高倍率钠离子电池炭包覆纳米铋负极材料

铋作为新型钠离子电池负极材料,因其出色的离子动力学特性和长循环寿命而备受瞩目。铋基材料在能量密度和充放电效率方面展现出巨大潜力,但在应用中也面临体积膨胀和固态电解质层稳定性方面的挑战,需要通过纳米结构设计、界面工程以及碳包覆等方法来改善其导电性和结构稳定性。在这项工作中,以金属铋有机骨架材料为前体,通过一步炭化法得到了炭包覆铋纳米复合材料。铋颗粒通过C—O—Bi界面交互作用牢固锚定在石墨烯表面,在高电流密度下展现出优异的容量保持能力和稳定的循环性能。结果显示,由赝电容控制的钠离子存储过程有助于构建稳定的固态电解质界面膜并加速离子扩散,从而提高电池的循环稳定性和充放电效率。而铋与石墨烯界面较强的化学键结合有助于维持金属颗粒的结构稳定,缓冲体积膨胀,并加速二者之间的电子扩散,提高材料的电化学活性。这些发现不仅提供了改善电池负极材料的高效方法,还为理解和优化负极材料提供了新视角,对于设计和开发高性能钠离子电池负极材料具有重要的参考意义。

炭包覆氧化铝负载镍催化剂的制备和表征及其催化加氢性能

以炭包覆Al2O3(CCA)为载体,采用等体积浸渍法制备了17%Ni/CCA催化剂,采用热重-差示量热扫描、扫描电镜、X射线光电子能谱、N2物理吸附、H2程序升温还原和X射线衍射等手段对样品进行了表征,并用于粗1,4-丁二醇加氢反应中.结果表明,炭的引入显著改变了Al2O3的表面性质、负载Ni的存在形态以及金属-载体间的相互作用,因而不同炭含量的Ni/CCA催化剂在粗1,4-丁二醇加氢反应中表现出不同的催化活性.当载体中炭含量为11.6%时,催化剂中的Ni以无定形状态高度分散于载体表面,同时具有适宜的金属-载体相互作用及较好的还原性能,因而其加氢活性最高.

沥青炭包覆微晶石墨用作锂离子电池负极材料的研究

针对微晶石墨振实密度低和首次库仑效率低的缺点,采用真空浸渍-炭化工艺对微晶石墨进行沥青炭包覆改性,利用XRD、拉曼光谱和SEM等分析了炭包覆前后微晶石墨的结构和表面形貌,利用比表面测试仪测试了样品的BET比表面积,利用振实密度仪测定振实密度,并通过恒电流充放电和循环伏安等测试了样品的电化学性能。结果表明,炭包覆后微晶石墨的石墨化度略有降低,拉曼R值由0.63增大至0.85;颗粒表面更光滑平整,BET比表面积降低0.9m2/g,振实密度从0.95g/cm3提高至1.08g/cm3;不可逆容量损失从121mAh/g减小到44mAh/g,可逆容量从300mAh/g提高到320mAh/g,首次库仑效率从71.2%提高到87.4%,而且循环性能得到明显改善。

快速热解法制备炭包覆纳米金属磁性颗粒(英文)

以简单金属前躯体为原料通过快速热解法制备炭包覆纳米金属磁性颗粒,通过透射电镜、X-射线衍射、热重-示差扫描同步热分析及振动样品磁强计等对产物形貌、结构、成分与磁性能进行表征。结果表明:采用该方法制备的炭包覆纳米金属磁性颗粒形状为近球形颗粒,粒径均一,其中炭包覆镍纳米磁性颗粒的粒径集中在10nm～30nm范围,炭包覆铁纳米磁性颗粒粒径则在50nm～60nm范围;所制炭包覆纳米金属磁性颗粒在室温下具有顺磁性,其磁性能随金属颗粒含量的变化而改变。该方法有望发展成一种工艺简单,可进行连续工业化生产炭包覆纳米金属磁性颗粒的方法。

纳米硅/石墨负极材料的炭包覆改性研究

硅颗粒的低负载量及其与石墨基体的弱相互作用严重制约了硅/石墨负极材料的商业化应用。本研究通过浓硫酸和高锰酸钾的氧化处理增大石墨基体的比表面积,利用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂,改善纳米硅与氧化石墨湿法混合的均匀性,采用柠檬酸催化蔗糖碳源的水解,以便热解后在复合材料表面形成完整的炭包覆层。XRD与SEM分析表明,改进的炭包覆工艺可促进氧化石墨的还原,获得高石墨化度的碳硅复合材料,并实现硅颗粒在石墨基体中的均匀分散。上述协同效应使炭包覆的纳米硅/石墨负极材料在100 mA·g^(-1)的电流密度下循环100圈后比容量仍能稳定在400 mAh·g^(-1)左右,在提升比容量的基础上,有效抑制了硅在循环过程中的体积膨胀。

炭包覆型铁水沟捣打料的试验研究

炭包覆型铁水沟捣打料的试验研究新乡市耐火材料厂宋林喜１炭包覆材料的制备及抗侵蚀性１．１炭包覆型颗粒本试验采用特级矾土熟料为原料，其化学组成为（％）：ＡＩ。Ｏ。８７．１４，ｆｆｅ。Ｏ。！．０７，ＳＩＯ。５．７９，Ｒ。Ｏ０．２５；吸水率２．７２％，体积密...

Ni^(2＋)在炭包覆氧化铝表面存在状态及加氢性能

采用等体积浸渍法制备了以炭包覆氧化铝(CCA)为载体的Ni基催化剂.利用低温N2物理吸附、XRD、UV-Vis DRS、H2-TPR、H2-TPD等手段对催化剂进行表征,并考察了催化剂粗1,4-丁二醇加氢反应性能.结果表明,均匀分散在表面的炭可以有效阻止Ni2+进入氧化铝表面四面体及八面体空位,Ni2+以与载体具有中等强度相互作用的物种形式存在.随Ni含量的增加,镍物种晶粒尺寸发生明显变化,当Ni含量低于10%时,NiO以高分散状态存在于载体表面,Ni含量达到14%时催化剂中出现了NiO微晶,进一步提高Ni含量,NiO晶粒尺寸有所长大,但仍保持了较高的分散度.由于Ni的聚集程度较小,随着Ni含量增加,Ni的总活性比表面积增加,催化剂加氢活性提高,至Ni含量达17%时,催化剂表现出最佳的催化加氢活性.

树脂包覆对石墨化中间相沥青炭微球电化学性能的影响

以中间相沥青炭微球(SSGMCMB)为核、酚醛树脂(PR)热解炭为壳,采用浸渍-固化-炭化手段制备出树脂热解炭包覆SSGMCMB复合材料,并对其电化学性能进行了研究。通过SEM、XRD、恒电流充放电测试等手段研究了不同树脂包覆量对该复合材料的形态、结构及其电化学行为的影响,结果表明:树脂热解炭对SSGMCMB有较好的包覆作用,保持了SSGMCMB的球形形态,有利于锂离子的嵌入/脱出反应,对其电化学性能有一定的提高,改进了酚醛树脂热解炭有较大电压滞后的问题。

基于细乳液聚合法的超细包覆炭黑制备及其性能

以可聚合分散剂SE-10对炭黑进行分散,然后通过细乳液聚合法制备超细包覆炭黑,研究共聚单体种类及用量、引发剂用量、反应温度和时间对超细包覆炭黑性能的影响。结果表明,与丙烯酸正丁酯和苯乙烯相比,用甲基丙烯酸甲酯制备超细包覆炭黑的粒径较小,当甲基丙烯酸甲酯用量为颜料质量的25%,过硫酸铵用量为共聚单体质量的2%,在80℃下反应2 h,制得的超细包覆炭黑粒径为157.4 nm,在80℃条件下密封放置24 h后,超细包覆碳黑的粒度变化率仅为2.58%,与聚合前相比,聚合后炭黑分散体耐热稳定性、离心稳定性和冻融稳定性更好。

高库仑效率的锂离子电池负极材料炭包覆锂化钛酸锂

利用纳米TiO2颗粒和Li2CO3为原料,分别在不添加及添加中间相沥青的情况下通过固相反应制备出Li4Ti5O12及炭包覆的锂化钛酸锂Li4+x Ti5O12/C。Li4Ti5O12颗粒尺寸在0.5～3μm之间,而Li4+x Ti5O12/C颗粒尺寸比较均匀,在200～500 nm之间,且颗粒表面包覆了一层厚度约2 nm的炭层。充放电研究表明,Li4Ti5O12的可逆容量较低,而Li4+x Ti5O12/C则具有非常高的可逆容量、循环稳定性及容量保持率。同时,Li4+x Ti5O12/C可提供Li+补偿首次不可逆容量损失,导致首次库仑效率超过100%。Li4+x Ti5O12/C中预储锂量随碳源量的增加而增加,在碳源量5%条件下制得的Li4+x Ti5O12/C的首次脱锂容量超过嵌锂容量24.2 mAh·g-1。Li4+x Ti5O12/C有望消除锂离子全电池的首次不可逆容量损失并提高其容量。

Cu_(2)O@C复合纳米材料的光诱导合成制备及其光催化产氢性能

Cu_(2)O具有禁带窄、环境友好和储量丰富等优点,是一种理想的可见光催化剂,然而其光生载流子复合率高和稳定性差等问题限制了Cu_(2)O在光催化领域的实际应用。为此,本文采用光诱导原位技术,以甲醇为碳源、硫酸铜为铜源,一步成功制备了超薄炭壳层包覆的Cu_(2)O复合纳米材料(Cu_(2)O@C)。结果显示,与常规炭包覆方法相比,光诱导原位技术避免了苛刻的反应条件及繁琐的合成步骤对Cu_(2)O半导体结构的破坏,有效保留了Cu_(2)O本征电子结构,使其具有优异的光催化活性及稳定性。同时,Cu_(2)O@C的核壳结构不仅可以钝化半导体表面缺陷和促进光生载流子的分离,而且炭壳层的包覆还可以避免Cu_(2)O纳米颗粒与溶液的直接接触,有效抑制高活性反应中间体对催化剂结构的破坏。与单独的Cu_(2)O纳米颗粒相比,Cu_(2)O@C复合纳米材料在可见光下的光解水产氢活性和稳定性得到显著提高,产氢速率可达1.28 mmol/(g·h),且在连续五次循环稳定性测试中,氢气生成速率无明显变化。

人工心瓣热解炭断裂韧性有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS,对人工心瓣各向同性热解炭和热解炭包覆石墨复合材料进行紧凑拉伸以及三点弯曲实验仿真分析,计算材料的平面应变断裂韧性KIC,并将计算结果与相关实验结果进行对比,分析利用ANSYS计算KIC方法的有效性,以及涂层与基体厚度比、裂纹尖端半径对热解炭包覆石墨复合材料KIC值的影响。结果表明,纯热解炭和石墨材料的ANSYS计算KIC值分别为槡1.176 MPa m以及槡1.415 MPa m,与相关实验结果接近,验证了ANSYS计算KIC值的准确性;热解炭包覆石墨复合材料的计算KIC值随涂层与基体厚度比的增加而降低,涂层与基体厚度比偏低时,复合材料断裂性能均优于纯热解炭和石墨材料;热解炭包覆石墨材料存在临界裂纹尖端半径ρ0(约5μm)。当裂纹尖端半径ρ>ρ0时,KIC测量值与ρ1/2成正比;ρ<ρ0时,KIC测量值与尖锐裂纹样品测量值一致。

在氧化铁表面沉积热解炭及其气化与还原

采用流动反应器研究了丙烯热解和在铁黄颗粒表面生成热解炭的化学热力学以及化学气相沉积(CVD)过程。发现在600℃之前丙烯热解发生的化学气相沉积基本为表面反应过程;在热解炭沉积过程中铁黄颗粒的比表面积迅速减少,同时由于脱去水分而发生失重;随着温度的升高,Fe2O3逐渐被还原为Fe3O4和FeO,在800℃以上Fe2O3完全被还原为Fe3C。在化学气相沉积过程中,500℃以前铁黄可以保持大长径比形貌,在600℃～700℃之间则生成长径比较小的哑铃型颗粒。非球形氧化铁颗粒在氢气还原过程中能够保持原有形状,同时被还原成为单质铁。上述化学气相沉积和气化过程可以用于制备热解炭包覆的或者纯净的非球形铁颗粒材料。

炭对γ-Al_2O_3水热稳定性的影响

通过不同温度焙烧蔗糖/氧化铝前驱体的方法制备了炭包覆改性氧化铝(CCA),对该材料进行水热处理,并采用XRD、TG-DSC对水热处理前、后的样品进行表征。结果表明,焙烧温度在300℃时,产生软焦质炭物种,显著地抑制了Al2O3水合反应;提高焙烧温度可以获得稳定存在的聚合或浓缩的炭物种,但对Al2O3水合的抑制程度降低。

聚吡咯包覆导电炭黑/氧化铟复合材料的制备及其在铅酸电池中的应用

为了改善铅酸电池负极不可逆硫酸盐化及析氢问题,通过原位化学聚合的方法制备导电炭黑/氧化铟表面包覆聚吡咯[PPy@(C/In_(2)O_(3))]复合材料,采用SEM、FTIR、BET和XRD等表征手段分别对复合材料的微观形貌和结构进行分析;通过循环伏安法(CV)和线性扫描法(LSV)测试了复合材料的电化学性能。最后,将PPy@(C/In_(2)O_(3))复合材料添加到铅酸电池负极活性材料中,探究PPy@(C/In_(2)O_(3))对铅酸电池高倍率部分荷电状态(HRPSoC)循环寿命及放电容量的影响。结果表明:PPy@(C/In_(2)O_(3))保留了导电炭黑的基本结构特征,具有较大比表面积;同时具有较高析氢过电位及较大比容量。当将PPy@(C/In_(2)O_(3))复合材料添加到铅酸电池负极活性材料中,不仅可以降低负极板内阻抑制电池的负极硫酸盐化问题,而且可以减弱电池负极析氢问题,在提高铅酸电池放电容量同时,显著提高了铅酸电池高倍率部分荷电状态循环寿命。最终,含有PPy@(C/In_(2)O_(3))的负极板的铅酸电池显示出了优异的HRPSoC循环寿命,较空白组电池循环寿命提高了1.78倍。

碳质材料对磷酸铁锂正极材料物理和电化学性能的影响(英文)

通过综述碳质材料对磷酸铁锂(LiFePO4)电极材料物理和电化学性能的影响,评述了碳质材料在不同LiFePO4/C复合电极材料中的作用及其优缺点。指出:炭膜的原位包覆和模板炭的引入,限制了LiFePO4晶粒的生长,进而提高了电极材料的电导率;而导电炭和石墨烯的引入,则是直接提高了电极材料的电导率;有机结合这两种碳质材料的复合方式将会极大改善电极材料的电化学性能。但是,为了提高电极材料的体积能量密度及其振实密度,应该最大限度地降低碳质材料在LiFePO4/C复合电极材料中的含量。

微膨胀石墨的制备及其储锂性能研究

以天然鳞片石墨为原料，浓HNO3和HCOOH分别为氧化剂和插层剂制备插层石墨化合物，然后采用沥青包覆得到微膨胀石墨，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电性能测试等方法研究了HNO3用量对微膨胀石墨结构和储锂性能的影响。结果表明，采用先插层再炭包覆的方法能够获得碳层间距被拉大并预留膨胀空间的微膨胀石墨，HNO3用量对石墨膨胀倍数影响明显，随着HNO3用量的增大，石墨膨胀倍数呈现线性增大趋势，而HNO3用量对石墨碳层间距d（002）影响不明显，d（002）稳定在0.3386-0.3393 nm。微膨胀石墨放电容量为321 mAh/g，经过100次循环后容量保持率为91.5%，5C放电容量保持了1C放电容量的97.2%，展示了良好的循环性能和倍率放电性能。

共浸法制备高分散Ni/CCA催化剂及顺酐加氢性能

为获得高分散的负载型Ni基催化剂,提高催化剂加氢性能,采用共浸法制备了以炭改性Al2O3为载体(CCA)的Ni基催化剂,采用BET、XRD和H2-TPD对催化剂进行表征,以顺酐液相加氢为探针反应研究催化剂加氢性能。结果表明,通过共浸法同时引入活性组分Ni与炭助剂,经一次焙烧后即可获得活性组分Ni高度分散的负载Ni/CCA催化剂,在顺酐加氢反应中表现出高的γ-丁内酯选择性。

基于纳米Fe_(3)O_(4)@C核壳结构的电化学传感器及其对双酚A的敏感检测

利用水热合成法成功制备出直径300~400 nm、分散均匀的碳包覆Fe_(3)O_(4)核壳结构材料(Fe_(3)O_(4)@C),将其修饰丝网印刷电极(SPEs)构建了测定双酚A(BPA)的电化学传感器。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对Fe_(3)O_(4)@C核壳结构进行表征;采用交流阻抗法(EIS)、循环伏安法(CV)和示差脉冲伏安法(DPV)研究了Fe_(3)O_(4)@C/SPEs对BPA的电化学敏感特性。结果表明,在磷酸盐缓冲溶液(PBs)的pH=7条件下,Fe_(3)O_(4)@C修饰电极对BPA表现出最强的电催化效应,氧化峰电流最大。DPV测定结果显示,在5.0×10^(-7)~1.3×10^(-5) mol/L的双酚A浓度范围内,氧化峰电流与BPA浓度成良好的线性关系,检测限可达7.0×10^(-8) mol/L,同时Fe_(3)O_(4)@C修饰电极表现出了极强的抗干扰能力,5星期时间内BPA在Fe_(3)O_(4)@C/SPEs上的氧化峰电流衰减不足5%。

炭改性对Ni/Al_2O_3催化剂顺酐加氢合成γ-丁内酯反应性能的影响

通过热解蔗糖/Al2O3前驱体的方法制备了炭包覆改性Al2O3(CCA)载体,并采用等体积浸渍制备了负载量17%的镍基催化剂.对载体及相应催化剂进行了TPO-MS、N2物理吸附、TPR、XRD等测试表征,并考察了催化剂顺酐(MA)加氢合成γ-丁内酯(GBL)的反应性能.结果表明,适量炭的引入改变了载体Al2O3的表面性质,使金属-载体相互作用减弱,活性组分镍的分散度提高,催化剂在MA加氢反应中表现出高的GBL选择性.当Al2O3中引入8.9%的炭时,催化剂表现出最高的催化活性,在210℃,5 MPa氢气压力下反应3 h时,MA转化率达98%以上,GBL选择性达91.71%.