三维网络结构镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶复合材料的合成及电化学性能

本工作采用化学还原法对氧化石墨烯进行预还原,再将其与Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O、Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O混合进行水热反应,得到三维网络结构镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶复合材料,通过调节氧化石墨烯的量获得电化学性能最佳的镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶(NiCo-OH/GH_(100)),镍钴氢氧化物纳米片均匀分布在石墨烯表面。0.5 A/g电流密度下NiCo-OH/GH_(100)的比容量为590 F/g,电流密度增加到10 A/g时比容量保持率为76.1%,展现出较高的比容量和良好的倍率性能。组装的NiCo-OH/GH_(100)//碳纳米管复合氮掺杂石墨烯水凝胶(NCGH)非对称超级电容器(ASC)在20 A/g下充放电循环10 000次,比容量保持率达92.9%,功率密度为375 W/kg时的能量密度达23.9 Wh/kg。

价态与晶型对镍钴氢氧化物超级电容性能的影响

镍钴氢氧化物(羟基氧化物)的金属价态和晶型结构均具有多变性,研究金属价态和晶型结构对其超级电容性能的影响具有重要意义。通过调控强氧化剂过硫酸铵((NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)),制备一系列不同价态(Ni^(2+),Ni^(3+),Co^(2+),Co^(3+))比例和晶型结构的镍钴氢氧化物活性材料。采用XRD,TEM,Raman,XPS等方法对材料价态、微观形貌和物相组成进行表征,明确其结构和价态性质。在1 A/g电流密度下,NiOOH-Co(OH)_(2)活性材料比容量高达260 C/g,远优于其他价态比例和晶型结构的3种电极材料性能。在2 A/g电流密度下充放电循环测试2000次后,比容量保持率为70.7%。经分析发现,NiOOH-Co(OH)2性能较优可归结于γ-NiOOH优良的导电性和α-Co(OH)_(2)较高的电容性能。

镍铁氢氧化物-磷化钴复合电极电催化分解水研究

本研究采用水热-磷化-电化学沉积法在磷化钴表面构筑了金属氢氧化物层,制备了NiFeOH/CoP/NF复合电极,考察了复合电极电解水制氢的性能。在1.0 mol/L的KOH介质中,NiFeOH/CoP/NF复合电极表现出良好的催化电解水性能。在电流密度为100 mA/cm^(2)时,NiFeOH/CoP/NF复合电极电催化析氢(HER)和析氧反应(OER)所需的过电势分别为141和372 mV。在电流密度为10 mA/cm^(2)时,NiFeOH/CoP/NF同时用作阴极和阳极电解水所需电压仅为1.61 V。NiFeOH保护层增强了CoP在电解水反应中的活性和稳定性,NiFeOH/CoP/NF复合电极在恒电流电解中表现出高的HER和OER稳定性,活性可维持60000 s,性能未见明显衰减。将NiFeOH/CoP/NF两电极电解池与GaAs太阳能电池组成光伏-电解水系统,该系统在100 mW/cm^(2)模拟光照条件下,太阳能至氢能转化效率达到18.0%,并可稳定运行200 h。

锂铝层状双金属氢氧化物的制备及其锂脱嵌过程

锂铝层状双金属氢氧化物(Li/Al-LDHs)是一种适用于高镁锂比卤水中提锂的吸附剂,但其存在吸附容量偏低、吸附机理与适用条件不够清晰等问题。本工作以铝粉、氢氧化锂为原料制备Li/Al-LDHs,考察了适用条件下溶液中阴阳离子对吸附过程的影响并进行了不同溶液组成下的提锂性能测试,结合红外光谱测试和X射线光电子能谱等表征明晰了锂脱嵌机理。结果表明,Li/Al-LDHs在卤水中的最大吸附容量为8.350mg/g,阳离子选择性顺序为Li^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。Li/Al-LDHs对Li^(+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,吸附过程主要是基于尺寸筛分效应进行的,Li^(+)进入吸附剂层间的空位后需要等量的阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等)进行电荷平衡,其吸锂容量随溶液体系总离子浓度的增加而变大,因此更适用于从高含盐量卤水中提锂。研究结果可为后续废旧金属铝制取Li/Al-LDHs用于盐湖卤水提锂提供技术参考。

层状双金属氢氧化物(LDH)去除磷酸盐的性能研究

我国水体特别是湖泊的富营养化与氮磷营养盐的超标排放有关.如果集中式污水处理厂的除磷效果不理想,将易引发尾水总磷超标,因此对污水处理厂二级处理过程的效能挖潜是当下污水处理厂提标改造的重点.层状双金属氢氧化物(LDH)是新型纳米吸附剂,可实现水体中磷元素的高效去除.研究中采用共沉淀法制备Mg/Al层状双金属氢氧化物(Mg/Al-LDH)及其煅烧产物(Mg/Al-LDO),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和Zeta电位等方法表征其组成和微观形貌,借助吸附动力学和吸附等温线探究Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附特点和作用机理.结果表明:①当磷酸盐的初始质量浓度为10 mg/L(以P计)时,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附在2 h内快速增加并完成90%的吸附率,且它们的拟二级动力学模型(R^(2)值均大于0.999)比拟一级动力学模型能更好地模拟磷酸盐吸附过程,因而可以认为Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的除磷过程主要通过化学吸附或化学键合来实现.②由于Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的等温吸附数据更符合Langmuir等温吸附模型(R^(2)值均大于0.994),说明溶液中的磷酸根应以单分子层方式吸附在Mg/Al-LDH或Mg/Al-LDO上,它们在298 K下的最大饱和吸附量分别为84.5和122.7 mg/g.③Mg/Al-LDO在pH为3.0~11.0范围内具有的界面正电性,以及吸附磷酸盐后部分恢复原有层状结构的能力,使得Mg/Al-LDO在宽pH范围内具有比Mg/Al-LDH更强的脱磷能力.研究显示,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO可实现含磷水样的高效快速去除,从而为今后市政污水处理技术的革新提供新思路.

桉木表面构建层状双氢氧化物仿紫光檀颜色

【目的】针对人工林速生桉木材色较浅、表面色调单一的问题,以层状双金属氢氧化物(LDHs)对其进行材色调控,仿制名贵木材紫光檀的黑棕色效果。【方法】将与木材高度亲和的钴基金属有机框架(Co-MOF)作为模板和前驱体,利用MnCl_(2)在木材表面发生水解反应,在桉木单板表面制备钴锰层状双金属氢氧化物(CoMn-LDH);探究桉木单板分别在0.016、0.032、0.064 mol/L MnCl_(2)溶液和20、40、60、80℃条件下表面颜色的变化规律;并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FT-IR)分析,探究LDHs与桉木单板表面的结合机理;通过接触角和耐光老化测试评估改色木材的耐水性和耐光老化性。【结果】(1)在40℃下,利用0.032 mol/L MnCl_(2)溶液制得的钴锰双氢氧化物涂层桉木单板实现了紫光檀颜色效果,两者的色度值和紫外光谱均相近。(2)MnCl_(2)水解诱导Co-MOF和木材的OH−交换形成金属氢氧化物,生成CoMn-LDH;SEM显示CoMn-LDH具有微纳米复合结构,XRD和XPS分析表明钴和锰分别以Co^(2+)和Mn^(2+)的形式存在,CoMn-LDH为典型的钴锰双氢氧化物;其红外光谱呈金属–羟基振动模式。(3)调色木材的接触角由36.2°增大至49.5°;光照120 h后色差在3~6范围内,属于中质量分辨率下可见色差;表明制备的钴锰双氢氧化物涂层桉木单板表面疏水能力和耐光老化性能均得到提升。【结论】本研究所用调色处理条件温和,能有效改善桉木颜色,提高产品装饰效果和附加值,促进人工林木材的高效利用。

钴镍双金属氢氧化物/石墨烯电控分离膜排异性回收废水中低浓度磷酸盐

采用滴涂结合电化学沉积两步法制备了一种具有优良电活性的三维花状钴镍双金属氢氧化物/石墨烯(CoNi-LDH/G)杂化膜,用于电控离子交换过程(electrically switched ion exchange,ESIX)吸附水溶液中低浓度的磷酸根(PO_(4)^(3-))离子。结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等对CoNi-LDH/G杂化膜进行形貌、组成及结构表征。采用电化学方法考察了该杂化膜在不同吸附电压、不同初始浓度、共存离子及不同pH值条件下对PO_(4)^(3-)吸附性能的影响。实验结果表明:通过调节氧化还原电位,即使在低浓度下,杂化膜对PO_(4)^(3-)也具有良好的吸附性能,且可以在较宽的pH值(4~10)范围内使用,同时受共存离子及其浓度变化影响甚小。此外,G对PO_(4)^(3-)的吸附容量为1.10 mg·g^(-1),CoNi-LDH对PO_(4)^(3-)的吸附容量为11.74 mg·g^(-1),二者吸附容量之和小于CoNi-LDH/G对PO_(4)^(3-)的吸附容量(16.25 mg·g^(-1))。同时,结合O1s的XPS数据分析发现,CoNi-LDH/G杂化膜对PO_(4)^(3-)的吸附过程除了层间阴离子交换、PO_(4)^(3-)与层板金属离子配位的配体交换外,还存在G与CoNi-LDH之间的协同效应。

层状双氢氧化物-rFel d 1-Can f 1融合变应原对小鼠模型过敏反应的预防效果分析

旨在预防猫、犬诱导的过敏反应,本研究将猫主要变应原Fel d 1与犬主要变应原Can f 1融合原核表达,纯化制备了rFel d 1-Can f 1融合变应原。将层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDH)与rFel d 1-Can f 1混合,制备LDH-rFel d 1-Can f 1,皮下注射法免疫BALB/c小鼠,随后利用rFel d 1-Can f 1融合变应原诱导过敏小鼠模型,通过检测小鼠应激性过敏反应的体温变化、耳朵点刺试验、肺部组织切片HE染色、血清IgE水平等指标评价LDH-rFel d 1-Can f 1对猫犬诱发过敏反应的预防效果。研究表明,LDH与rFel d 1-Can f 1质量比为7∶1时,LDH可以完全吸附rFel d 1-Can f 1融合蛋白。LDH-rFel d 1-Can f 1可以有效缓解应激性过敏反应引起的小鼠体温下降,显著减少过敏导致的染料渗透面积。肺部组织切片HE染色结果显示,LDH-rFel d 1-Can f 1可以缓解过敏引起的炎症细胞浸润。此外,LDH-rFel d 1-Can f 1免疫后可以诱导小鼠产生较高水平IgG,这为开发抑制宠物猫犬诱发过敏反应的疫苗奠定基础。

双氢氧化物修饰镍金属网提升电磁屏蔽性能

针对镍金属网在电磁屏蔽中的低吸收效能(SE_(A))和较高反射(SE_(R))问题,通过电沉积方法在镍金属网(NM)表面负载镍铁双氢氧化物(NiFe LDH)纳米片,旨在提升材料的以吸收为主的屏蔽性能。处理后材料的微观结构和电磁特性得到显著改善,尤其是在X波段内实现了优异的56 dB的SE_(A)和2 dB的SE_(R)。同时,NiFe LDH纳米片优化了介电常数、磁导率、衰减常数和阻抗匹配,证明其在电磁屏蔽领域的广泛应用前景,合成简单且成本效益高。

层状复合氢氧化物在制革工业中的应用探讨

制革工业是指以动物皮为原材料,经过一系列物理和化学加工生产皮革的产业。传统铬鞣法虽赋予皮革优异的综合性能,但仍存在处理含铬废弃物的环境压力。层状复合氢氧化物(LDHs)是一类由带负电荷的阴离子和带正电荷的金属氢氧化物所构成的层状化合物,具有酸碱性、可调控性、热稳定性和结构记忆效应。文章对LDHs纳米材料的结构及性质进行介绍,并对其在制革工业中作为鞣制材料、复鞣材料、加脂助剂、染色助剂、功能涂饰材料和水处理材料等方面的应用进行了综述。

多孔镍钴层状双金属氢氧化物阵列的制备及其电容性能

通过一步水热的方法在泡沫镍(NF)基底上生长了镍钴层状双金属氢氧化物(NiCo-LDHs)阵列。研究了Ni和Co的物质的量比对其晶相结构、形貌和电容性能的影响。在n(Ni)∶n(Co)=2∶2时获得高电容量和高循环稳定性的Ni_(2)Co_(2)-LDH有序致密的多孔纳米针阵列。在电流密度1 A·g^(-1)时,比电容高达2381 F·g^(-1);在电流密度10 A·g^(-1)时,电容率保持率为57.1%;4500次充放电循环后电容率保持高达60%。最后,以Ni_(2)Co_(2)-LDH@NF为正极,以活性炭为负极构建了非对称电容器。在电流密度为1 A·g^(-1)时,该非对称电容器的比容量为211.4 F·g^(-1)。在电流密度5 A·g^(-1)时,5000次充放电循环后电容保持率高达90%。在11.6 kW·kg^(-1)的功率密度下拥有73.1 Wh·kg^(-1)的能量密度。

层状双氢氧化物膜在镁合金防腐蚀领域的研究进展

介绍了层状双氢氧化物(LDH)膜的常见类型及其制备方法,重点总结了其在镁合金防腐蚀方面的应用现状和可能存在的问题。概述了LDH膜改性的研究进展,最后对LDH膜未来的研究方向进行了展望。

基于镍铁层状双氢氧化物的氧析出催化剂:催化机制、电极设计和稳定性

近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质中表现出出色的氧析出性能,过电位很低,在10 mA·cm^(-2)处仅需200-300 mV。虽然人们在开发基于NiFe LDH的高效电催化剂方面做出了巨大努力并取得了一些成果,但是要进一步降低其过电位具有相当的挑战性。为了克服这个瓶颈,就需要明确识别其活性位点和催化机理,从根本出发来探究新的解决方案,以获得具有超低过电位的催化剂。本综述首先回顾了NiFe LDH的结构、组成和发展历史。虽然人们在研究催化活性位点和机制方面付出了巨大努力,但其真正的催化位点和机制仍然是模棱两可并存在争议的。我们对催化位点研究的代表性工作进行了全面分析,希望对催化机理和活性位点能提供一些深入认识和理解。此外,我们还就增强其催化活性的各种策略,如杂原子掺杂和引入空位等,进行了总结并基于电子和几何结构对其活性提高原理进行了分类,为开发高性能的NiFe LDH基催化剂提供新的见解和方向。此外,催化剂的稳定性,尤其是在高电流密度等技术条件下的稳定性至关重要,但常常被人们忽视。最新的研究表明,NiFe LDH基催化剂在高电流密度下运行一段时间就会出现严重的活性衰减。因此,本综述强调了稳定性问题的重要性,以引起更多研究者对此问题的关注,并分析了NiFe LDH基催化剂的衰减机理,总结和讨论了基于这些衰减机理开发的改善稳定性问题的最新策略。最后,本综述讨论了制备兼具优异催化活性和稳定性的NiFe LDH基的高效催化剂的可能发展方向。

镍铁双氢氧化物的响应曲面法优化生长和电催化析氧性能研究

采用腐蚀工程制备了层状镍铁双氢氧化物电催化剂,利用X光衍射、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和光电子能谱等对样品物理化学特性进行了表征,采用线性伏安特性曲线、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱、循环伏安特性以及恒电流下电势-时间曲线对样品电催化析氧特性进行了详细分析。在单因子实验的基础上,以50 mA·cm^(-2)对应析氧过电位为响应因子,用响应曲面法对影响催化剂性能的主要因素进行了优化,建立了泡沫镍铁腐蚀后析氧过电位的多项式模型,得出的优化制备条件为腐蚀温度80℃、时间9 h、NiSO_(4)浓度9 mmol·L^(-1)。在该条件下制备的样品在10 mA·cm^(-2)下的过电位为200 mV,Tafel斜率为52.5 mV·dec^(-1);50 mA·cm^(-2)电流密度下经过48 h连续测试,其OER催化活性仍能保持在95%,比起商用RuO_(2)电极显示出优良的电催化活性。

CuCo_(2)O_(4)/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了CuCo_(2)O_(4)/NiFe层状双金属氢氧化物(LDH)(CuCo_(2)O_(4)/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo_(2)O_(4)和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo_(2)O_(4)处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心CuCo_(2)O_(4)免受强碱腐蚀。因此,在1.0 mol·L^(-1)KOH溶液中,将CuCo_(2)O_(4)/NiFe-LDH@NF用作OER催化剂时,仅需191mV的低过电位即可实现10 mA·cm^(-2)的电流密度和31 mV·dec^(-1)的低Tafel斜率。此外,CuCo_(2)O_(4)/NiFe-LDH@NF在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。

层状复合氢氧化物的结构调控及其吸附重金属离子的研究进展

层状复合氢氧化物(LDHs)是具有特殊层状结构的阴离子黏土,具有化学组成可调、比表面积大及结构记忆效应独特等性质,在废水处理方面备受关注。调控LDHs自身结构,是进一步扩大其应用范围、提高其吸附性能的有效途径。该文介绍了LDHs特殊的层状结构和其自身性质;总结了LDHs最常用的制备方法,即共沉淀法、离子交换法、尿素水解法、煅烧复原法和溶胶-凝胶法等,分别介绍了各种制备方法的原理和特点;综述了LDHs的结构调控对其吸附重金属离子性能的影响,并总结了LDHs对重金属离子的吸附机理;最后,指出了目前LDHs在处理含有重金属离子废水研究中面临的挑战,并对该材料未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

赤泥基层状双金属氢氧化物合成工艺及应用

赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的高碱性废料,随着铝工业的高速发展,世界范围内赤泥年排放量已严重超过环境负荷,造成了巨大的处置压力和污染风险,赤泥的高效资源化利用迫在眉睫。由赤泥制备层状双金属氢氧化物(LDH)是当前国内外重点关注的一个循环路径,具有大规模工业化潜力。文章论述了赤泥基LDH合成工艺及应用研究进展,发现其主要的合成工艺有共沉淀法、煅烧水化法和机械化学合成法,合成的赤泥基LDH类型受铝土矿成分及冶炼工艺影响显著。赤泥基LDH通常被用作吸附剂去除水体无机阴离子及捕获CO_(2),同时也是一种新型环保型无卤阻燃添加剂。赤泥基LDH还是一种优异的光催化剂,赤泥中杂质(Fe_(2)O_(3))的引入导致局部构筑异质结构,有利于光敏电子和空穴物种的分离与传递。最后文章提出如下展望:(1)在双碳目标背景下,赤泥基LDH的制备符合“循环经济”等可持续发展目标,具有实际的大规模应用潜力,未来应大力推进合成及应用方面的研究;(2)未来应重点研究如何进一步优化合成工艺,提高产率,增强可持续性(如引入其他废弃物作为二价金属源),提高合成专一性,以及如何降低赤泥基LDH在应用过程中的环境风险;(3)明晰LDH结构与应用效果的“构效关系”,针对赤泥基LDH非纯净体系这一特性,扬长避短,发挥异质结构的优势,实现更高效的应用。

层状双氢氧化物在砷污染水体/土壤修复中的应用研究进展

综述了层状双氢氧化物(LDHs)的结构、特性及其在砷污染水体/土壤修复中的应用研究现状,介绍了共沉淀、水热合成、离子交换、溶胶凝胶、焙烧等LDHs制备方法,以及表面改性、插层、焙烧复原等改性方法。分析了LDHs吸附除砷的机理和影响因素,以及当前在材料合成、优化和应用过程中存在的不足,提出了形成工业化生产工艺、研发选择性和稳定性更强的复合材料、提升在复杂基体中的抗冲击负荷能力、探讨同构置换对层状结构的影响等后续研究方向。

Zn^(2+)掺杂硫化物/氢氧化物异质结构的性能

为提升硫化物的倍率性能和循环稳定性,采用两步电沉积法制备过渡金属硫化物/氢氧化物异质结构复合电极。在碳布上电沉积镍层,改良活性物质与碳布的接触活性;在硫代乙酰胺中添加Zn(NO3)2·7H_(2)O,制备Zn^(2+)掺杂的过渡金属硫化物/氢氧化物异质结构(NCS-Zn-2)。NCS-Zn-2在1 A/g电流下,比电容达到2 703 F/g,在150 A/g高电流下的比电容是1 A/g的40.8%,具有较好的倍率性能。NCS-Zn-2与活性炭组装的工作电压为1.6 V高电压水系非对称超级电容器,在794 W/kg的比功率下,具有79.9 W·h/kg的比能量,以20 A/g电流在0~1.6 V循环20 000次,电容保持率为98.7%。

层状双羟基氢氧化物及其衍生物在锂硫电池中的应用

锂硫电池具有超高的理论能量密度、较低的材料成本,是极有前途的下一代储能体系。但硫导电性差、充放电过程中的穿梭效应、体积膨胀、负极锂枝晶等问题造成锂硫电池的比容量低、容量衰减严重、库仑效率差,影响了其实际应用。层状双羟基氢氧化物(LDHs)是一种二维材料,具有可调节的插层结构、可控的表面化学性质和独特的拓扑转换特性,作为储能材料受到了广泛的关注。LDHs对多硫化物具有良好的约束能力,作为锂硫电池正极硫载体可以高效吸附和催化充放电过程中产生的多硫化物,减少多硫化物的迁移,加快氧化还原反应动力学,从而提升锂硫电池的电化学性能。此外,二维LDHs可涂覆于隔膜作为正极与隔膜间的中间层,通过物理作用阻挡多硫化物向负极的迁移,抑制穿梭效应;LDHs用于锂负极可以促进金属锂的均匀成核和沉积。目前LDHs在锂硫电池中应用广泛,本文综述了LDH及其衍生物在锂硫电池中的应用优势,介绍了其在锂硫电池正极、中间层、负极中的应用现状,指出了LDHs材料在锂硫电池中的发展方向。