纳米硅的砂磨宏量制备及其碳纤维复合负极的储锂性能研究

硅碳负极材料因具有较高的储锂容量等优势在锂离子电池领域备受关注,但仍面临电导欠佳、体积膨胀及界面兼容性差等问题。本研究从太阳能电池微米硅废料的纳米化处理出发,通过优化砂磨实验参数实现宏量制备颗粒粒径约为300 nm硅纳米颗粒。进一步地,通过静电纺丝法制备铜纳米颗粒修饰的硅碳复合材料,所制硅碳复合材料中的硅与铜纳米颗粒内嵌或附着在纳米纤维上。综合研究其电化学储锂性能发现,该复合材料以碳纳米纤维作为基体,辅以铜纳米颗粒的修饰,可构建出高导电网格并进一步提升复合材料的电导能力,有效克服硅材料的剧烈体积膨胀以及导电性差的缺点,进而表现显著增强的电化学储锂综合性能。特别是,结构优化后的硅碳复合负极材料在1.0 A/g的较高电流密度下循环550次后仍可保持765.9 mAh/g的高可逆容量。因此,本研究为宏量制备硅纳米材料及其硅碳纤维复合负极提供了良好的参考。

宏量制备钠离子电池负极材料氧化钴及性能研究

由于储能动力需求的不断增长和锂离子资源的日益匮乏,亟需研发新型的低成本和储量丰富的钠离子电池,而与之匹配的负极材料成为关键。为此开发了一种快速便捷的共沉淀法,结合氧化石墨烯(GO)的掺杂改性效应,成功制备了具有优异储钠电化学性能的CoO-GO。结果表明,当测试电流密度高达5 000 mA/g时,其储钠容量仍能保持在275.5 mA·h/g。该方法具有方便快捷、可实现宏量制备等特点,为后续钠离子电池负极材料的研发提供了有力支撑和重要借鉴。

碳纳米管纤维的物理性能与宏量制备及其应用

为更好地了解碳纳米管纤维的发展情况,综述了近年来碳纳米管纤维在物理性能及其宏量制备等方面的研究进展。从碳纳米管纤维的制备出发,分析了碳纳米管纤维的成形方式及力、电、热等物理性能增强方法,介绍了碳纳米管纤维的宏量制备发展过程,总结了目前存在的问题,阐述了碳纳米管纤维作为结构功能一体化材料的优势、应用情况及潜在应用领域,并根据目前行业现状对下一步的主要发展方向提出设想并进行了展望。最后提出,碳纳米管纤维作为最具有产业化潜力的纳米纤维材料之一,有望应用于航空航天、车辆、船舶等领域,可为未来我国军用和民用领域的结构功能一体化材料提供强有力的材料和技术支撑。

静电纺丝法宏量制备纳米纤维的研究进展

针对静电纺丝纳米纤维宏量制备过程中的技术问题,系统介绍了近年来国内外提高静电纺产量的最新进展、关键方法与核心技术。围绕多针头和无针头2大类宏量制备技术,具体介绍了多种宏量制备方法的原理、结构和特点,从产业应用和学术研究的角度分别对其进行比较,深入分析涉及到的多种宏量制备技术和装置的优缺点,以期推动静电纺丝法制备纳米纤维的产业化和多功能纳米纤维的深入研究。分析表明,无针头类静电纺丝具有电场均匀、产量高等优点,将是静电纺纳米纤维宏量制备技术发展的主要方向,但无针头类静电纺丝的机制、模拟和产业化应用仍需深入研究。

铁基普鲁士蓝正极材料的宏量制备及电化学储钠性能

以柠檬酸钠作为配位剂,采用共沉淀法,在室温下制备了铁基普鲁士蓝材料(FePB)。当使用20 L容积的反应釜,并将前驱体亚铁氰化钠(Na_(4)[Fe(CN)_(6)])的浓度提高至0.5 mol·L^(-1)时,制备一次可实现高达500 g的产量。电化学测试显示,所得FePB材料具有较高的容量、优异的倍率性能和良好的循环寿命。在0.1C时,该材料首次放电比容量可达到117 mAh·g^(-1),在10C的大电流密度下,比容量仍可保持在92 mAh·g^(-1)。在1C电流密度下,经过500次循环,比容量仍保持在87 mAh·g^(-1),容量保持率达到89%。以商业硬碳为负极,以FePB为正极,制作了软包钠离子全电池。该软包电池在50 mA的电流下,经过400次循环可实现75%的容量保持率。FePB材料优异的电化学性能与其较高的钠含量、低的缺陷、多边界的微观结构以及普鲁士蓝类材料独特的开放框架结构有关。

自支撑碳纳米纤维的宏量制备及其储钠性能

为大批量制备高储钠性能的电极材料,以乙炔为碳源气体,采用连续化学气相沉积(CVD)法原位催化生长碳纳米纤维材料,制备出自支撑式电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和拉曼测试(Raman)表征分析样品的微观结构、形貌及结晶性,并对其钠离子存储电化学性能进行测试分析。结果表明:通过多温区连续大批量原位催化生长,制备出多尺寸三维结构碳纳米纤维(3D CNFs),结构的变化导致碳纳米纤维暴露出丰富的空位缺陷,这为钠离子提供了大量的吸附活性位点;三维立体的结构不仅使得电解液可以快速浸润活性材料,而且有效地增强了结构的稳定性;3D CNFs作为钠离子电池负极材料,在电流密度为0.1 A/g的条件下比容量高达150 mA·h/g,且在循环50圈之后没有明显的容量衰减,表现出优异的储钠性能和循环稳定性。

浅谈石墨烯的宏量制备

石墨烯宏量制备对推动石墨烯工业的发展具有非常重要的意义。本文围绕石墨烯宏量制备的现状、存在的问题以及未来的发展趋势进行了总结,并对石墨烯宏量制备的发展前景进行展望。

宏量制备纳米纤维膜的均匀性表征与评价

采用克重、力学性能、过滤性能、孔径分布及扫描电镜等表征手段对宏量制备的聚丙烯腈纳米纤维膜进行了性能研究和均匀性评价,实验结果表明,宏量制备的聚丙烯腈纳米纤维在宏观和微观结构上均表现出较好的均匀性,克重变异系数、断裂载荷变异系数和过滤气阻变异系数分别为2.9%、3.3%和2.4%,纳米纤维膜的微孔孔径偏差≤1.5%;当纺丝液浓度为11%~12%时,纳米纤维直径分散系数在1.11~1.15之间。

碳纳米管的宏量制备及产业化

碳纳米管作为纳米材料的代表之一,因其独特的一维结构具备了优异的力学、电学、热学、光学和反应性能,使其在能源存储与转化、复合材料、多相催化、环境保护及生物医药等领域具有大量的应用潜力。本文简单介绍了碳纳米管及其制备方法,并总结了多种类型碳纳米管宏量制备的化学及工程原理以及对宏量制备方法进行了阐述。

碳纳米管的宏量制备及产业化

作为纳米材料的代表之一,碳纳米管因其独特的一维结构具备了优异的力学、电学、热学、光学和反应性能,使其在能源存储与转化、复合材料、多相催化、环境保护及生物医药等领域具有大量的应用潜力.本文总结了多种类型碳纳米管宏量制备的化学及工程原理,并对多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、定向碳纳米管、超顺排碳纳米管、水平超长碳纳米管、掺杂碳纳米管、螺旋碳纳米管、碳纳米管结及碳纳米管/石墨烯杂化物的宏量制备方法进行了评述.同时,对碳纳米管产业化中新的工程问题,如工业标准、环境评估以及产业化进展进行了分析.目前,碳纳米管已经具有成千吨的产能,并广泛应用于锂离子电池电极、导电复合材料、汽车配件和体育用品等领域.尽管如此,高性能的碳纳米管的宏量制备及其配套产业化技术仍有待深入开发,产品需要进一步丰富、市场需要进一步拓展,以望形成大规模纳米产业,促进社会的可持续发展.

梯度复合聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其过滤性能

为发挥纳米纤维膜在高效空气过滤材料领域的作用并实现连续化生产,通过自制静电辅助溶液喷射纺丝实验机,采用Box-Behnken试验设计方法,建立了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维直径和纺丝工艺参数的关系。利用在线复合方式连续制备了不同直径梯度复合的PAN纳米纤维膜并将其用于空气过滤领域,并对纤维膜的结构和形貌进行了表征。结果表明:通过调整纺丝工艺参数可有效地实现对纤维直径的控制;同时由该技术所制得的复合膜在消除静电后,通过物理筛分作用,对0.4μm的癸二酸二辛酯粒子具有99.923%的过滤效率和117 Pa的压降,对大于0.8μm的粒子具备100%的过滤效率。

插层剥离法制备的石墨烯性能与表征

为探寻制备石墨烯的新方法,以Na_2SO_4和KOH混合溶液为剥离液、以高纯定向热解石墨(HOPG)为原料,由电磁场交互作用剥离的石墨纳米微片,经超声波细胞破碎机分散和冷冻干燥,制备少层石墨烯粉末。利用扫描电子显微镜、高分辨透射电镜对其进行微观形貌表征和层数观察,X射线衍射仪对其晶格有序程度和层间距进行计算。同时,采用霍尔效应法测定少层石墨烯的薄膜电导率,采用物理N_2吸附法测定石墨烯的BET比表面积。结果表明:制备的少层石墨烯,具有薄纱状褶皱起伏的平面结构,边缘存在少量缺陷和卷曲,形状不规则的层与层间呈平行堆叠,且具有良好的透光性。其结构缺陷少、层数少(3~5层),电导率可达10~5~10~6S/m,BET比表面积超过80 m^2/g。插层剥离法能够快速制备石墨烯,且少层石墨烯导电性能和吸附性能良好。

基于直接氟化技术的氟化石墨烯制备与应用研究

氟化石墨烯(FG)作为一种重要的石墨烯衍生物材料已在介电材料、超润滑、生物材料、电子器件领域展现出良好的应用前景。因其C—F键的高键能、高官能化密度、高温裂解可产生高活性含氟自由基以及二维片层结构等特点,FG有望作为高性能的包覆剂/氧化剂等应用于含能材料、固体推进剂等领域。近10年以来,基于直接氟化技术制备FG方面已报道了一系列研究工作,但在含能材料、固体推进剂领域实质性研究明显不足。文章主要综述了有关FG的宏量制备、FG直接氟化反应历程、FG的应用拓展等方面的研究成果,并对FG的未来发展方向以及在含能材料、固体推进剂领域的潜在应用提出了展望和建议。相关研究成果可为FG在固体推进剂领域的应用提供新材料设计与研究基础,并可为探究FG改进固体推进剂的原理以及性能优化提供新材料及其制备新途径。

流化床-化学气相沉积法连续制备SiC纳米线

采用流化床化学气相沉积法,以甲基三氯硅烷为前躯体,二茂铁为催化剂成功制备出SiC纳米线。利用X射线衍射仪分析产物的物相,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察样品的显微形貌。结果表明,在1200 ℃的制备条件下,所得纳米线为立方相β-SiC,纳米线直径为50-100 nm,长度大于100μm,具有非常高的长径比。单根纳米线具有单晶特征,生长方向为<111>方向,并存在堆垛层错。提高制备温度至1300 ℃,在所制备的纳米线中,还发现了竹节状和堆垛状纳米线,表明流化床体系中复杂的沉积环境。通过连续的气体载带,可以实现SiC纳米线的连续制备,在50 mm直径的流化管中可获得2.0 g/h的产量。通过后续优化和放大,本方法具有非常好的工业化前景。

锰基亚铁氰化物的制备及储钠性能

使用高浓度前驱体,采用共沉淀法制备Ni、Fe共掺杂的锰基普鲁士蓝材料(FeNi-MnHCF)。产物呈单斜相,颗粒尺寸为亚微米级,比容量较高、倍率性能较好且循环寿命较长。以0.1 C的电流在2.0~4.0 V循环,首次充放电比容量分别为125.2 mAh/g和117.8 mAh/g,首次库仑效率为94.1%;以20.0 C的大电流放电3 min,比容量仍有104.0 mAh/g;以5.0 C循环370次,容量保持率可达96.9%。用100 L反应釜一次合成制备公斤级FeNi-MnHCF样品,并以商业硬碳为负极,制作百毫安时级的软包装电池。该电池以0.5 C充电、1.0 C放电在1.5~3.7 V循环100次,容量保持率为81.6%。

液滴式微流控芯片制备沸石咪唑骨架材料

沸石咪唑骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs)因其大比表面积、规则孔道结构、骨架可调控、水热稳定性等特点,在吸附、分离和催化领域具有广阔的应用前景.本工作基于模板法设计和制备双"T"型连续液滴式微流控芯片,通过多相持续进料,稳定快速合成单斜晶C2/cZIF-7(方纳石结构),ZIF-8和Co-ZIF-8等材料,从而减少产物的差异性.微流控芯片连续制备得到的ZIFs具有非常高的结晶度和均一性.此外,通过调节起始反应物浓度和停留时间,实现了ZIFs产物粒径和形貌的调控.微流控芯片提供了一种简易可控快速宏量制备ZIFs材料的新方法.

碳纳米管:可控制备决定未来（英文）

在过去几十年中,碳纳米管由于其优异的物理和化学性质而备受关注,被认为是一个强有力的未来明星材料.尽管基于碳纳米管的诸多产品及应用实例相继浮现,但是碳纳米管所呈现出的实际性质与理论值之间依然存在较大差异,无法达到研究者的预期,这源自于目前尚未成熟的控制制备技术.碳纳米管的可控制备技术包括结构的精细控制方法和样品的宏量制备技术,这在很大程度上决定了碳纳米管的未来发展前景.基于此,本文概述了近几十年来研究者们在碳纳米管的精细结构控制、聚合状态设计和样品宏量制备等方面的主要进展,进一步指出了碳纳米管未来的可控制备技术必须与特定化的应用紧密结合,以迎接即将来临的产业化时代.

原子团簇科学研究进展

原子团簇科学是在化学和物理学两大基础学科的交汇点发展起来的前沿学科,正在孕育着实验和理论研究的重大突破。在国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金和原国家教委的资助下,本项目组在国内率先开始了原子团簇的激光产生与研究,取得了在国际上具有一定影响的研究成果,并带动了国内该领域研究的开展。现将研究成果简介如下。