氧化锌/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

印染废水具有色度深、毒性大和可生化性差等特点,在被排放到自然水体之前,对其进行有效的脱色和矿化处理是非常必要的.效率高、环境友好的半导体光催化技术被认为是一种治理环境污染的有效方式,而该技术的核心在于高效催化剂的设计.氧化锌(ZnO)是一种常用的半导体催化剂,但目前报道的ZnO存在比表面积小、催化效率欠佳等问题.通过水热法设计合成了ZnO/石墨烯(graphene)复合催化剂.石墨烯的引入有效促进了半导体光生电子的迁移和光生载流子的分离,使复合材料表现出增强的催化活性.此外,石墨烯作为吸附剂富集有机污染物分子,提高了光催化反应过程中的传质效率.在100 min的反应时间内,ZnO/Graphene复合物样品对于亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液的脱色率高达89.2%,优于纯相ZnO的59.0%.

金属有机骨架材料ZnCo2O4/ZnO中空纳米盒的制备及其电化学性能

石墨是锂离子电池商用的负极材料,但其较低的比容量(372.0 m A·h/g)难以满足不断增长的高容量需求.因此,设计和制备高性能负极材料是提升锂离子电池能量密度及性能的关键因素之一.首先以金属有机框架ZIF-8为模板构建出ZIF-8@ZIF-67核壳复合结构,后经简单煅烧处理制备中空ZnCo2O4/ZnO复合纳米材料,并通过XRD, SEM, TEM以及恒流充放电等对其结构、形貌及电化学性能进行研究.结果表明:中空ZnCo2O4/ZnO复合纳米材料作为锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学性能,初次放电容量达到1 536.8 m A·h/g;以100 m A/g电流密度充放电100次后,比容量稳定在780 m Ah/g,显示出优良的电化学储能特性.

MnO2@ZnO/C复合材料的制备及电化学性能

金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)化合物是一类由金属离子和通过配位键连接在一起的有机配体组成的晶体材料.作为一种具有立体空间结构的功能材料,凭借其较大的比表面积、较高的孔隙率及品种的多样性,引起了各领域研究者的广泛关注.以b-MnO2纳米棒为模板制备出MnO2@ZIF-8杂化纳米结构,在惰性气氛中分步煅烧处理,得到MnO2@ZnO/C复合材料.ZIF-8中的有机配体由于高温煅烧发生裂解而产生孔道,进而为锂离子的嵌入和脱出提供更多离子传输路径.同时,由于高温裂解伴随着碳的产生,因此当使用这种复合结构物质作为电极材料时,可以提高材料的导电率.MnO2@ZnO/C纳米复合材料的首次放电比容量为1873 mA·h·g^−1,在电流密度为100 mA/g的条件下完成100次充放电后比容量维持在658 mA·h·g^−1,展现出了优良的电化学储能特性.

MnO@CoMn_(2)O_(4)/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量,但因其电导率低,以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减.碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法,二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能.以MnO2纳米线为模板制备出MnO_(2)@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构,再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn_(2)O_(4)纳米线复合材料(MnO@CoMn_(2)O_(4)@N-C).ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应,产生了氮掺杂碳,提升了导电性.当作为锂离子电池阳极材料时,MnO@CoMn_(2)O_(4)/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA·h/g,并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在925.8 mA.h/g,在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA·h/g,同时具有优异的倍率循环性能.这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构,以及氮掺杂碳的包覆.

金属有机骨架衍生的NiFe_(2)O_(4)/Co_(9)S_(8)复合催化剂的合成及其电催化析氧性能

以金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)化合物为前驱体,通过退火、硫化等后续处理方法成功制备了由NiFe_(2)O_(4)纳米棒与Co_(9)S_(8)空心球组装而成的杂化纳米结构.该复合催化剂因具有较大的比表面积以及各组分间强力的协同作用,在电催化析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)中表现出了优异的催化活性.在1 mol/L KOH电解质中,当电流密度达到10 mA/cm^(2)时,仅需290 mV的过电位,且Tafel斜率仅为63.02 mV/dec.此外,1000次循环伏安(cyclic voltammetry,CV)测试后仍然具有良好的催化活性,表明该复合催化剂具有优异的稳定性.研究成果不仅为设计廉价、高效且稳定的析氧催化剂提供了设计思路,也为其他新型纳米复合材料的合成和应用奠定了基础.