富锂锰基材料低首次库仑效率原因及改性策略

富锂锰基正极材料〔xLi_(2)MnO_(3)•(1–x)LiTMO_(2),0<x<1,TM=Mn、Co、Ni等〕(LROs)具有高容量、高工作电压、高安全、低成本等诸多优点,是下一代新型锂离子电池材料中最具有应用前景的正极材料之一。然而,LROs的低首次库仑效率严重地阻碍了其商业化,亟需深入研究其低首次库仑效率原因。从LROs的晶体结构及充放电行为出发,全面剖析了氧的不可逆流失、Li^(+)不可逆脱/嵌、Li^(+)与H^(+)离子交换等造成LROs低首次库仑效率原因的具体机理;针对性地总结了离子掺杂、表面工程、单晶化等提升首次库仑效率的相关改性策略;展望了提升LROs未来商业化的研究方向。

黑色TiO2纳米材料的改性策略研究进展

与传统TiO2相比,黑色TiO2具有独特的结构和性能,表现出更强的光催化活性,并已广泛应用于环境和能源领域,涉及有机污染物的光降解、光电水解制氢、锂电池、燃料电池、超级电容器等。为进一步提高黑色TiO2催化剂光催化性能,研究人员对黑色TiO2进行了改性研究。本文概述了黑色TiO2性能特征;对黑色TiO2的改性手段进行归类,包括形貌设计、结构调控、材料复合、晶相与晶面调控和贵金属沉积。系统阐述了不同改性方法对黑色TiO2光催化性能的影,最后对黑色TiO2的改性策略进行了总结与展望。

高比能锂离子电池层状富锂正极材料改性策略研究进展

层状富锂材料具有超过250 mAh·g-1的高可逆比容量,被认为是下一代高比能锂离子电池最具商业化前景的正极材料之一。然而,层状富锂材料在实际应用之前仍需解决诸多挑战,如高电压氧释放、层状到岩盐相的结构变化、过渡金属离子迁移等结构劣化,并由此带来了较低的初始库伦效率、电压/容量的衰减以及循环寿命的不足。针对以上问题,进行层状富锂材料改性无疑是一种行之有效的方法。本综述全面介绍了层状富锂材料的结构、组分以及电化学性能,在此基础上对材料改性策略进行了系统阐述,详细介绍了体相掺杂、表面包覆、缺陷设计、离子交换和微结构调控等一系列改性策略的现状以及发展趋势,最终提出了高容量和长循环层状富锂材料和高比能锂离子电池的设计思路。

层状双金属氢氧化物吸附剂的功能化改性策略

层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类阴离子交换能力强、可调性好、热稳定性高、活性位点丰富的纳米吸附材料,在水中污染物的吸附去除方面呈现出巨大潜力。然而,官能团和结构组分的缺陷严重限制了原始LDHs的吸附性能和应用范围。利用不同改性策略对LDHs进行功能化处理,能显著增强LDHs的污染物吸附容量、选择性、稳定性、可回收性以及适用范围。该文从LDHs吸附水中污染物性能的优化出发,重点综述了当前常用的插层、表面修饰、煅烧、复合组装、包埋、制膜等LDHs功能化改性策略,总结了其与水中各种污染物(无机非金属阴离子、重金属离子、染料以及抗生素)之间的作用机理。此外,还阐述了相应的再生手段。最后,提出了功能化LDHs吸附剂的优势以及未来研究可能面临的障碍,并对其广阔的应用前景进行了展望。

水合盐相变储热材料改性策略研究进展

水合盐相变储热材料因其成本低、潜热高、防火安全、市场需求量大等优点,而受到了广泛关注。本文介绍了水合盐相变材料的储热原理,指出了实际应用过程中存在的关键问题,如相分离、过冷、导热性差、易泄漏等。详细回顾了水合盐相变材料的改性策略及其研究进展,通过添加增稠剂消除相分离,添加成核剂降低过冷度,添加导热增强剂提高导热系数,采用封装技术改善综合性能,同时防止泄漏等。最后,指出了目前研究存在的不足,并对未来的重点研究方向提出了展望。

光电催化分解水的光阳极改性策略（英文）

光电催化分解水系统能直接将收集的电子与空穴用于分解水,将太阳能转化成了具有高能量密度的氢气,是一种集太阳能转化和储存于一体的高效绿色能源系统。光阴极和光阳极串联要求其在工作状态下两电极通过的总电流必须一致,低效率的一端将会限制整个体系的反应速度,因此对于光阳极材料的系统研究具有十分重要的意义。理论预测表明,基于部分可见光响应的半导体光阳极能带间隙计算得到的极限太阳能制氢转化效率达到了15%。但实际上由于光催化的整个过程是一个多步反应,各个步骤上发生的光生载流子的复合和损失导致了目前合成的相关电极材料的转换效率远低于理论水平。一般可以认为光催化过程包括五个步骤:光电极材料中电子的光致激发而产生电子-空穴对、电子和空穴由于能带弯曲的反向分离和传递、电子(或空穴)通过半导体-电解液界面的注入水中析氢(或析氧)、载流子的复合以及反应物和产物的传质过程。由于这些过程的进行效率与电极材料的本质特性和性能密切相关,为了评估材料性能而引入的一些效率指标往往和这几个步骤相对应。本文首先简要介绍了评价光阳极的一些效率计算以及它们与上述各个步骤的内在联系。最后,在前人和最近的研究基础上总结了几种对光阳极材料的主要提升策略,包括形貌控制、元素掺杂、异(同)质结和表面修饰等改性方法,对这些改性方法和各步骤效率之间的联系作了简单的介绍。

Au对TiO2光电催化材料的改性策略研究进展

近年来,环境污染、能源枯竭问题日益严重,成为制约人类生存与发展的主要因素。光电催化技术能够同时实现污染物的降解与清洁能源的制备,有助于缓解环境污染与能源枯竭问题。作为典型的光(电)催化材料,TiO2具有光活性强、性质稳定、廉价易得、环境友好等诸多优点,数十年来已成为光催化及相关领域的研究热点。然而,TiO2存在的本征缺陷依然制约着其进一步推广应用,为此研究人员已提出多种方式对TiO2进行改性。其中贵金属/TiO2复合材料可显著提升TiO2的光学活性并拓宽其吸收波长范围,尤其是Au/TiO2材料体系已受到广泛关注和认可,表现出良好的应用前景。本文通过对目前Au/TiO2复合材料的发展现状进行了总结,首先简单介绍了Au和TiO2的化学性质及Au对TiO2光学性能的增强原理;随后对Au/TiO2复合材料的改性策略及相关作用机制展开讨论,包括Au对TiO2光学性能的影响及调控、修饰方法的选择与影响等;最后总结出目前Au/TiO2复合材料依然以克服TiO2的两大本征缺陷为主,探讨各类新型Au/TiO2复合材料有望使其得到逐步推广与实际应用。最后对目前Au/TiO2复合材料的研究现状进行系统总结并探讨该材料未来的研究和发展方向。

宽带隙金属氧化物材料光催化降解苯系物:反应机理和改性策略

苯系物广泛存在于水体和大气环境中,难降解和高毒性的特点使其对人体健康和生态环境产生严重威胁。光催化技术因具有反应条件温和、氧化还原能力强、绿色无二次污染等特点而备受关注,可用于污染物降解、能源转化,尤其对于难降解苯系物的治理具有显著优势。宽带隙光催化剂具有价带位置更正、氧化能力强、光化学稳定性高和造价低等特性,在苯系物降解中发挥了重要作用,被广泛应用于苯系物等难降解污染物的治理。但宽带隙光催化剂光响应范围有限、表面电势高和光生电子空穴对难以分离等特点,限制了其在实际治理工艺中的应用。另外,苯系物种类繁多、结构复杂,以及当前原位表征技术尚未普及等因素,导致对苯系物的转化机理和开环机理的认识不足,制约了高效治理苯系物光催化剂的设计制备和光催化技术在治理苯系物方面的实际应用。基于以上问题,本文围绕宽带隙光催化氧化技术在苯系物降解中的重要进展,介绍了光催化降解苯系物的反应机理、宽带隙半导体性能影响因素,总结了宽带隙光催化剂改性策略的最新进展并分析了其形成机制和促进光催化苯系物降解的作用机理,最后针对宽带隙光催化剂降解反应机理的研究、提高降解效率和实际应用等方面提出了展望。

阴离子氧化还原反应对富锂锰基正极材料的影响及其改性策略

兼具高能量密度、高功率密度、长循环寿命性能的正极材料是当下电池储能材料研究的重点,也是储能市场的重要需求。富锂锰基正极材料(LRMO)因其极高的放电比容量(≥250 mAh/g)、较高的工作电压(4.2~4.5 V vs.Li/Li^(+))、低成本且环境友好等优点成为当下最具应用前景的正极材料之一。虽然金属阳离子和阴离子依次或同时进行的氧化还原反应使LRMO材料的容量超过了传统层状氧化物,但首次不可逆容量高、循环和倍率性能较差等一系列的问题阻碍了其工程化应用,这与材料中阴离子氧化还原反应紧密相关。本文首先介绍了LRMO材料的晶体结构,然后基于分子轨道理论,回顾了LRMO材料的能带结构与阴阳离子氧化还原反应的联系,总结了阴离子氧化还原反应对富锂锰基正极材料的影响,包括高容量、不可逆的氧流失、过渡金属离子迁移。同时,分别从过渡金属比例调节、表面修饰、离子掺杂三个方面总结了近些年国内外研究人员针对阴离子氧化还原反应造成的负面影响设计的改性策略。最后展望了LRMO材料理论研究与应用研究的大致方向。

锡酸锌光催化剂的制备及表面改性策略研究进展

锡酸锌(Zn_(2)SnO_(4))具有良好的传导率、较高的电子迁移率、物理和化学性质稳定且无毒的特性,是满足可持续发展要求的典型光催化剂之一。介绍了Zn_(2)SnO_(4)光催化剂的结构特征和制备方法;系统总结了具代表性的改性策略,包括离子掺杂、构建异质结、单质负载和形貌调控等;同时,简要介绍了其在光催化降解有机物、产氢、CO_(2)转化等领域的应用。最后,对Zn_(2)SnO_(4)基光催化材料未来的发展进行总结和展望;为高效Zn_(2)SnO_(4)基光催化剂的构建提供一些新的思路与方向。

钴酸锂正极材料高电压下衰退机制及改性策略

钴酸锂具有高压实密度、高能量密度的优点,是消费类电子产品用锂离子电池的主要正极材料。为了满足消费类电子产品对能量密度需求的提升,需进一步提高LiCoO_(2)电池的上截止电压,以实现电池更高的能量密度。然而,当钴酸锂充电到高电压(4.2 V)时,包括表面副反应、相转变引起的材料结构衰退出现,导致容量、效率和循环寿命快速衰减。本文综述了LiCoO_(2)高电压下晶体结构衰退及表界面失效的机制,并对解决衰退的包覆及掺杂改性策略进行了简要概述。

二维材料在电催化还原CO_(2)的研究进展及改性策略

在过去的10年中,二维纳米材料的发展及其在电催化中的应用,在下一代清洁能源系统中展现了独特的作用。本文对近年来二维材料在电催化还原CO_(2)的研究进展和改性策略进行了总结,以期为设计新型高效的电催化还原CO_(2)用二维催化剂提供新思路。

聚环氧乙烷聚合物固态电解质的现状及改性策略

锂二次电池普遍采用有机碳酸酯液态电解质,存在易泄露、易燃烧、甚至爆炸等安全隐患;聚合物固态电解质能够有效克服传统液态电解质的缺陷,同时具有质量轻、可加工性好、与电极界面兼容性好等优点,在固态锂电池领域具有十分重要的应用前景。聚环氧乙烷(PEO)固态电解质是研究最早、应用最广泛的聚合物固态电解质体系。文中综述了目前PEO聚合物固态电解质的现状,重点从离子电导率改性、电化学窗口改性、力学强度改性和阻燃性能改性4个方面介绍了其改性策略;最后,展望了PEO聚合物固态电解质的发展趋势。

锂硫电池实用化挑战与改性策略

锂硫电池的提出时间比锂离子电池要早,并且在理论比容量和能量密度上都远远超过锂离子电池,但由于其本身弊端阻碍了其在商业化道路上前进的速度。本文综述了锂硫电池存在的问题和挑战,以及改性策略研究进展。

过渡金属磷化物基材料在电催化析氢中的改性策略:现状及展望

氢能作为一种零碳燃料,被认为是替代化石能源的理想能源。电催化析氢(HER)是一种绿色环保技术,可以裂解水分子制备氢气。因此开发低廉高效且稳定性好的非贵金属催化剂对于解决能源危机和可持续发展尤为重要。过渡金属磷化物(TMPs)具有良好的导电性、多变的化学组成、丰富的储量和稳定的理化性质,是HER反应重要的催化剂之一。本文首先介绍了HER反应机制及TMPs的结构特点,然后总结了TMPs的合成方法包括液相合成法和气-固合成法等,接着重点分析了现有TMPs的改性策略如形貌调控、缺陷调控、元素掺杂和界面复合,最后对未来TMPs的发展方向提出了展望。

WO_(3)基光催化剂的改性策略现状与展望

WO_(3)是一种典型的过渡金属氧化物,具有储量丰富、绿色环保、稳定性好、可见光响应和合适的能带结构等特性,在光催化领域有广阔的应用前景,但是较低的太阳能利用率、较高的载流子复合率、弱的还原能力和活性位点密度低等缺点导致其性能较低,从而极大限制了其实际应用。本文综述了近年来WO_(3)光催化材料的改性策略,包括形貌调控、氧空位调控、元素掺杂、助催化剂负载、构建异质结等。最后讨论了WO_(3)材料现阶段的制约点和其在未来能源转化领域的发展方向。

单晶高镍三元正极材料的制备及改性研究进展

介绍了单晶高镍三元正极材料的结构特点,总结了单晶高镍三元正极材料常见的制备工艺,并探讨了近年来材料性能改善的主要策略,可为高性能单晶高镍三元正极材料的规模化生产提供借鉴和参考。

钴基电极材料的改性策略及其应用研究

钴基材料作为非贵金属材料中重要的一员,因其具有较高理论容量、良好的催化活性及出色的热/化学稳定性,被广泛应用在超级电容器(SCs)和电催化等电化学能源储存与转化领域中。然而目前在钴基材料的应用中还存在诸多缺陷,如导电性偏低,活性位点暴露的不充分,测试过程中活性组分易团聚、分解,结构稳定性较差等。近年来,许多研究报道了改性钴基材料来提升其电化学性能,基于此,本综述详细介绍了近几年对钴基材料的改性研究,主要包括形貌调控、元素掺杂、构筑异质结、缺陷工程及与载体材料复合。然后,对其在SCs、电催化氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)及析氢反应(HER)中的应用进行系统性的总结。最后,提出钴基材料当前存在的问题和未来的发展方向。

锂离子电池微米硅负极制备与改性研究进展

硅因具有超高的理论比容量,被认为是新一代最有前途的锂离子电池负极材料之一。但其在循环过程中大的体积膨胀和较差的导电性限制了其应用。科研人员为克服以上技术挑战提出了许多方案,包括纳米化、碳包覆、合金化和多孔化。近年来,随着电动汽车和电子设备的不断更新,对电池的能量密度要求进一步提高。与纳米硅相比,微米硅制备成本低且比表面积小,具有更高的振实密度和更少的界面反应,有望应用在锂电池中实现高达500 Wh/kg的比能量。综述了微米硅的制备方法和改性策略,阐述了存在的不足,并对未来的发展方向进行了展望。

纳米铁酸铋的制备、改性及光催化应用

铁酸铋具有较窄的禁带宽度、较高的化学稳定性、较好的可见光响应能力等优势,被认为是半导体光催化剂的理想材料之一。然而,铁酸铋作为光催化剂常存在载流子效率低、光生电子-空穴对复合率高等缺陷,实际应用受限。在概述铁酸铋基本性质和光催化机理的基础上,首先详细介绍了铁酸铋的常用制备方法;随后重点阐述了元素掺杂、异质结构建和形貌控制等3种铁酸铋改性策略;最后着重综述了铁酸铋在光催化领域中的应用研究进展,并对今后铁酸铋光催化剂的研究重点和方向做出了展望。