Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述

由于汽车工业的持续发展, 对高能量密度二次电池的需求逐步增加, 锂硫电池开始走进人们的视野. 锂硫电池的理论比能量高达2600 Wh/kg, 而单质硫的理论比容量达1680 mAh/g. 同时, 硫的储量丰富, 廉价, 并且环境友好. 虽然可充电锂硫电池相比于传统锂离子电池有诸多优势, 但目前其可实现的实际比容量远低于理论比容量, 循环寿命也较短等弊端限制了其大规模应用. 作者从Li-S电池正极的工作原理出发, 对硫正极容量损失及衰减机理做了深刻的解析, 并结合本实验室的工作归纳总结了导致硫正极容量衰减的主要因素. 针对硫正极容量衰减因素, 从碳导电结构、聚合物包覆以及纳米金属氧化物添加剂等方面, 对近年来提高硫正极性能的主要研究方向及最新研究进展进行了综述, 并对其中存在的问题进行分析, 最后对提高Li-S电池的整体性能提出展望.     

Evidence of lanthanum–chromium mixed oxides formed in CrOx/La2O3 model catalysts

CrO_x/La₂O₃ mixed oxides, prepared by impregnating La₂O₃ with appropriate aqueous solutions of (NH₄)₂CrO₄ and calcining at 600 °C for 4 h, have been investigated by means of XRD, TPR, XPS, DRIFTS, and Raman spectroscopy (RS). The formation of the compounds La₂CrO₆, La(OH)CrO₄ and LaCrO₄ under these conditions was evidenced. Strong peaks at 864, 884, 913, and 921 cm⁻¹, as well as weak peaks at 136, 180, 354, 370, and 388 cm⁻¹ in the RS spectrum of CrO_x/La₂O₃ have been assigned to La₂CrO₆.     

电感耦合等离子体质谱法测定煤矸石中微量锗和镓

建立了测定煤矸石中微量锗和镓的电感耦合等离子体质谱法。煤矸石试样经高温灰化,用硝酸-氢氟酸-高氯酸-磷酸分解,以电感耦合等离子体质谱法测定其中的锗和镓。通过在线三通加入内标元素铑,消除非质谱干扰;通过选择干扰元素的异质同位素进行定量测定,采用数学公式在线校正,消除质谱干扰。与分光光度法进行比对,锗、镓测定结果的相对偏差为-0.63%~0.28%。克服了常规化学分析方法步骤繁琐、耗时长、工作量大的不足。该法测定结果的相对标准偏差小于3%(n=6),加标回收率为97.4%~102.5%。该方法具有检出限低、快速、简便、线性范围宽、多元素同时测定等优点,分析误差满足化学分析法的要求,可用于煤矸石中锗和镓的测定。     

NH2-Ga-MIL-53催化剂对Strecker反应的底物选择性（英文）

研究了金属有机骨架化合物NH2-Ga-MIL-53对多种N-苯基亚胺底物的Strecker反应的催化性能,研究结果表明:(1)NH2-Ga-MIL-53具有高度催化活性和良好的底物普适性;(2)亚胺底物上取代基的电子效应是影响催化反应速率的关键因素,在亚胺底物上引入给电子取代基团(如甲氧基和苯基)可以加快反应速率,引入吸电子取代基团(如三氟甲基和硝基)可降低反应速率;(3)亚胺底物上取代基的位置对于催化反应速率同样具有重要影响,在亚胺底物的邻位引入甲氧基取代基团时,反应速率加快得最明显;(4)作为非均相催化剂,NH2-Ga-MIL-53可循环使用9次而不失活且保持骨架结构不变;(5)NH2-Ga-MIL-53和Ga-MIL-53催化性能的对比结果表明,NH2-Ga-MIL-53结构中的氨基可以作为路易斯碱活性中心协同路易斯酸催化中心(Ga3+)有效促进strecker反应的进行。此外,由NH2-Ga-MIL-53、六水合硝酸镓和2-氨基对苯二甲酸对Strecker反应的催化效果的对比可知,NH2-Ga-MIL-53的孔结构是提高反应产物专一性的重要因素。     

An Ultra‐Long‐Life Lithium‐Rich Li1.2Mn0.6Ni0.2O2 Cathode by Three‐in‐One Surface Modification for Lithium‐Ion Batteries

Voltage decay and capacity fading are the main challenges for the commercialization of Li‐rich Mn‐based layered oxides (LLOs). Now, a three‐in‐one surface treatment is designed via the pyrolysis of urea to improve the voltage and capacity stability of Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂ (LMNO), by which oxygen vacancies, spinel phase integration, and N‐doped carbon nanolayers are synchronously built on the surface of LMNO microspheres. Oxygen vacancies and spinel phase integration suppress irreversible O₂ release and help lithium ion diffusion, while N‐doped carbon nanolayer mitigates the corrosion of electrolyte with excellent conductivity. The electrochemical performance of LMNO after the treatment improves significantly; the capacity retention rate after 500 cycles at 1 C is still as high as 89.9 % with a very small voltage fading rate of 1.09 mV cycle^?1. This three‐in‐one surface treatment strategy can suppress the voltage decay and capacity fading of LLOs.     

Electrochemical Oxidation of Nitrogen towards Direct Nitrate Production on Spinel Oxides

Nitrates are widely used as fertilizer and oxidizing agents. Commercial nitrate production from nitrogen involves high‐temperature‐high‐pressure multi‐step processes. Therefore, an alternative nitrate production method under ambient environment is of importance. Herein, an electrochemical nitrogen oxidation reaction (NOR) approach is developed to produce nitrate catalyzed by ZnFe_xCo_2?xO₄ spinel oxides. Theoretical and experimental results show Fe aids the formation of the first N?O bond on the *N site, while high oxidation state Co assists in stabilizing the absorbed OH^? for the generation of the second and third N?O bonds. Owing to the concerted catalysis, the ZnFe_0.4Co_1.6O₄ oxide demonstrates the highest nitrate production rate of 130±12 μmol h^?1 g_MO^?1 at an applied potential of 1.6 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE).     

水系锌离子电池钒基氧化物正极材料研究进展

近年来,钒基氧化物因为种类众多、理论比容量高和倍率性能优异等优点,被认为是一类具有潜在应用价值的水系锌离子电池正极材料。本文综述了V2O5、VO2等钒基氧化物材料的结构特点及其作为水系锌离子电池正极材料的最近研究进展。重点概述了当前钒基氧化物在锌离子电池中所面临的关键问题以及应对策略;最后,对钒基氧化物储锌材料的发展方向进行了展望。     

贫燃条件 In-Ag/TiO2-γ-Al2O3催化 CO选择性还原NO

汽车尾气中主要污染成分 CO和 NOx可导致酸雨、光化学烟雾和臭氧空洞效应,对生物、环境及生态系统造成重大危害。污染源中 CO是性能优良的还原剂,如能不添加还原剂实现 CO催化还原 NOx,将成为最具经济技术优势的 NOx脱除技术。在富氧、低温条件下,利用 CO选择性催化还原 NOx为 N2,是目前选择性催化还原研究中的热点和难点。催化 CO还原 NOx常用的贵金属 Ir, Rh, Pt和Pd矿藏稀少,价格昂贵,有氧条件下活性急降,而分子筛催化剂和一些金属氧化物催化剂普遍存在反应温度高,尤其对 N2选择性差等问题。为解决上述问题,需寻找新的适合我国矿产资源的催化体系。研究发现,稀散金属基催化剂对氮氧化物的净化具有一定效果,因而可将我国的稀散金属资源优势转化为技术优势和经济优势。因此,本文以 TiO2-γ-Al2O3(TA)为载体, In/Ag为活性组分,采用等体积浸渍法制备了 InAg/TA以及 In/TA, Ag/TA和InAg/Al (γ-Al2O3为载体)催化剂,考察了贫燃条件下 CO选择性还原NO的催化活性。研究表明,双金属催化剂InAg/Al和 InAg/TA的活性比单金属催化剂In/TA和 Ag/TA高, In/TA催化剂中引入 Ag物种能降低起燃温度;另外,相比于InAg/Al催化剂, InAg/TA催化剂具有较高的催化活性,550?600°C时 N2产率超过60%,说明载体中引入TiO2可以提高催化剂活性。为了深入研究 InAg/TA催化剂中 Ag物种和TiO2对 In物种的作用,通过比表面测定、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱、氢气程序升温还原、傅立叶变换红外线光谱等方法分析了催化剂结构和表面形态。结果表明, Ag物种可以提高 In物种的分散性, In和 Ag物种在 TA载体表面可以很好地分散,从而有利于提高催化活性。 In和 Ag物种在 TA载体表面以氧化态形式存在,并且 Ag物种可以提高 In物种表面含量,表面 In和 Ag物种含量越高,吸附活性位越多,催化活性越高;同时, TiO2也可以促进 NO吸附,从而提高 InAg/TA催化剂活性。 InAg/TA催化剂在450°C连续反应72 h进行稳定性测试,测试前后分别在50?600°C进行活性测试,并用 XRD和 TEM对反应后的催化剂进行表征测试。结果表明, InAg/TA催化剂具有较好的稳定性,连续反应前后催化剂活性基本保持不变,推测可能由于在有 CO和O2存在的体系中, Ag物种利用自身 Ag+与 Ag0之间的氧化还原反应抑制了活性组分 In2O3的还原和聚集,稳定了 In物种乃至催化剂活性。 InAg/TA催化剂用于贫燃条件下CO还原NO具有较好的催化效果,主要归因于催化剂活性组分分散性好,稳定性高,对NO吸附能力强。 Ag物种可以稳定In物种并提高其分散性, TiO2可以改善In物种和Ag物种的分散性并促进NO吸附。     

一种新型的碳复合钼掺杂的钒氧化物纳米线钠离子电池正极材料

近年来,由于锂资源逐渐紧缺而导致其成本增加,锂离子电池发展受到了限制. 作为一个有潜力的替代者,有着相似电化学机制且成本较低的钠离子电池则发展迅速. 但由于钠离子与锂离子相较有着更大半径,在钠离子脱嵌过程中,对大多数电极材料的晶体结构破坏严重. 因此,开发新型电极材料对钠离子电池的进一步发展尤为重要. 其中,层状钒氧化物作为正极材料被广泛研究. 在这项工作中,作者基于钒氧化物,引入钼元素并与碳复合,首次设计合成了一种新型的碳复合钼掺杂的钒氧化物纳米线电极材料,并获得了优良的电化学性能（在50 mA•g^-1的电流密度下,最高放电比容量达135.9 mAh•g^-1,并在循环75次后仍有82.6mAh•g^-1的可逆容量,容量保持率高达71.8%;在1000mA•g^-1的高电流密度下循环并回到50mA•g^-1后,可逆放电比容量仍能回复至111.5mAh•g^-1）. 本工作的研究结果证明,这种具有超大层间距的新型碳复合钼掺杂的钒氧化物纳米线是一种非常有潜力的储钠材料,并且我们的工作为钠离子电池的进一步发展提供了一定的理论基础.     

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。