纳米纤维素基多层级孔道结构碳气凝胶的制备及在锂电池中的应用

采用纳米精磨法对商品桉木浆进行纳米纤丝化处理,得到了高长径比、尺寸均一的纳米纤丝化纤维素(NFC),平均直径为230.10 nm,长度达数十微米.将其组装、干燥后制得具有大量介孔的纳米纤丝化纤维素气凝胶(NFCA).将NFCA在氮气氛围下高温碳化制得碳气凝胶(CNFA),或在氢氧化钾条件下辅助碳化制得具有多层级孔道结构的碳气凝胶(CNFA-A),在保留的碳气凝胶骨架结构上进行孔洞构建.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征及Nanomeasure统计分析,发现NFC的平均直径经碳化后减小到53.16 nm.利用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试和拉曼光谱揭示了碳化处理对纳米纤维素结构、比表面积、石墨化程度和缺陷的影响.结果表明,KOH辅助碳化处理后的碳气凝胶不仅保留了纤维素气凝胶前驱体的网络结构,还在其骨架上二次构建了更多的微孔和介孔,其比表面积高达488.92 m2/g,总孔容为0.404 cm3/g,所得的碳骨架被部分石墨化,具有良好的导电性.这类源于生物质的高比表面积碳气凝胶在被用作锂离子电池(LIB)负极材料时表现出优异的电化学性能,在电流密度1 A/g下连续充放电1000次后比容量达到409 m A·h/g,在电流密度高达20 A/g下,比容量还能维持在219 m A·h/g.     

磷掺杂缺陷WS2纳米片诱导的高效析氢性能

通过超声剥离法制备二硫化钨(WS₂)纳米片,将纳米片和红磷(P)混合,用氩气(Ar)等离子体对混合物进行处理,制备了P掺杂缺陷WS₂纳米片。对制备的材料进行电催化析氢(hydrogen evolution reaction,HER)测试,结果表明P掺杂的缺陷WS₂纳米片相对于缺陷WS₂纳米片和WS₂纳米片表现出优越的HER催化活性(较小的过电位和Tafel斜率,优异的稳定性)。密度泛函理论计算结果表明,在WS₂结构中P原子和缺陷结构改善了其电子结构,使其具有更加合适的H⁺吸附能垒和H₂生成动力学性能,从而提高催化活性。     

磷掺杂缺陷WS2纳米片诱导的高效析氢性能

通过超声剥离法制备二硫化钨(WS₂)纳米片,将纳米片和红磷(P)混合,用氩气(Ar)等离子体对混合物进行处理,制备了P掺杂缺陷WS₂纳米片。对制备的材料进行电催化析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)测试,结果表明P掺杂的缺陷WS₂纳米片相对于缺陷WS₂纳米片和WS₂纳米片表现出优越的HER催化活性(较小的过电位和Tafel斜率、优异的稳定性)。密度泛函理论计算结果表明,在WS₂结构中P原子和缺陷结构改善了其电子结构,使其具有更加合适的H⁺吸附能垒和H₂生成动力学性能,从而提高催化活性。