硫化钴镍的制备及其作染料敏化太阳能电池对电极的性能研究

不同温度下通过两步水热法在氟掺杂氧化锡导电玻璃上制备了钴镍双金属硫化物对电极。并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、电化学阻抗谱分析(EIS)以及光电流密度-电压特性曲线(J-V)分别研究了其物相、表面化学元素组成及其化学状态、表面形貌、电催化活性和光电转化性能。结果表明该硫化物为直立片状的NiCo_2S_4,90℃制备的对电极具有较高的电催化活性,其电池的光电转化效率达到了与Pt电极电池效率(6.02%)相比拟的值(5.74%)。而120℃制备的对电极虽然具有更大比表面积,但其膜太厚,显著增加了电解质的能斯特扩散电阻,导致其电池效率偏低。

硫化钴镍微球制备及其电催化析氢综合研究型实验设计

文章设计了硫化钴镍微球制备及其电催化析氢综合研究型实验。该实验通过简单的一步水热法,可控合成了一种由微小纳米粒子组装成微球结构的双金属硫化钴镍催化剂,研究了双金属硫化物结构与电化学析氢性能之间的内在联系,使学生对实验合成以及材料结构表征与性能测试有了较完整的把握。该实验将科研工作与本科生实验教学相结合,激发了学生对科研的热情,提高了他们的自主创新意识。

硫化钴镍/氧化石墨烯的制备及电化学检测黄连素的研究

通过溶剂热法制备了硫化钴镍/氧化石墨烯(NiCo_(2)S_(4)/GO)复合材料,并采用滴涂法将其修饰在玻碳电极(GCE)表面,制备了一种高效的电化学传感器用于检测黄连素.采用XRD和SEM对所制备的NiCo_(2)S_(4)/GO双金属催化剂进行表征.利用循环伏安法(CV)考察所修饰电极对黄连素的电催化氧化性能.结果表明:当外加电压为0.30 V,黄连素的质量浓度在0~200 mg/L时,黄连素的质量浓度(ρ)与响应电流(I_(p))呈良好的线性关系,线性回归方程为I_(p)=0.4817ρ+49.293(R^(2)=0.9896),检出限为0.20 mg/L.研究了工作电位、扫描速率对传感器性能的影响,通过红外光谱分析的检测结果推断出催化剂NiCo_(2)S_(4)/GO催化氧化黄连素的机理是黄连素分子结构中亚甲基的开环和9号位甲氧基脱甲基化.

硫化钴镍-凹土的制备和性能分析

硫化钴镍纳米材料是重点研究的染料敏化太阳能电池对电极材料。文章以凹土为载体,采用水热法制备硫化钴镍-凹土材料,采用喷涂法制备硫化钴镍-凹土对电极,构筑了电催化性能优异的硫化钴镍-凹土对电极。然后,采用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面形貌,用X射线衍射仪(XRD)表征纳米材料的物相,用三电极体系测量CV曲线,用塔菲尔极化曲线和EIS图测试硫化钴镍-凹土纳米材料的电催化性能,用JV曲线探索硫化钴镍-凹土对电极的光电转换效率,以寻找可以替代Pt对电极的材料。

金川岩浆镍钴硫化物矿床深部找矿勘查技术研究

岩浆镍钴硫化物矿床是中国镍钴资源的主要来源,金川矿床在其占有绝对位置。但随着新兴产业的快速发展和低碳时代的来临,中国镍钴资源供给对外依赖程度不断攀升,镍钴战略性矿产资源安全受到严重威胁,深部找矿是实现镍钴资源增储上产的唯一途径。笔者在金川岩浆镍钴硫化物矿床的成矿地质特征、矿体分布规律系统研究的基础上,利用重磁电等地球物理异常信息与含矿岩体耦合关系,搭建地质-地球物理三维模型和深部找矿勘查技术有效性组合,梳理总结综合找矿标志及岩体含矿性评价指标,精确快速定位隐伏矿体可能的赋存空间,支撑服务金川岩浆镍钴硫化物矿床深部找矿实践,不断提升中国镍钴资源自我保障能力。

镍钴战略性硫化矿产资源选冶研究现状及展望

基于“双碳”发展背景、镍钴资源概况,对镍、钴硫化矿选冶研究现状进行总结与展望。概述了国内外镍钴资源的分布、储量情况以及我国镍钴硫化矿资源在选冶过程中存在的难点;分别总结了我国镍、钴硫化矿传统选冶工艺和改进情况。研究表明:硫化镍矿的选矿方式主要有浮选、重选、化学选矿、生物选矿;硫化钴矿的选矿方式主要有浮选、重选。其中,浮选具有适用性强、处理效率快的优点,仍是处理镍、钴硫化矿最有效的选矿工艺,混合浮选是目前国内绝大部分镍、钴硫化矿选矿厂采用的工艺;阶段磨矿—阶段选别工艺具有科学性,可以有效解决过粉碎问题;浮选药剂的研究重点主要集中在捕收剂组合使用和新型绿色分散剂、抑制剂的研发;生物选矿的研究也取得相应进展。重选在硫化钴矿中主要是用来预富集,可以提高入选品位和选厂处理量,常用的有重介质选矿、螺旋选矿和摇床选矿。硫化镍矿的冶金方式包括火法冶金、湿法冶金、生物冶金;硫化钴矿冶金方式主要有火法-湿法结合和全湿法冶金。其中,火法冶金具有效率高、工艺成熟的优点,仍然是硫化镍矿的主要冶金工艺,但具有高能耗高排放的缺点,相关改进措施的研究是近些年的重点;火法冶金正在逐步向低能耗低碳排放的湿法冶金转型,焙烧—水浸是火法冶金与湿法冶金的结合,其中,氯化焙烧—水浸具有较好的应用前景。硫化钴矿的冶金工艺通常需经过焙烧—浸出—电解过程。最后指出了镍钴硫化矿选冶技术具有研究前景的重点发展方向。

夏日哈木镍钴硫化物矿床镍钴赋存状态及其地质意义

东昆仑造山带夏日哈木超大型镍钴硫化物矿床伴生钴资源,对其钴富集机制的认识离不开矿物中钴含量及其赋存状态方面的制约。本文采用场发射-扫描电子显微镜-能谱分析和电子探针对夏日哈木I号镁铁-超镁铁质岩体中不同类型的矿物进行了成矿元素含量测定及表征,在矿物层面探讨了钴含量变化和赋存状态。确认钴镍的赋存状态(含量)与矿物类型、岩浆结晶阶段(演化时间)有关:硫(砷)化物的钴含量高于硅酸盐造岩矿物,辉砷钴矿等砷化物钴独立矿物具有最高的钴含量。镁铁质岩浆硫不饱和时,早期结晶橄榄石中镍含量较高,中期结晶辉石岩的辉石晶体结构中的钴发生晶体化学分散;岩浆硫饱和-硫化物熔离过程中钴和镍优先进入硫化物熔体而富集,单硫化物固溶体(MSS)早期结晶的磁黄铁矿中钴含量大于镍含量,钴与镍含量正相关;MSS中期结晶的镍黄铁矿优先富集钴,钴与镍含量负相关,钴可能与镍类质同象替换进入镍黄铁矿而优先富集;MSS早期钴与砷形成辉砷钴矿等钴独立矿物,钴富集程度高、但总量有限。最后,本文认为硫化物熔离是夏日哈木矿床钴富集的主要机制。

镍钴硫化物、石墨烯与聚苯胺复合材料在超级电容器中的应用研究进展

超级电容器作为典型的电化学电容器,具有功率密度高、寿命长、生产成本低等优点,被认为是最有前途的储能系统之一。电极材料对超级电容器的性能起着至关重要的作用。因此,研究开发新型高性能超级电容器电极材料已成为当前研究的热点。本文介绍了镍钴硫化物、石墨烯、聚苯胺组成的复合材料的研究现状,比较了几种二元复合材料各自的优势、存在的问题,并对未来发展进行了展望。

夏日哈木岩浆硫化物矿床中钴和镍关键金属的赋存状态及分布规律

东昆仑夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床的工业价值,不仅取决于矿石中Co、Ni的含量,还取决于钴和镍关键金属的赋存状态和分布规律。笔者利用全自动矿物分析系统钻孔样品分析,确定Co和Ni在样品中有2种赋存状态:独立钴、镍矿物和含Co、Ni矿物。对钴、镍金属矿物进行原位主、微量元素分析发现,Co在钴、镍金属矿物中含量由高到低为:辉砷钴矿>砷镍矿、方硫铁镍矿、镍黄铁矿>红砷镍矿、磁铁矿>磁黄铁矿、黄铜矿;Ni在钴、镍金属矿物中含量由高到低为:砷镍矿、红砷镍矿>硫铋镍矿、方硫铁镍矿、镍黄铁矿>辉砷钴矿>磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿。选择钻孔中体积分数占比最高的磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿,进行原位核-边微量元素及面扫描分析发现,Co、Ni在镍黄铁矿和黄铜矿单颗粒尺度上是均一分布的,两种矿物的Co/Ni值变化不大,表明矿物没有受到热液作用影响。然而,Ni在磁黄铁矿中分布不均一,并且矿物的Co/Ni值变化较大,表明磁黄铁矿对热液作用更为敏感。矿物原位主、微量元素分析结果显示,镍黄铁矿中的Co、Ni含量与镍、钴独立矿物接近,远超岩体中其他含钴、镍金属硫化物。因此,含Ni黄铁矿的矿石应作为选冶重点关注对象。

造山带环境钴岩浆成矿作用——以夏日哈木镍钴硫化物矿床为例

东昆仑造山带新发现的夏日哈木和石头坑德等岩浆镍钴硫化物矿床伴生有钴资源,它们与区域上火山-热液型、喷流沉积型等钴独立矿床共同指向早古生代镁铁质岩浆活动相关的钴成矿作用,表明镁铁质岩浆是区域钴富集成矿的重要载体,并预示东昆仑造山带的钴成矿潜力巨大。夏日哈木超大型镍钴硫化物矿床为造山带环境镍钴岩浆成矿作用的产物,本文在现有岩石地球化学数据甄别的基础上,分析了不同岩相和矿物Co、Ni和Cu等成矿元素的含量变化特征,探讨了镁铁质岩浆钴富集机制和控制因素。镁铁—超镁铁质岩具有较高的钴含量,随空间位置(期次)、岩石与矿物类型钴含量变化较大。在MgO含量最高的橄榄岩、辉石岩相中钴富集,在硫化物矿物中钴含量较高。钴含量与全岩MgO、硫、镍和铜含量正相关,这些规律表明夏日哈木镁铁质岩浆富集钴金属,不同期次岩浆中钴的富集程度不同,硫化物熔体是钴富集的主要途径之一,岩浆演化过程中钴在矿物中的富集机制需要原子层面钴赋存状态的系统认识。

高砷硫低镍钴硫化矿浸矿菌的选育与生物浸出研究

采用化学分析和偏光矿相显微镜矿物鉴定方法研究了高砷硫低镍钴硫化矿的生物浸出工艺矿物学:黄铁矿是有益组分镍、钴的主要载体矿物,结晶程度差,结构松散,易被细菌侵蚀,镍、钴容易被浸取,但细菌氧化黄铁矿而将产出较多的酸和浸出较多的铁;矿石中存在一部分颗粒微细并分散在结构致密的脉石中的含镍矿物,这是影响镍细菌浸出速率的主要原因。结合工艺矿物学研究结果,采用现代微生物驯化育种技术,选育了抗毒性强和适合浸出高砷硫低镍钴硫化矿的浸矿菌种RetechⅢ三代驯化菌,并采用亚铁离子氧化速率法、生物显微镜直接计数法及氧化还原电位法测定其浸矿活性,Fe2+氧化为Fe3+速率达到1.4g.(L.h)-1,培养60h细菌浓度由初始时的3.78×105cells.ml-1上升到1.67×108cells.ml-1,菌液氧化还原电位达到600(mV,vs.SCE)。采用摇瓶细菌浸出方法研究了浸出介质pH值、细菌接种量、浸出周期、矿浆浓度、温度等影响生物浸出的关键因素,获得了高砷硫低镍钴硫化矿生物浸出最优工艺参数,镍和钴的浸出率分别达到85.46%和99.23%。

镍钴硫化矿生物浸出研究进展

概括了镍、钴硫化矿生物浸出机理并综述了近些年来国内外镍、钴硫化矿生物浸出工艺以及工业化应用实例,指出了镍、钴硫化矿生物浸出工艺的发展方向。

东昆仑夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床成矿特征

超大型岩浆镍钴硫化物矿床的形成多与大陆裂谷或地幔柱活动密切相关,是何种机制促使深部幔源金属元素超常富集于东昆仑造山带而形成超大型岩浆镍钴硫化物矿床呢?文章通过剖析夏日哈木岩体及矿体基本特征,发现赋矿岩体整体呈东宽西窄的楔状体,以富集轻稀土元素、贫重稀土元素以及Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素的亏损为特征,镍钴矿体主要富集于辉石岩和橄榄岩中,西段矿石富,东段矿石贫,矿石品位与橄榄石含量呈正相关关系。精细矿物学研究发现,寄主矿物"巨型"斜方辉石所包裹的橄榄石Fo值及Ni含量从核部到边部均增高,揭示含矿岩相侵入过程中可能存在至少2次岩浆活动。由橄榄石和铬尖晶石成分分析,推测夏日哈木母岩浆为低Ti、高Mg的拉斑玄武质岩浆,可能起源于软流圈地幔。结合区域构造演化和岩体形成时代,认为东昆仑夏日哈木镁铁-超镁铁质岩体形成于伸展环境,深部部分熔融形成的岩浆多次脉冲上涌叠加,地壳混染对硫化物达到饱和具有关键作用,于柴达木盆地南缘东昆仑造山带中构造薄弱部位成岩成矿,可能是伴随古特提斯洋演化开始大陆裂解岩浆镍钴成矿响应的表现。该认识对丰富造山带中的岩浆镍钴硫化物矿床成矿理论研究、拓宽岩浆镍钴矿床找矿空间与潜力、支撑并指导区域找矿新突破,具有重要作用。

川西盐边县红格钒钛磁铁矿中镍钴硫化物的铂族元素地球化学特征

世界上尚未发现过V—Ti磁铁矿和硫化物矿床共生,在川西延边县红格矿床,原认为在矿体底部存在一个富含PGE、Cr的层位,但我们在多个钻孔中取样分析,均未发现。然而我们发现在红格矿床白草矿段存在大量的块状硫化物矿体,硫化物贯入铁矿后,可叠加形成镍—钴—铁矿体。块状硫化物矿石主要成分为磁黄铁矿(94%)、镍黄铁矿、黄铜矿,少量普通辉石、次透辉石、古铜辉石、普通角闪石、金云母、磁铁矿、钛铁矿、中长石等。其中Ni 0.72%～0.90%,Co 0.10%。主要赋存在磁黄铁矿中。通过铂族元素分析发现,块状硫化物(磁黄铁矿)Cu/Pd为12908～15109,含硫化物3%的贯入式铁矿Cu/Pd为24520。Cu/Pd比值远高于原始地幔值,暗示有少量硫化物在岩浆源区的残留。同时,在铁矿形成之前已发生过硫化物的熔离。红格地区样品的Pd/Ir值变化范围为2.8～30主要集中在8～14附近,可见红格地区经历过很强的岩浆结晶作用。红格矿床的PGE元素已发生明显的分异现象,暗示硫化物与铁可能在流体中有共同富集的情况。不同矿段的PGE含量有明显差异,很难用一个岩浆房进行解释,可能是多级岩浆房岩浆演化的产物。暗示深部还有岩浆房,在地下深处,还可以找Ni—Cu—PGE和Fe—Ti—V矿床。

空心六边形镍钴硫化物/RGO复合物的合成及其超级电容性能

通过两步法制备了一种空心六边形镍钴硫化物(HHNCS)与还原氧化石墨烯(RGO)的纳米复合材料HHNCS/RGO。利用XRD,SEM,TEM和Raman光谱等对复合物进行表征,发现镍钴硫化物为空心六边形结构,并且均匀地附着在RGO的表面。该纳米复合物用作超级电容器电极表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A·g-1时比电容为927 F·g-1;当电流密度增大到20 A·g-1时,比电容仍高达724 F·g-1,表明材料拥有较好的倍率性能。此外,在电流密度5 A·g-1下循环2 000次后比电容保留有初始值的93%,显示出优异的循环稳定性。HHNCS/RGO优异的电容性能主要是由于RGO的存在不仅增强了材料的导电性,而且作为理想的载体分散HHNCS纳米片。HHNCS/RGO纳米复合物优异的电化学性能使其在超级电容器电极材料领域具有应用前景。

超级电容器用镍钴硫化物电极材料的研究进展

超级电容器(supercapacitor,SC)是近年出现的高功率、高能量密度和长循环寿命的新型储能装置,利用表面双电层储能或在材料表面及近表面与特定离子发生快速可逆的法拉第反应储能。镍钴硫化物电极材料具有比单一硫化物和相应氧化物更高的导电性,同时两种金属离子的协同作用使其具有优异的电化学性能。结合近年相关文献报导,综述了镍钴硫化物电极材料的工作原理、制备方法、电化学性能及其优缺点,展望了其在储能机理和结构设计上的研究前景。

皱褶表面介孔镍钴硫化物微球的制备及其超电性能

通过一步水热法分别合成了α-Ni S、Co_3S_4和Co Ni_2S_4纳米介孔电极材料,并研究了其电化学性能。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究表明,介孔硫化物是由单相纳米颗粒堆叠组装而成,其中二元系的Co Ni_2S_4由纳米片自组装形成了具有皱褶表面的微球形貌。电化学性能研究表明,二元系的Co Ni_2S_4比α-Ni S、C o_3S_4具有更高的比电容、更佳的倍率特性和优异的循环稳定性。在扫描速率为5 m V/s时,Co Ni_2S_4材料在6 mol/L KOH电解液中比电容高达1678.3 F/g,优于α-Ni S(787.4 F/g)和Co_3S_4(1532.7 F/g),在扫描速率从5 m V/s增加到100 m V/s时,其电容保持率为45.8%,比α-Ni S(30.2%)和Co_3S_4(29.3%)高出约15%。在15A/g的电流密度下,经过900次循环充-放电后,二元系的Co Ni_2S_4的电容仍保持在96.3%,库伦效率保持在94.3%左右,说明镍钴双金属硫化物具有优异的循环稳定性能和充放电可逆性。

镍钴硫化物的制备及其反应温度对形貌和超级电容器性能的影响

采用一步溶剂热合成法制备了镍钴硫化物纳米微球,利用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X光电子能谱(XPS)对制备的材料进行了表征。采用循环伏安和恒电流充放电等电化学方法考察了镍钴硫化物用作超级电容器的电极材料的性能。160℃制备的材料在2mA/cm^2的电流密度下,测得的质量比电容和面积比电容分别为1 298F/g和1.13F/cm^2。在电流密度为10mA/cm^2下,经过10 000圈的循环稳定性测试后,比电容保持了原来的70.8%。此外,通过对反应温度的控制,研究了反应温度对其超级电容器性能的影响。结果表明,反应温度对生成物的形貌几乎没有什么影响,对其电化学性能有一定的影响。

不同条件下硫化镍钴渣的浸出及动力学

研究了不同反应温度、固液比、氧分压、搅拌转速、浸出液浓度和反应时间对硫化镍钴渣中钴和镍的浸出规律及动力学的影响。结果表明,钴和镍浸出的较优条件为:反应温度120℃、固液比(g/mL)1∶30、氧气分压0.7 MPa、搅拌转速230 r/min、硫酸浓度1 mol/L、反应时间130 min,镍和钴的平均浸出率分别为94.02%、94.64%。硫化镍钴渣中镍和钴的浸出符合收缩核模型,内扩散为反应的限制性环节,表观活化能分别为3.65、6.02 kJ/mol。可以通过减小渣粒度和固液比、维持较高的浸出液浓度、转速和氧分压来提高硫化镍钴渣的浸出速率。

水热生长镍钴硫化物在柔性无酶葡萄糖传感器中的应用

为开发快速、精确和稳定的葡萄糖检测技术,在碳布上利用水热法原位生长镍钴硫化物颗粒,制备镍钴硫化物@碳布自支撑柔性电极材料,并对该电极材料进行电化学测试。结果表明:镍钴硫化物@碳布电极对葡萄糖的灵敏度为3.934 A·(mol·L^(-1)·cm^(2))^(-1),检测线性范围为0.20μmol/L~2.50 mmol/L;对葡萄糖具有优异的选择性和稳定性。