自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO3纳米棒阵列电极用于碱性阴离子交换膜电解水

开发高效耐用的电极对碱性阴离子交换膜电解水（AEMWEs）制氢至关重要。在这项研究中,我们展示了一种高效且稳定的自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF纳米棒阵列电极分别用于析氧反应（OER）和AEMWE的阳极。在这项工作中,我们将2D的镍铁层状双金属氢氧化物纳米片（NiFe LDHs）原位生长在1D的碱式碳酸钴纳米线上（Co-OH-CO₃/NF）,最终得到独特的纳米棒阵列复合结构电极。在三电极体系中,自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF对OER具有良好的催化活性, 在1 mol·L^-1 KOH中, 当电流密度为20 mA·cm^-2时,过电位为215 mV。当自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF作为AEMWE的阳极（70 ^oC,1 mol·L^-1 KOH）,在电流密度为0.5 A·cm^-2时, 电解电压为1.72 V,并且具有较好的稳定性。进一步的实验表征结果显示了自支撑NiFe LDHs@Co-OH-CO₃/NF的优异性能是其具有特殊的形貌结构。这是由于纳米棒阵列电极的三维分层结构可以有效防止纳米片团聚, 从而有利于电子转移,为水分解提供大量的边缘活性位点。     

水热法制备锂电池Si@C负极材料的工艺优化研究

水热法是广泛应用于锂离子电池Si@C电极材料的一种制备方法,其反应条件是影响产物最终形貌和性能的重要因素, 采取最佳的反应工艺可以大大提升材料的电化学性能。本研究中, 使用葡萄糖作为碳源, 光伏切割废料硅为硅源, 探究了水热法制备核壳结构Si@C电极材料的最优工艺, 分别研究了温度、 原料浓度、 反应时间和原料比例对产物的形貌、 性能的影响以及相互之间的关系, 并得到最佳反应条件。在该条件下(葡萄糖浓度为0.5 mol·L^-1, 硅与葡萄糖重量比为0.3:1, 反应温度190 ^oC, 反应时间9 h), 得到了包覆完整、 粒径适中的Si@C电极材料(CS190-3), 对以该样品为负极的扣式半电池进行电化学测试, 在655 mA·g^-1的电流密度下, 其首圈放电比容量为3369.5 mAh·g^-1, 经过500次循环剩余容量为1405.0 mAh·g^-1。倍率测试中, 在6550 mA·g^-1的电流密度下,其剩余容量为937.1 mAh·g^-1,当电流密度恢复至655 mA·g^-1时,电池放电比容量仍可恢复至1683.0 mAh·g^-1。     

玻碳材料脉冲电沉积纳米晶体镍的制备及其性能研究

由于纳米晶体镍具有电催化甲醇的活性,本文采用双脉冲法在玻碳表面上电沉积制备了纳米晶体镍,并分析了脉冲条件对其晶粒尺寸的影响。电沉积的溶液组成为300 g·L^-1 NiSO₄·6H₂O,45 g·L^-1 NiCl₂·6H₂O,40 g·L^-1 H₃BO₃,5 g·L^-1 C₇H₅NO₃S,0.05 g·L^-1 C₁₂H₂₅NaO₄S,最优的脉冲工艺参数是脉冲平均电流密度为100 mA·cm^-2、脉冲占空比为30%,脉冲频率为100 Hz, pH为1.5、温度为55 ^oC。利用XRD、TEM、循环伏安以及电化学阻抗分析了纳米晶体镍的晶粒尺寸、结构及性能。制备的电沉积层致密均匀,为典型的面心立方结构,晶体镍的平均粒径在18 nm左右,玻碳材料表面上通过电沉积得到的纳米晶体镍在碱性环境下对甲醇具有良好的电催化活性。     

磷化镍/氮磷共掺杂碳负极材料的制备及其电化学性能研究

以离子液体为碳源和氮源、次亚磷酸钠为磷源、乙酸镍为镍源,一步法制备了磷化镍/氮磷共掺杂碳(Ni₂P/NPC)复合材料。SEM、TEM等检测结果表明Ni₂P纳米颗粒在N、P共掺杂碳骨架上均匀分布。将所制备Ni₂P/NPC作为锂离子电池负极材料时,Ni₂P/NPC电极在0.1、0.5、1、3和5 A·g^-1电流密度下的放电比容量分别为377.7、 294.1、 265.4、211.7和187.5 mAh·g^-1。当电流密度重新回到0.1 A·g^-1,放电比容量为368.1 mAh·g^-1。电极结构在大倍率下可以保持稳定,表现出优异的倍率性能。在0.5 A·g^-1的电流密度下经200次循环后放电比容量维持在301.8 mAh·g^-1,容量保持率为80.7%,CV曲线证实Ni₂P/NPC在储锂过程中是由扩散过程和电容行为共同控制。     

Ti基ZnO纳米棒阵列的制备及其光催化性能研究

采用两电极体系中恒电流电沉积在Ti基底上制得较均一的ZnO纳米棒阵列,利用SEM和XRD观察表征样品,研究Zn(NO₃)₂浓度及电流密度对ZnO纳米棒阵列微观形貌的影响. 以甲基橙为目标降解物,考察该电极光催化性能. 结果表明,Zn(NO₃)₂浓度和电流密度对纳米棒阵列的形貌有显著影响;与ITO玻璃等其他基底相比,在Ti基底上也可沉积较好均一取向的ZnO纳米棒阵列;紫外灯照射下,ZnO/Ti电极对甲基橙（10 mg·L^-1）模拟印染废水降解2.5 h,降解率达到83.3%,光催化活性较佳;无光照时ZnO纳米棒的降解率仅7%.     

氢气泡模板法制备多孔镍用于电催化氧化乙醇

多孔镍通过同时在水溶液中析出氢气及还原镍离子电沉积生成,其在强碱溶液中对乙醇表现出良好的电催化氧化效果。 在1 mol/L KOH溶液中,多孔镍的电极反应为准可逆的β-氢氧化镍与β-羟基氧化镍之间质子耦合电子转移。 循环伏安图显示峰值电流密度与电势扫描速度平方根成线性关系,据此计算可得多孔镍的质子扩散系数值为2.92×10^-8 cm²/s,其高于块状镍体系的质子扩散系数值约4个数量级,这可能由真实表面积增大导致。 循环伏安法和计时电流法用来表征多孔镍对乙醇的电催化氧化能力,相对于(220)镍电极,多孔镍表现出更高的催化效率,计时电流法测量的催化反应速率常数为7.17×10³ cm³/(mol·s)。     

石墨毡载纳米δ-MnO2高性能除铵净水材料研究

首先制备了α-MnO₂纳米花簇、β-MnO₂纳米针和δ-MnO₂微米颗粒三种不同晶型的MnO₂粉末材料，对其结构、形貌及吸附除铵能力进行了表征和测试.结果表明，层间距（7.2Å）大于NH₄⁺直径（2.96Å）和水合NH₄⁺直径（6.62Å）的δ-MnO₂相比其他两种晶型的MnO₂有更高的NH₄⁺吸附量；接着研究采用KMnO₄原位氧化还原法在石墨毡（GF）上直接生长超薄δ-MnO₂纳米片（MnO₂NPs）阵列构筑了石墨毡载纳米MnO₂（MnO₂NPs/GF）多级结构材料，制备简单，无须成型造粒就可直接用作除铵净水材料，研究结果表明，MnO₂NPs/GF不仅具有较高的吸附量（15 mg·g^－1）与良好的选择性，同时还展现了优异的快速吸附和稳定的循环使用性能.MnO₂NPs/GF对水中NH₄⁺的吸附符合准二级动力学模型，其吸附等温线符合Langmuir吸附等温式，是吸附-离子交换法除铵的理想材料.     

对-（β-羟乙基砜）苯胺的电化学合成

本文研究了以对-硝基苯基-β-羟乙基砜为原料在铅板电极上电化学还原制备对-（β-羟乙基砜）苯胺的反应,探究电流密度、通电量、温度和硫酸浓度对电流效率和产率的影响。在最优条件下（电流密度300 A·m^-2,理论通电量6.0 F·mol^-1,温度70℃,硫酸浓度1.5 mol·L^-1）,该反应的电流效率达到92.7%,产率达到93.0%。在该最优条件的基础上向电解液中加入质量分数2.0%的硫酸钛可将产率提升至97.8%,硫酸钛的引入间接缓解了反应后期原料扩散速率慢的问题。     

Co金属有机骨架模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料及电容性能

通过两步法先在泡沫镍(nickel foam,NF)上原位生长Co金属有机骨架(Co metal-organic framework,Co-MOF)纳米片阵列,再浸入不同浓度Ni²⁺离子溶液刻蚀Co-MOF纳米片,在NF表面得到NiCo水滑石(NiCo layered double hydroxide,NiCo-LDH)。NiCo-LDH/NF继承了Co-MOF纳米片结构形成一级纳米片阵列,并在一级纳米片表面形成次级纳米片褶皱。在2 mmol Ni(NO₃)₂·6H₂O溶液中刻蚀得到的NiCo-LDH/NF表现出高容量、高倍率性能,在电流密度为5 mA·cm^-2时比电容为7 764.5 mF·cm^-2,电流密度为20 mA·cm^-2时比电容为6 098.2 mF·cm^-2,容量保持率为78.5%,在20 A·g^-1电流密度下经过5 000次长循环后,容量保持率为85.9%。与活性炭组装的混合...     

还原氧化石墨烯@泡沫镍载CoO纳米花电极制备及催化CO2性能

本文以氧化石墨烯包覆泡沫镍电极(GO@NF)作为基底,采用水热法在GO@NF基底上原位生长CoO纳米花,同时GO在水热过程中被同步热还原为还原氧化石墨烯(RGO),从而一步制得还原氧化石墨烯包覆泡沫镍负载CoO纳米花电极(CoO/RGO@NF)。使用XRD和SEM对CoO/RGO@NF电极进行表征,发现CoO纳米花均匀生长在泡沫镍三维网络结构上,CoO纳米花为大量针状纳米棒围绕一个中心而成的花状结构,纳米棒的长度约为10 ~ 15 μm,直径约为100 ~ 200 nm。使用循环伏安和线性扫描法测试了CoO/RGO@NF电极电催化CO₂的还原性能,在-0.76 V（vs. SHE）电位下,CoO/RGO@NF电极电催化CO₂还原的电流效率达到70.9%,产甲酸法拉第效率达到65.2%,甲酸产率为59.8 μmol·h^-1·cm^-2,且电极可持续稳定电催化还原CO₂ 4 h,表明CoO/RGO@NF电极对CO₂电还原有着优良的催化活性、选择性和稳定性。     

磁性金属镍纳米管的有效合成

以多孔氧化铝为模板, 三嵌段共聚物F127(EO108PO69EO108, EO: ethylene oxide, PO: propylene oxide)为添加剂, 采用电化学沉积技术, 制备了高度有序的磁性金属镍纳米管阵列. 该合成方法简单、有效、易操作, 特别是, 氧化铝模板的孔壁不需要进行任何修饰. 通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)对产物的形貌、结构和磁学性质进行表征. X射线衍射(XRD)分析表明, 产物的晶型结构为面心立方. 利用透射电子显微镜研究了实验参数, 如电流密度、共聚物浓度和电沉积时间, 对产物形貌的影响, 结果表明, 镍纳米管的管壁厚度随着电流密度增大和电沉积时间的延长而变大, 但几乎不受F127浓度变化的影响. 以上的实验表明, 调节实验参数, 可以有效控制纳米管管壁的厚度. 磁性研究结果表明, 与块体镍相比较, 镍纳米管阵列表现出较大的矫顽力.     

Electroless Deposition of Nickel Nanowire and Nanotube Arrays as Supports for Pt-Pd Catalyst for Ethanol Electrooxidation

Nickel nanowire and nanotube arrays as supports for Pt-Pd catalyst were prepared by electroless deposition with anodic aluminum oxide template. Pt-Pd composite catalyst was deposited on the arrays by displacement reaction. SEM images show that the nickel nanowires have an average diameter of 100 nm and the nickel nanotubes have an average inner diameter of 200 nm. EDS scanning reveals that elemental Pt and Pd disperse uniformly on the arrays. Cyclic voltammetry study indicates that the nickel nanotube array loaded with Pt-Pd possesses a higher electrochemical activity for ethanol oxidation than the nickel nanowire array with Pt-Pd.     

镍有序纳米孔洞阵列厚膜的制备和表征

以阳极氧化铝为模板,通过两步复型的方法,制备了金属镍的有序纳米孔洞阵列厚膜.镍膜的孔道彼此平行,呈六角排列,孔径约40 nm,孔洞间距80 nm,孔密度约1011个/cm2 .     

锌掺杂NiCoP多孔双层阵列电极材料的制备及电催化产氢性能

通过水热、 原位磷化及HCl选择性刻蚀的方式构建了一种在泡沫镍上生长的新型Zn掺杂NiCoP多孔双层阵列结构, 与传统的单层阵列相比, 顶层纳米叶片阵列在泡沫镍载体上的底层纳米线阵列上均匀生长, 最大限度地暴露出催化的活性位点, 提供了较大的电解液接触面积. 多孔等级结构也加速了氢气泡的释放. 结果表明, 优化后的多孔H-Zn-NiCo-P催化剂在碱性电解液(1 mol/L KOH)中展现出优异的电解水产氢性能. 该材料驱动电流密度10和100 mA/cm²所需要的过电位仅为59和156 mV, Tafel斜率为66 mV/dec, 且表现出良好的电化学稳定性.     

Three-Dimensional Nickel-Nickel Oxide Core-Shell Nanorod Array for Nonenzymatic Glucose Sensing

Nickel-nickel oxide core-shell nanorod array electrodes were fabricated and a preliminary application for nonenzymatic glucose determination exhibited excellent performance. The nanorod array electrode was synthesized for the first time by an anodic aluminum oxide template assisted electrochemical deposition technique. Facile oxidation was employed to convert nickel at the outer surface of the nanorods to nickel oxide, resulting in a nickel-nickel oxide core-shell nanorod array. The successful conversion was confirmed by x-ray diffraction, cyclic voltammetry, and scanning electron microscopy. The modified electrode possessed high surface area contributed by the nanorods, and efficient mass transfer due to the wide internanorod gap. The electrode provided high sensitivity (127 microampere square centimeter per millimolar), a low limit of detection (～0.5 micromolar), and a long linear dynamic range (up to 14 millimolar) for the determination of glucose. Accurate determination of glucose in human serum was performed. This synthetic strategy may have further application for the preparation of high surface area thin-film electrodes for a variety of applications.     

Atomically Dispersed Nickel(I) on an Alloy-Encapsulated Nitrogen-Doped Carbon Nanotube Array for High-Performance Electrochemical CO2 Reduction Reaction

Single-atom catalysts (SACs) show great promise for electrochemical CO₂ reduction reaction (CRR), but the low density of active sites and the poor electrical conduction and mass transport of the single-atom electrode greatly limit their performance. Herein, we prepared a nickel single-atom electrode consisting of isolated, high-density and low-valent nickel(I) sites anchored on a self-standing N-doped carbon nanotube array with nickel–copper alloy encapsulation on a carbon-fiber paper. The combination of single-atom nickel(I) sites and self-standing array structure gives rise to an excellent electrocatalytic CO₂ reduction performance. The introduction of copper tunes the d-band electron configuration and enhances the adsorption of hydrogen, which impedes the hydrogen evolution reaction. The single-nickel-atom electrode exhibits a specific current density of −32.87 mA cm⁻² and turnover frequency of 1962 h⁻¹ at a mild overpotential of 620 mV for CO formation with 97 % Faradic efficiency.     

Atomically Dispersed Nickel(I) on an Alloy‐Encapsulated Nitrogen‐Doped Carbon Nanotube Array for High‐Performance Electrochemical CO2 Reduction Reaction

Single‐atom catalysts (SACs) show great promise for electrochemical CO₂ reduction reaction (CRR), but the low density of active sites and the poor electrical conduction and mass transport of the single‐atom electrode greatly limit their performance. Herein, we prepared a nickel single‐atom electrode consisting of isolated, high‐density and low‐valent nickel(I) sites anchored on a self‐standing N‐doped carbon nanotube array with nickel–copper alloy encapsulation on a carbon‐fiber paper. The combination of single‐atom nickel(I) sites and self‐standing array structure gives rise to an excellent electrocatalytic CO₂ reduction performance. The introduction of copper tunes the d‐band electron configuration and enhances the adsorption of hydrogen, which impedes the hydrogen evolution reaction. The single‐nickel‐atom electrode exhibits a specific current density of ?32.87 mA cm^?2 and turnover frequency of 1962 h^?1 at a mild overpotential of 620 mV for CO formation with 97 % Faradic efficiency.     

简易合成纳米多层级镍中空亚微球及其催化苯酚加氢的研究

采用简易一锅法, 在十二烷基硫酸钠-聚乙烯吡咯烷酮水溶液中, 利用水合肼在65 ℃下还原Ni²⁺制备镍纳米材料, 并对其表面形貌和内部结构进行了表征. 结果表明, 该镍纳米材料是壳层中具有大量介孔的中空亚微球, 且表面呈现出松针状叠合的特殊形貌, 因此是纳米多层级结构, 较厚的壳层使其整体类似于封闭的鸟巢状. 以此镍中空亚微球催化苯酚选择性加氢反应, 150 ℃催化反应4 h苯酚的转化率接近100%, 主产物环己醇的选择性高达90%以上. 该镍中空亚微球循环使用20次催化活性基本没有下降, 而且循环使用20次之后的催化剂曝露于空气中表面未被氧化, 基本不会影响其催化活性, 表明该镍中空亚微球具有高的催化活性和优良的循环稳定性能, 有望作为良好的床层催化剂使用.     

含过渡金属离子的交联蒙托土交联柱中Keggin结构的作用

利用Keggin结构可以发生同晶取代的性质,合成了含过渡金属离子铬、镍的羟基铝交联蒙托土,并运用XRD、~(27)Al-NMR、UV-DRS、XPS、TPR等方法研究了Keggin结构的作用。结果表明,铬、镍都可以和铝生成具有Keggin骨架结构的羟基共聚体,并以此作柱子支撑着蒙托土的层间。铬的取代反应比镍容易发生。共聚法合成出的羟基镍铝交联蒙托土中镍存在两种状态;过量的金属离子对Keggin结构有较大地破坏;Keggin结构的存在增加了交联蒙托土的热稳定性。     

Hierarchically ordered porous nickel oxide array film with enhanced electrochemical properties for lithium ion batteries

Hierarchically ordered porous nickel oxide array film was prepared by electrodeposition through monolayer polystyrene spheres template. The as-prepared film had a highly porous structure of interconnected macrobowls array possessing nanopores. As anode material for lithium ion batteries, the porous array NiO film exhibited weaker polarization, higher coulombic efficiency and better cycling performance in comparison with the dense NiO film. After 50 cycles, the discharge capacity of porous array NiO film was 518 mAh g^? 1 at 1 C rate, higher than that of the dense NiO film (287 mAh g^? 1). The enhancement of the electrochemical properties was due to the unique hierarchical porous architecture, which provided fast ion/electron transfer and alleviated the structure degradation during the cycling process.