层状复合氢氧化物的有机改性方法及应用研究进展

层状复合氢氧化物(LDHs)因其化学组成可调、比表面积大、生物相容性好等特点,目前在环境、能源和生物医药等领域广受关注.然而, LDHs在合成过程中由于其分子内作用力易发生团聚而导致其在基体中的分散不均匀,极大地限制了LDHs在实际中的应用.有机改性是改善LDHs分散性的有效方法,从表面改性和插层改性两个方面综述了近年来LDHs的有机改性方法,并介绍了其在阻燃、吸附、催化、气体阻隔、发光、储能和生物医药材料等领域的应用.最后对改性后LDHs未来的研究方向和应用领域进行了展望.     

层状双金属氢氧化物及其复合材料加速电解水制氢的研究进展

随着经济社会的不断发展和能源的不断消耗,开发清洁能源已引起研究者们的广泛关注。层状双金属氢氧化物(LDH)具有典型的层状结构、制备难度低、组成易调节等优点,在电催化分解水方面表现出可与贵金属催化剂相媲美的性能。目前LDH催化剂仍然存在稳定性不足、活性位点辨别不明、电催化反应机理模糊不清等科学问题亟待解决。本文首先介绍了LDH材料的性质和制备方法,重点从元素和化合物对LDH材料结构和性能的调控、取代阳极OER以及海水氧化三个方面综述了LDH材料在电催化制氢方面的研究进展,阐述了LDH复合材料的形貌、界面作用及化合物之间的协同作用。最后对LDH材料更深层次的研究方向作出展望。     

层状金属氢氧化物中铁位点辅助分散铂纳米颗粒用于高效甲醇氧化（英文）

高活性和耐用性的甲醇氧化电催化剂对于直接甲醇燃料电池的商业可行性至关重要,然而,目前的甲醇氧化电催化剂与预期相去甚远,存在贵金属用量过多、活性平庸、衰减快等问题。在这里,我们报告了锚定在镍铁层状金属氢氧化物(NiFe-LDHs)表面Pt纳米颗粒复合材料,用于在碱性介质中稳定电催化甲醇氧化。基于Pt纳米颗粒的高固有甲醇氧化活性,与商业Pt/C催化剂相比,基底材料NiFe-LDHs在200,000 s循环测试后进一步增强了Pt的抗中毒能力和稳定性。NiFe-LDHs层板上单原子分散的Fe作为锚定位点将Pt纳米颗粒均匀分散在其表面,进一步充分利用了层状金属氢氧化物表面丰富的OH基团,促进邻近Pt位点上毒化中间体的氧化去除。这项工作突出了NiFeLDH在提高甲醇氧化反应整体效率方面的特殊性,为其他甲醇氧化电催化的设计和应用提供了指导。     

钼酸根阴离子在增强聚苯胺包覆的镍钴层状氢氧化物的电容和析氧行为中的关键作用

理论容量大且过电位低的层状氢氧化物(LDHs)是极有前景的超级电容电池和析氧反应的电极材料;然而,体相LDHs的低电导率和活性位点不足增加了电极的内阻,降低了电极容量和产氧效率.本文采用两步法制备了聚苯胺包覆的MoO42?插层的镍钴层状双金属氢氧化物复合电极(M-LDH@PANI).随着LDH中MoO42?含量的增加,针状的LDH微球逐渐演化为具有较高比表面积的片状M-LDH微球,这为整个电极提供了更多的电化学位点.此外,非晶态的聚苯胺包覆提高了复合电极的电导率.在引入适量MoO42?插层离子时,M-LDH@PANI表现出显著强化的储能和催化性能.所获得的M-LDH@PANI-0.5在析氧反应中表现出优越的电催化活性(10 mA cm?2时的过电位为266 mV),作为超级电容电池电极则具有864.8 C g?1的高容量.采用M-LDH@PANI-0.5作为正极及以活性炭作为负极组装的超级电容电池在功率密度为8,300.0 W kg?1时能量密度为44.6 Wh kg?1,且具有优异的循环稳定性(10000次循环后保留83.9％的初始容量).本文为LDH基材料的阴离子插层改性增强材料性能的机理提供了一个非传统的解释.在上述研究基础上,采用射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和比表面积测试(BET)等手段对样品进行了深入表征.XRD结果表明,MoO42?插层的LDH材料的层间晶面(003)的峰随着MoO42?含量的增加而逐渐消失,这是由于晶面间距越大越容易受到晶粒细化的影响,间距大的晶格更容易受到破坏,导致晶格的展宽和弱化,从而间接证明MoO42?的成功插层.SEM、HRTEM和BET测试结果表明,MoO42?的含量对材料的形貌和比表面积具有重大影响.利用XPS对样品的价态进行了研究,发现随着MoO42?含量的增加,Co和Ni的价态没有明显变化.电化学测试结果表明,电极的储能和催化性能随MoO42?含量的增加而先增加后减小.利用理论计算分析了MoO42?在LDH中的插层行为,发现少量的MoO42?有利于扩大LDH的层间间距,而过量的MoO42?则会与LDH的H原子结合,从而与电解液中的OH?竞争,导致复合电极的电化学性能下降.此外,MoO42?插层的片状微球能有效调节材料的去质子化能,大大加速电极表面的氧化还原反应.因此,MoO42?插层能够显著强化LDH基材料的超级电容电池电极和OER催化剂电化学性能.     

熔盐法合成电化学性能优异的富锂层状正极材料Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)

采用氢氧化物共沉淀和熔盐法相结合的方法制备得到了电化学性能优异的富锂锰基Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)正极材料。借助X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、感应耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电测试等表征手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了系统研究。XRD结果表明该材料具有完善的α-NaFeO2层状结构(空间群为R3m)和较低的Li~+/Ni~(2+)阳离子混排。电化学性能测试表明该材料的首次不可逆容量损失较小,且倍率性能和循环稳定性能十分优异。具体而言,在2.0~4.8V,0.1C时的首次不可逆容量损失为50mAh·g~(-1)(首次库伦效率84%);在10C时的放电比容量还能达到102mAh·g~(-1);在0.5C下循环100次后,放电比容量为205mAh·g~(-1)(容量保持率90%)。     

天然有机质在生物炭负载纳米镍铁降解十溴联苯醚过程中的影响作用机理辨识

天然有机质（NOM）对纳米铁基材料去除污染物过程中的影响作用机理仍存争议.本工作选取腐殖酸（HA）作为NOM的代表物,研究了HA对生物炭负载纳米镍铁（BC@Ni/Fe）降解十溴联苯醚（BDE209）的动力学影响,结果表明HA对BC@Ni/Fe降解BDE209产生抑制作用,且随着HA浓度的升高,抑制作用越显著.通过HA与BC@Ni/Fe相互作用实验发现,HA能够快速地被BC@Ni/Fe吸附;通过HA对BC@Ni/Fe的Zeta电位和沉降影响实验发现,随着HA浓度的升高可有效提高BC@Ni/Fe的稳定性以及表面电荷,这表明HA不是通过影响BC@Ni/Fe颗粒的性能对BC@Ni/Fe去除BDE209产生抑制作用的.BC@Ni/Fe的腐蚀能力随着HA浓度的升高而降低,这与HA对BC@Ni/Fe去除BDE209反应活性影响成正相关关系.HA中具有电子传递作用的典型醌类化合物2-羟基-1,4-萘醌（Lawsone）和蒽醌-2,6-磺酸钠（AQDS）,在反应过程中并没有起到电子传递作用促进反应进行,反而对BC@Ni/Fe去除BDE209起抑制作用.结合BDE209和HA之间的竞争吸附实验发现,HA抑制BC@Ni/Fe反应活性的主导原因是HA优先于BDE209被BC@Ni/Fe吸附,HA包覆于BC@Ni/Fe颗粒表面占据了活性位点,阻碍BC@Ni/Fe与H₂O的接触,减少了Fe⁰的腐蚀,从而抑制了BC@Ni/Fe对BDE209的降解.     

Mg－Fe－LDHs纳米颗粒的合成及其 阴离子交换容量的研究

采用液相共沉淀法合成了镁铁型层状双氢氧化物（简称Mg－Fe－LDHs）纳米颗粒,考察了粒子形貌、化学组成、晶体结构、阴离子交换容量及原料配比的影响. 结果表明,所合成样品为片状纳米颗粒,化学组成与原料配比基本一致. 在所研究的原料配比范围内,产品中n(Mg)∶n(Fe)在2∶1～4∶1范围内,产品具有水滑石层状六方晶系结构. 随n(Mg)∶n(Fe)从2∶1增大到4∶1,粒径增大(从37.9 nm增大到61.2 nm), 六方晶格参数a降低(变化范围为0.317～0.310 nm),而六方晶格参数c增大(变化范围为2.380～2.412 nm),层间距增大(从0.793 nm增大到0.804 nm), 阴离子交换容量增大(从0.52 mmol/g增大到1.28 mmol/g).     

Mg-Fe-LDHs纳米颗粒的合成及其阴离子交换容量的研究

采用液相共沉淀法合成了镁铁型层状双氢氧化物(简称Mg-Fe-LDHs)纳米颗粒,考察了粒子形貌、化学组成、晶体结构、阴离子交换容量及原料配比的影响.结果表明,所合成样品为片状纳米颗粒,化学组成与原料配比基本一致.在所研究的原料配比范围内,产品中n(Mg):n(Fe)在2:1～4:1范围内,产品具有水滑石层状六方晶系结构.随n(Mg):n(Fe)从2:1增大到4:1,粒径增大(从37.9nm增大到61.2nm),六方晶格参数a降低(变化范围为0.317～0.310nm),而六方晶格参数c增大(变化范围为2.380～2.412nm),层间距增大(从0.793nm增大到0.804nm),阴离子交换容量增大(从0.52mmol/g增大到1.28mmol/g).     

铁钴镍氢氧化物的光催化性能研究

20世纪70年代Fujishima与Hondo报道了在光电池中光辐射TiO2可以引发水的氧化还原反应并产生氢气以来,关于光催化降解废水的研究渐渐引起人们的高度重视。     

富氮洋葱碳包覆的Ni/NiFe2O4纳米棒析氧电催化剂

将镍铁金属配位聚合物前驱体在惰性气氛下热分解制备了富氮洋葱碳(ONC)包覆的Ni/Ni Fe_2O_4多孔纳米棒复合析氧电催化剂,与Ni@ONC,Ni Fe_2O_4材料及传统Ru O_2催化剂相比,得益于这种富氮洋葱碳包覆的Ni/Ni Fe_2O_4一维多孔纳米异质结构,Ni/Ni Fe_2O_4@ONC材料拥有更优异的导电性能和更大的电化学活性面积(0.149 m F),因而表现出更优异的析氧电催化性能。Ni/Ni Fe_2O_4@ONC纳米棒在1 mol·L~(-1) KOH溶液中,10 m A·cm-2下的析氧过电位仅为299 m V,塔菲尔斜率为73 m V·dec-1,展现出优异的析氧稳定性能。