₃S₂@CNT）,并研究了其作为钠离子电池（SIBs）负极材料的电化学性能. 通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗等研究了Ni₃S₂@CNT的物相结构、形貌特征以及电化学性能. 电化学测试表明,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,放电容量可以达到541.6 mAh·g ^-1,甚至在2000 mA·g ^-1的大电流密度下其放电比容量也可以维持在274.5 mAh·g ^-1. 另外,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,经过120周充放电循环后其放电和充电比容量仍然可以保持在374.5 mAh·g ^-1和359.3 mAh·g ^-1,说明其具有良好倍率性能和循环稳定性能. 良好的电化学性能归因于这种独特的碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒结构. 碳纳米管不但可以提高复合材料的导电性,也可以缓冲Ni₃S₂纳米颗粒在反复充放电过程中产生的体积膨胀效应,明显改善了Ni₃S₂@CNT负极复合材料的电化学性能.     

RuO2修饰纳米多孔Ni-Mo复合电极及其电催化析氢性能

采用脱合金化结合胶体聚沉的方法制备了纳米多孔Ni/RuO_2、Ni-Mo/RuO_2复合电极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对电极材料的物相、元素组态、形貌结构、孔径大小和结晶度进行表征,并通过线性扫描伏安、交流阻抗以及循环伏安等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。分析结果显示:RuO_2由于聚沉作用包覆在Ni基合金的骨架表面。Mo的加入使Ni-Mo合金非晶化的同时,促使其骨架细化,形成双连续的纳米多孔结构。Mo与RuO_2的加入以及Mo含量的增加均提高了电催化析氢性能。纳米多孔Ni_(2.5)Mo_(2.5)/RuO_2复合电极在50 mA·cm~(-2)的电流密度下析氢过电位为182 mV。     

磁性PS-DEA树脂的制备与表征

利用二乙醇胺(DEA)对氯甲基化聚苯乙烯基树脂(PS-Cl)进行表面改性,制备了亲水性的PS-DEA树脂,然后以FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O为前驱体通过共沉淀法原位复合制备了磁性PS-DEA树脂.表征了磁性PS-DEA样品的形貌、结构以及磁性能,研究了PS-DEA和磁性PS-DEA对水溶液中Hg(Ⅱ)的吸附性能.结果表明,含有Fe3O4的磁性PS-DEA树脂的比饱和磁化强度(Ms)为0.92 A·m2/kg,磁性树脂中Fe3O4所占的质量分数为1.7%.用Langmuir等温模型拟合了PS-DEA和磁性PS-DEA对水溶液中Hg(Ⅱ)的吸附数据,计算得到最大吸附量分别为320.51和352.11 mg/g,这表明磁性纳米粒子的引入有利于提高树脂的吸附性能,这种磁性树脂有望作为吸附剂用于水处理领域.