化学气相反应法制备不同碳基体表面SiC涂层组织结构分析

采用化学气相反应法, 以同种工艺分别在石墨和C/C复合材料表面制备了SiC涂层, 借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等手段分析了涂层的微观结构, 研究了不同碳基体对SiC涂层结构和表面形貌的影响, 并初步对比考察了涂层的高温抗氧化性能. 结果表明: 制备的SiC涂层整体致密, 与基体结合良好, 但存在明显的结构差异. 石墨表面制得的SiC涂层呈梯度分布, 涂层主要由致密外层及过渡内层组成, 而C/C复合材料表面制得的SiC涂层仅由致密外层组成; 在1823 K的空气氧化氛围中, 与C/C复合材料SiC涂层试样相比, 石墨SiC涂层试样表现出更好的高温抗氧化性能, 经30 h氧化及7次循环热震实验后, 涂层试样的氧化失重率仅为0.182%.     

优化碳包覆对正极材料LiFePO4/C高倍率性能的影响

碳包覆层的结构和形态对LiFePO4正极材料的电子电导率影响很大. 本文以聚丙烯和葡萄糖为碳源, 二茂铁为催化剂前驱体, 采用原位固相法合成LiFePO4/C复合材料, 并对其微观结构和形貌, 碳的结构与含量, 电化学性能进行分析. 结果表明, 聚丙烯热解形成的碳包覆层石墨化程度高, 可提高材料的高倍率放电性能. 二茂铁的加入有助于优化包覆层的碳结构. 制备的LiFePO4/C复合材料具有优异的高倍率电化学性能, 10C (1C=170 mA·g-1)放电比容量达到145 mAh·g-1.     

新型沥青基ACNT/C纳米复合材料的制备与表征

以超长定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架，中温煤焦油沥青为浸渍剂，采用浸渍-炭化工艺经过一个循环制备了密度约为1.25 g·cm^-3的沥青基定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、偏光金相显微镜(PLM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱分析对这种新型纳米炭材料进行了表征。结果表明ACNT/C中沥青炭为明显的各向异性组织，以碳纳米管为核心形成了非常细密的流线型层片结构，具有较高的晶化程度。采用热失重分析(TGA)方法考察了材料在空气中的热稳定性能，发现ACNT/C纳米复合材料在空气中的热失重初始温度比相同工艺条件下，以炭纤维为骨架制备的密度相近的炭/炭(C/C)复合材料提高了50 ℃左右。     

两步法制备具有自愈合能力的纯SiC涂层

为了提高碳/碳(C/C)复合材料的抗氧化性能,通过两步法在基体表面制备了具有自愈合能力的纯SiC涂层.首先,通过高含氢硅油(H-PSO)的高温热解在基体表面引入SiC纳米线,然后通过高温渗Si,在碳材料表面生成厚度约为100-200μm的涂层.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征了所制备的涂层形貌及相组成,并对所制备的试样进行了氧化实验.实验结果表明:涂层是由纯SiC构成的,且具有一定的自愈合能力;所制备的试样在1400℃下氧化4h,失重仅为0.71%,抗氧化性能得到提高.     

有序介孔C/NiO复合材料的合成及其电化学性能

以嵌段共聚物F127(Mw=12600, PEO106PPO70PEO106)为模板剂, Ni(Ac)2·4H2O为Ni源, 低分子量的酚醛树酯为碳源, 通过溶胶-凝胶三元共组装方法合成高度有序介孔C/NiO复合材料. 对样品进行X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸脱附等结构表征及循环伏安(CV)等电化学性能测试. 结果显示, NiO晶体和碳组成了C/NiO复合材料的基本骨架, 该复合材料具有高度有序的介孔结构. NiO晶体的存在极大地提高了复合材料的电化学性能, 当C/NiO达到4:1(苯酚与Ni(Ac)2·4H2O的摩尔比)时复合材料的比电容达到444.1 F·g-1, 而有序的介孔结构并没有被破坏, 使得该材料具有较好的应用前景.     

流变相法制备倍率性能优异的LiFePO4/C复合材料

以月桂酸为碳源和表面活性剂,氢氧化锂、碳酸锂和醋酸锂为锂源,采用流变相法制备LiFePO4/C复合材料。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分析、恒流充放电测试、循环伏安以及交流阻抗测试等方法对复合材料进行表征。结果表明,不同的锂源对LiFePO4/C复合材料的结构和电化学性能均有很大影响,以氢氧化锂为锂源合成的LiFePO4/C材料展示出最佳的循环性能和倍率性能。该材料在0.1C下放电比容量为153.4 mAh.g-1,在大倍率10 C下,容量保持率仍可达76%,甚至10C下循环800次后,容量衰减率仅有4%,SEM结果显示该材料具有较小的粒径(～200 nm),且分布集中,有效提高了电子迁移速率,从而改进了LiFePO4/C的倍率性能。     

α-Fe2O3/C复合材料的制备及性能研究

采用高温固相反应法制备α-Fe2O3/C复合材料,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、电化学阻抗谱对其结构和电化学性能进行了表征.充放电测试结果显示,α-Fe2O3/C复合材料循环50周时可逆充电容量为935.3 mAh?g-1,循环性能较商品化α-Fe2O3有显著改善.电化学阻抗谱测试结果显示,α-Fe2O3/C复合材料电极在首次嵌锂过程中分别出现了锂离子通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的迁移、材料的电子电导率、电荷传递过程相关的半圆,并详细分析了它们的变化规律.     

镁热还原法制备有序介孔Si/C锂离子电池负极材料及其电化学性能

以SBA-15为前驱体,在660 ℃下通过镁热还原反应得到介孔硅材料,并对其进行碳包覆处理,成功地制备了有序介孔Si/C（OMP-Si/C）复合材料。该OMP-Si/C材料保留了SBA-15模板的有序蜂窝孔道,并且形成具有高堆积密度的莲藕链束结构。文中还提出了一个SBA-15镁热还原液态环境反应模型,探讨了660 ℃下硅的高度有序介孔与莲藕链束结构的形成机理。利用X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸脱附法及拉曼光谱对样品物相和微观形貌进行了表征。这种高度有序介孔Si/C复合材料具有优异的电化学性能,展现出其在第二代锂电池负极材料领域中的潜在应用价值。     

水热法制备无定形ZnSnO3/C复合材料及其电化学性能研究

采用葡萄糖水热碳化法制备了碳包覆无定形ZnSnO3复合材料(ZnSnO3/C),并利用采用X射线衍射、透射电镜、恒电流充放电测试和交流阻抗技术表征、观察与测试样品的结构、形貌以及电化学性能.实验结果表明,ZnSnO3/C复合材料具有典型的核壳结构,ZnSnO3/C复合料表现较高的比容量和优异的循环性能,100周期循环比容量仍保持659 mAh·g-1.     

铜包覆多孔硅基材料p-Si@Cu(x)的制备与性能

在球形SiO_2颗粒表面包覆适量的CuO,经还原得到铜包覆的多孔硅复合材料[p-Si@Cu(x)].利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积分析等手段对样品的组成、物相结构、微观形貌和孔结构进行分析,并初步研究了材料的循环性能和倍率性能.结果表明,铜包覆量x=0.05时,在100 mA/g电流密度下,样品的首次放电容量为3596.9 mA·h/g,首次充电容量为2590.7 mA·h/g,首次库仑效率为72.03%;在1C倍率下可逆容量为1004.9 mA·h/g,0.1C倍率下循环100周后的可逆容量仍为1706.5mA·h/g,容量保持率为76.1%.     

SiO_2/C复合负极材料的制备及其性能

采用在纳米SiO2表面包覆聚苯胺,并经过热处理后,制备了SiO2/C纳米复合材料.通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对材料的晶体结构和表观形貌进行了表征.同时也对材料的电化学性能进行了测试,结果表明,50 mA/g电流密度下,SiO2/C纳米复合材料首次放电比容量达到830.5 mAh/g,100次循环后,放电比容量仍然保持在510 mA/g以上.电化学交流阻抗测试表明,SiO2表面包覆的碳层能显著减小电极的界面阻抗,提高电池的电化学性能.     

基于有机磷酸类MOFs前驱体制备Ni2P/C复合材料

以镍为金属中心、 对二甲苯二磷酸为有机配体, 构筑了一种有机磷酸类Ni-MOF前驱体, 再经过一步碳化, 原位制备出多孔碳包覆Ni₂P纳米颗粒的复合材料. 该复合材料保留了前驱体的片状形貌, 比表面积可达202 m²/g, 复合材料中的Ni₂P纳米颗粒具有良好的结晶度, 颗粒均匀且无团聚现象. 在锂离子电池性能测试中, 该Ni₂P/C复合结构在缓解材料体积膨胀的同时提高了材料的电子和离子电导率, 进而提高了材料的电化学性能. 在0.2 C的电流密度下, 材料首次充、 放电比容量分别为247和226 mA·h·g^-1, 库仑效率可达91.7%, 循环200圈后, 库仑效率接近100%.     

二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能

本文采用市售纳米硅为硅源,以软化点低、得碳率高、价格便宜的煤沥青作为碳源,通过两步包覆法制备了煤沥青基硅/碳(Si/C/C)复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的粒径在300~350 nm间,Si纳米粒子被C包覆并相互连结成C-Si-C网络结构,其中Si含量为27%的硅/碳复合物(Si/C/C-27%)作为锂电池电极材料表现了良好的储锂性能。 在0.1 A/g的小电流密度下,Si/C/C-27%的放电比容量为1281 mA·h/g;在3 A/g的大电流密度下,其放电比容量仍能保持在582 mA·h/g,表现了良好的倍率性能。Si/C/C-27%在2 A/g的电流密度下经过100次的循环后其比容量保持率为76.61%,表现了良好的循环稳定性。 相比于煤沥青基碳的一次包覆所得的硅/碳复合材料(Si/C),Si/C/C有效提高了Si纳米粒子的导电性并抑制了其在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀。 本文提出的二次包覆的新方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料提供了新的研究思路。     

微波水热时间对C/C复合材料结构和抗氧化性能的影响

以磷酸、B4C和Al2O3为原料,采用一种新的微波水热法对C/C复合材料基体进行了抗氧化改性,重点研究了微波水热时间对改性试样物相组成、微观结构和抗氧化性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)对改性后试样进行了表征。结果表明:改性后复合材料表面覆盖了一层由熔融态的HPO3、B2O3和结晶的Al(PO3)3、微量B4C粒子组成的涂层。经60~120 min的微波水热改性,复合材料的抗氧化性能随着微波水热处理时间的延长而改善,达到一定程度后,其变化不再明显。微波水热处理100 min后的试样抗氧化性能最佳,在600℃静态空气气氛下氧化16 h后,氧化失重仅为9.5×10-4 g.cm-2,氧化失重速率维持在4.46×10-5 g.cm-2.h-1的极低水平。     

SiC/C3 N4复合材料的光催化降解亚甲基蓝性能研究

采用冷却结晶法制备不同配比的SiC与三聚氰胺前驱体,煅烧后得到SiC/C_3N_4复合材料,研究了在白炽灯照射下复合材料对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明,SiCN100型SiC/C_3N_4复合材料的光催化降解能力最强,光照150 min时亚甲基蓝的降解率达到76%,光降解反应速率常数为0.00757 min~(-1),是纯SiC的6倍,且该催化剂在循环测试中性能稳定。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见-漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)表征了SiC/C_3N_4复合材料,并通过活性基团捕获实验,深入分析了亚甲基蓝的光催化降解机理,发现电子在降解过程中起最关键的作用,活性基团对降解率的影响程度依次为e~-h~+·O■。     

百香果皮基原位氮掺杂多孔碳/硫复合正极的制备及储锂性能

以生物质百香果皮为碳源,KHCO3为活化剂,采用同步活化碳化方法制备原位氮掺杂的分级多孔碳材料,将其与单质硫复合制得多孔碳/硫正极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征技术对制备材料的物相组成、微观形貌、比表面积及孔结构进行研究分析。同时,利用紫外可见吸收光谱研究了多孔碳对多硫化物的吸附作用,用恒电流充放电测试了不同硫含量(60%～80%)的多孔碳/硫复合正极材料的电化学性能。结果表明,制得的多孔碳材料为无定型,具有1 093 m²·g^-1的高比表面积和0.63 cm³·g^-1的孔容;丰富的多孔结构和原位氮掺杂对多硫化物的物理化学协同吸附作用,有效降低了锂硫电池的“穿梭效应”,提高了电池的放电比容量和循环性能。硫含量为60%的多孔碳/硫复合材料,在0.05C和0.2C倍率下可释放1 057.7和763.4 mAh·g^-1的高初始放电比容量,在1C的高倍率下循环300次后的保持率为75%。     

MoO2/C共包覆Si/石墨复合锂离子电池负极材料的研究

采用溶胶-凝胶法, 用二氧化钼(MoO₂)和C共同包覆Si/石墨粒子制备了Si/石墨/MoO₂/C锂离子电池负极材料. 利用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(CV)和电化学阻抗(EIS)等分析了材料的形貌和性质. 结果表明, MoO₂/C的共包覆在缓解材料体积膨胀的同时提高了材料的电子和离子电导率, 进而提高了材料的电化学性能. 复合材料的首次充电比容量为2494 mA·h/g, 首次库仑效率为72%, 经过100次循环后比容量为636.6 mA·h/g.     

回收利用煤矸石低成本制备Ni/C/CG复合型吸波材料

采用煤矸石(CG)作含碳载体、淀粉作补充C源、硝酸镍作Ni源,借助液相浸渍结合碳热还原工艺制备Ni/C/CG复合型微波吸收材料;研究碳热还原温度对材料组成、微观结构与性能的影响.结果表明,碳热还原温度会影响碳与Ni的结晶状态及Ni微粒大小,进而对材料的电磁性能特别是介电性能产生显著影响.得益于良好的阻抗匹配特性与强的微...     

嵌段共聚物模板法一步制备WC/C基底电极材料

以酚醛树脂作为碳源,采用嵌段共聚物模板法一步制备新型有序介孔碳化钨/碳（WC/C）纳米颗粒. WC/C颗粒的比表面积为414 m²·g^-1,表面的平均孔径约为38 nm,处于介孔范围内（2 ~ 50 nm）. 通过调节树脂预聚时间以及碳化温度等条件制备出结构形貌较优的WC/C复合材料,并探讨了材料形成机理. 使用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及氮气吸脱附等方法表征了复合材料的结构. 将贵金属铂负载于WC/C表面制备得新电催化材料Pt-WC/C,使用循环伏安法和计时电流法对Pt-WC/C复合材料的电化学性能进行检测,并与商用碳载铂（Pt/C）材料进行对比. 测试结果发现,Pt-WC/C对甲醇的电催化活性以及稳定性等方面都表现出优于商用Pt/C材料的活性,这主要归功于碳化钨高度分散于碳表面.     

乳液分散法制备高分散纳米锡/介孔碳复合材料及其电化学性能

以间苯二酚和糠醛聚合而成的可溶性树脂为碳源,SnCl2为锡源,表面活性剂F127为模板剂,通过乳液分散法将锡源原位复合嵌入于介孔碳材料中,制备了纳米锡基材料高度分散于介孔碳中的复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸脱附(BET)、循环伏安(CV)等对材料的微观结构和电化学性能进行了表征。结果显示锡基材料在介孔碳中较为密集,分布均匀,粒径小于5 nm。介孔碳丰富的孔道结构有效限制和缓解了锡基材料的生长、团聚和体积膨胀,同时高比表面积增加了电解液与锡基活性材料的接触,提供了更多的反应活性点,从而获得了更高的电化学活性。充放电测试结果显示,700℃热处理后,锡/介孔碳纳米复合材料经过50次循环后实际放电比容量达203.4 mAh.g-1,表现出良好的电化学性能。