多活性中心双金属硫化物促进多硫化锂转化构建高性能锂硫电池

锂硫电池是极具应用潜力的下一代高能量密度电池体系之一。然而,其充放电中间产物多硫化锂的“穿梭效应”不仅消耗大量电解液,还导致硫活性物质利用率低、循环寿命短,是锂硫电池产业化进程中的主要瓶颈之一。引入催化剂加速硫活性物质转化速率,减少多硫化锂在电解液中的累积浓度,是抑制穿梭效应的有效解决策略。高效的催化剂应具备丰富的催化活性位点,以确保高效吸附多硫化锂并加速其向不溶的充放电产物转化。本文制备出硫掺杂石墨烯表面原位负载的双金属硫化物NiCo_(2)S_(4)(NCS@SG)并将其作为催化剂应用于锂硫电池的中间层。相比于单金属硫化物(CoS),NiCo_(2)S_(4)催化剂具有多活性中心催化位点,可以更好地吸附多硫化锂并促进其向放电产物快速转化。应用上述中间层后,电池的充放电比容量、库仑效率和循环稳定性得到了明显提升。当硫的负载达到15.3 mg.cm^(-2)时,经过50次循环后,具有NCS@SG中间层的电池获得了高达93.9%的容量保持率。上述结果表明,设计双金属基催化剂是优化锂硫电池催化剂活性和反应效率的重要方向。

层状双金属硫化物[C_(2)H_(10)N_(2)]_(0.5)Cu_(2)SbS_(3)·H_(2)O吸附碘的机理

放射性碘是危害最为广泛的核素之一,因此,开发性能优异、环境友好的碘捕获剂具有重要的意义。近年来,金属硫化物因其结构特点和优势,成为了一类备受关注的多功能材料。根据软硬酸碱理论,可以预测该类材料对碘具有良好的亲和性。因此,本文以具有层状结构的双金属硫化物[C_(2)H_(10)N_(2)]_(0.5)Cu_(2)SbS_(3)·H_(2)O作为对象,研究其从环己烷溶液中捕获碘的机制。结果表明,得益于层间距的变化、碘与金属硫化物之间的亲和力及电子转移过程,对碘的吸附容量可达469.12 mg/g。

双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注,然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应,采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo2S4,并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析,采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo2S4-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明,CuCo2S4-S正极展现出优异的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g^−1,经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g^−1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo2S4材料内部的中空结构可容纳活性物质硫,并起到物理限域作用;同时,极性CuCo2S4可有效地化学吸附多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。

Co-Mn金属有机骨架衍生的双金属硫化物及其在锂离子电池负极材料中的应用

介绍了一种通过简单的室温搅拌合成具有多孔结构的Co-Mn金属有机框架(metalorganic-framework,MOF)材料的方法,并对制备的双金属MOF进行气相硫化,得到多孔CoS_(2)/MnS双金属复合材料.与相同方法制备的单金属MnS与CoS_(2)材料对比发现,CoS_(2)/MnS双金属复合材料表现出了类似花瓣状的多孔片状结构以及更小的粒径,在作为锂离子电池电极材料使用时表现出了最好的储锂性能.这主要归因于类花瓣状的多孔结构:一方面为锂离子提供了更短的传输路径以及更多的接触位点;另一方面也缓解了材料锂化/去锂化过程的体积变化.此外,两种金属硫化物的有机结合也抑制了材料在循环过程中由于体积变化而导致的容量快速衰减.最后,MOF有机配体衍生的碳骨架也为增强材料的导电性起到了积极的作用.

Mo-Bi-S@CNTs纳米双金属硫化物电催化CO_(2)还原制取甲醇的性能

采用水热法原位合成碳纳米管(CNTs)负载Mo-Bi-S纳米颗粒的复合催化剂(Mo-Bi-S@CNTs),考察了水热温度对催化剂形貌结构和CO2电催化性能的影响。结果表明:水热温度为200℃时制备的Mo-Bi-S@CNTs催化剂的颗粒尺寸较小,约为10~15 nm,并且能够均匀地负载在CNTs上。同时,该催化剂在[NH2-emim]BF4-H2O(ω=40%)电解液中展现出了较为优异的电催化性能。在过电位为-0.3 V vs.SCE时,作为主产物甲醇的法拉第转化效率高达63.0%;恒电位下连续运行6 h电流密度保持在-13.5 mA/cm^(2)左右。研究结果表明Mo-Bi-S@CNTs-200℃是一种具有良好应用前景的CO_(2)还原电催化剂。

双金属硫化物CoMoS_(4)活化过一硫酸盐降解双酚F

通过离子交换法合成了双金属硫化物CoMoS_(4)(CMS),通过活化过一硫酸盐(PMS)降解目标污染物双酚F(BPF)来考察其催化性能,并剖析了其中的反应机理.研究结果表明,CMS具有优异的催化性能,25℃时,50 mg·L^(-1)的CMS和0.5 mmol·L^(-1)的PMS体系在30 min内可以完全降解10 mg·L^(-1)的BPF;CMS抗干扰能力强,在降解过程中受水体中无机阴离子(Cl^(-)、NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-))和腐殖酸(HA)的影响小;CMS同时具有较好的稳定性,循环使用3次后BPF降解率仍可达60.2%.自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)实验证明,硫酸根自由基SO_(4)^(·-)是CMS/PMS体系降解BPF的主要活性氧物种(ROS);并通过液相色谱-质谱仪鉴定BPF降解过程的中间产物,提出了两条主要的降解路径.

Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能研究

采用两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl_2S_4/Ni电极材料。利用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl_2S_4/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1F/g,循环100次后比电容的保持率为90.1%。相关研究可为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。

钴锰硫化物活化过硫酸盐强化降解盐酸四环素

采用简单两步法制备了钴锰双金属硫化物(MnCo_(2)S_(4)).通过扫描电子显微镜,X射线衍射,X射线光电子能谱等表征手段对MnCo_(2)S_(4)的形貌,晶体结构,组成成分等进行分析.探究了MnCo_(2)S_(4)/PMS体系中盐酸四环素的降解效能和降解路径,结果表明,MnCo_(2)S_(4)和PMS投加量为0.1g/L,TC的降解率在30min达到88%,在较宽的pH值范围内(3~9)均具有较高的降解率,这归因于MnCo_(2)S_(4)中金属活性位点Mn^(2+),Co^(2+)的持续供应和钴锰的协同作用.淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)技术表明MnCo_(2)S_(4)/PMS体系主要是SO_(4)•-,•OH和^(1)O_(2)共同作用降解TC.本研究为PMS的活化和抗生素等难降解污染物的去除提供了新的催化剂构建策略.

H_(2)小分子原位调控负载型Ni_(x)Mo_(y)S@Al_(2)O_(3)用于加氢脱硫的研究

通过H_(2)气体小分子原位调控技术制得系列NiMoS-nH_(2)[n=0.5,1.0,1.4,2.0,为H_(2)压力(MPa)]催化剂,活性评价结果表明,2 MPa的H_(2)原位调控制得的NiMoS催化剂(NiMoS-2.0H_(2))具有最优的加氢脱硫活性;进一步制备具有介孔结构的Al_(2)O_(3)载体,并采用原位生长法,制得NiMoS-2.0H_(2)S@Al_(2)O_(3)负载型加氢脱硫催化剂,活性评价结果表明,负载型NiMoS-2.0H_(2)S@Al_(2)O_(3)较NiMoS-2.0H_(2)加氢脱硫性能显著提升,在温度240℃和压力2 MPa条件下,苯并噻吩脱除率高达73%,脱硫效率约为NiMoS-2.0H_(2)粉末催化剂的两倍。XRD、XPS、N_(2)吸附-脱附表征分析表明,负载型NiMoS-2.0H_(2)S@Al_(2)O_(3)具备超高的比表面积,可显著提高NiMoS-2.0H_(2)表面分散,是构成其高活性的重要原因。通过气体小分子原位调控及原位生长制备策略,成功开发一种新型高效非贵金属负载型加氢脱硫催化剂,研究结果可为其他高效加氢脱硫催化剂开发提供设计思路。

表面改性对超级电容器正极材料性能的影响

采用(甲基二茂铁)十二烷基二甲基溴化铵表面活性剂对超级电容器正极材料(镍钴硫化物(NCS))进行表面改性。通过对改性前后NCS材料性能测试,探究NCS表面性质改变对材料电化学性能的影响,结果表明,环己烷溶液中改性的NCS材料在充放电时间、电荷转移能力及离子扩散速率上有所提高,表面活性剂的定向排列改善了NCS材料-电解液的界面动力学,提高了材料的充放电性能。该研究有望为其他领域的电化学储能研究和超级电容器的改良和探索提供探索性思路,具有广泛的应用前景。

金属有机骨架衍生的自支撑Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂获取50、100 mA/cm^(2)的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂获取-100 mA/cm^(2)的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。

金属有机框架衍生FeS_(2)/NiS_(2)/C空心球的制备及其储钠性能

开发高性能钠离子电池负极材料,亟须解决过渡金属硫化物在充放电过程中存在的容量快速衰减问题。以Ni-MOF为前驱体,通过溶剂热处理引入Fe元素并进行气相硫化,制备了含双金属硫化物的FeS_(2)/NiS_(2)/C多孔空心球材料。电化学测试结果表明:该材料作为钠离子电池的负极,与NiS_(2)/C相比,其可逆比容量、循环稳定性以及倍率性能均得到显著提高;利用电化学阻抗测试和不同扫速下的循环伏安测试对电极材料的电子传输和离子扩散速率进行分析,证实复合材料优异的电化学性能表现归因于其增强的反应动力学。该研究表明,金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)衍生的双金属硫化物具有优异的电化学性能,是一种具有良好应用前景的高性能钠离子电池负极材料。

硫化铟锡(In_(x)Sn_(5-x)S_(8))的能带调控及其可见光催化生成H2O2性能

双氧水(H_(2)O_(2))是一种重要的化学品,可以作为氧化剂或者燃料使用。基于半导体的光催化技术能够利用可再生的太阳能,以水和氧气为原料生产双氧水,是一种极具应用前景的工艺。因此,开发高效的半导体材料成为了急需突破的目标。通过调整原料的摩尔比,利用水热法制备出一系列硫化铟锡(In_(x)Sn_(5-x)S_(8))样品,其中,In4Sn S8纳米材料表现优异的光催化性能,在可见光下生成H_(2)O_(2)的速率为1.936μmol/(L·min),较单独In_(2)S_(3)和SnS_(2)分别提高了5.2倍和71.7倍。能带结构分析说明In_(x)Sn_(5-x)S_(8)的禁带宽度和能带位置可以由In/Sn摩尔比例控制,In_(4)SnS_(8)纳米材料具有合适的带宽(2.16 eV),其导带和价带分别位于-0.39 eV和1.77 eV,可以有效利用可见光并且能够同时满足双氧水生成过程的氧气还原路径和水氧化路径。此外,In4Sn S8纳米材料的多级次纳米花状形貌可以提供更多的反应活性位点,达到提升光催化性能的目的。

基于ZIF-8制备ZnCoS-CNT及其超级电容器性能研究

本文通过原位生长法制备了ZIF-8/CNT复合材料,并通过离子交换法优化合成了钴掺杂的ZIF-8/CNT,以此为模板制备了ZnCoS/CNT复合材料。同时本文还利用Fe-MOF/CNT复合材料制备其衍生的Fe_(2)O_(3)/CNT复合材料。进一步组装的ZnCoS-CNT//Fe_(2)O_(3)-CNT不对称型超级电容器,在功率密度为749.1 W·kg^(-1)时,达到46.3 Wh·kg^(-1)的高能量密度。在10 A·g^(-1)的电流密度下循环5000次充放电测试,仍保持了83.3%的容量。

谷胱甘肽辅助水热合成NiCo_(2)S_(4)电极材料及其电化学性能

超级电容器作为一种新型储能器件,凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点,已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中,电极材料对器件性能优劣起着关键作用,因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料,还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源,通过水热法制备NiCo_(2)S_(4)电极材料,并研究了水热反应时间对NiCo_(2)S_(4)微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明:在GSH作用下制备的NiCo_(2)S_(4)材料呈现“蛋黄-蛋壳”结构;当电流密度为0.5 A/g时,比电容为1 552.7 F/g;在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容;经过2 000次循环后,NiCo_(2)S_(4)电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以NiCo_(2)S_(4)与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器,在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h/kg能量密度,在2 000次充放电循环后样品的比电容保持率为89%。

不同浓度的NiS_(2)-FeS_(2)/碳纳米纤维对电极对量子点敏化太阳能电池光伏性能的影响

为了弥补量子点敏化太阳能电池传统Cu2S对电极在液态多硫化物电解液中易腐蚀、不稳定的缺陷,表现出更高的对电极电催化活性。本文通过静电纺丝技术和简单的一步水热法成功制备了碳纳米纤维负载的双金属硫化物NiS_(2)-FeS_(2)(NiS_(2)-FeS_(2)/CNFs)对电极,应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)中表现出优异的电化学性能。同时,不同浓度的NiS_(2)-FeS_(2)复合材料在SEM下表现出很大的差异,负载到碳纳米纤维制备成对电极对电池性能也有很大的影响。因此,本文重点探究了水热法制备不同浓度的NiS_(2)-FeS_(2)/CNFs对电极对其组装的QDSSCs光电性能影响,以获得最佳对电极浓度。实验结果表明:当NiS_(2)-FeS_(2)/CNFs浓度配比为0.8时,电池光电转换效率(PCE)达到最大值为8.05%。

FeS_(2)/MoS_(2)纳米花异质结室温电催化固氮

氨及其产物在储氢、农业和工业上都不可或缺,与此同时环境问题日益受到关注,二氧化碳零排放、低电能消耗的电催化固氮已经成为世界各国能源发展的重要战略目标.本工作中,从生物固氮酶中的Fe-Mo-S辅助因子获得灵感,一锅法合成了FeS_(2)/MoS_(2)双金属硫化物催化剂,用于电化学氮还原(NRR).FeS_(2)/MoS_(2)催化剂由纳米片构筑形成的纳米花形貌,增大了催化剂的活性表面积.并且FeS_(2)/MoS_(2)双金属硫化物之间的协同作用和异质界面有助于界面间电子转移,提高催化剂的活性.对FeS_(2)/MoS_(2)催化剂在0.1mol·L^(-1)HCl电解质中进行电化学氮还原测试,-0.2V(νs.RHE)下氨产率最高可达(11.3±0.18)μg·h^(-1)·mg^(-1),法拉第效率为(5.29±0.12)%.在酸性介质中既表现出良好的NRR活性也展示出极好的稳定性.这为进一步探索具有异质界面的双金属催化剂用于电化学氮还原反应提供了开阔的前景.

NiCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)柔性叉指型超级电容制备与电化学性能

近年来,随着柔性电子的快速发展,制造柔性、微型、大面积和低成本的储能器件得到了极大的关注。以六水硝酸镍/钴为原料、硫脲为硫化剂、引入热解g-CN,通过一步溶剂热制备NiCo_(2)S_(4)/g-CN纳米复合材料。采用掩膜版将调配的NiCo_(2)S_(4)/g-CN油墨印刷在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基底形成叉指结构电极,继而涂覆凝胶电解质组装成柔性叉指型超级电容器。结构和电化学性能研究表明:NiCo_(2)S_(4)纳米晶分布生长在g-CN纳米片层表面,引入的g-CN起到增强NiCo_(2)S_(4)充放电过程中的电荷传输及容纳其体积膨胀的作用,复合材料电极在10 m A/cm^(2)的电流密度下面积比电容为9.1 F/cm^(2)。组装的叉指电容器可在–0.2~0.6 V的电压下工作,并且在高至500 m V/s的扫描速率下保持稳定,表明器件良好的倍率性能。在20 m V/s的扫描速率下,器件的面积比电容可达5.7 m F/cm^(2),当功率密度为17.5 m W/cm~3时,器件的能量密度为0.56 m W·h/cm^(3)。