固相法合成钴掺杂锰系锂离子筛的吸附性能

随着5G/6G通信、新能源汽车、锂电池产业的快速发展,近年来对锂化合物(尤其是Li_(2)CO_(3))的需求急剧增加,许多国家将锂视为战略矿产资源.目前从锂沉淀母液中提取锂受到了极大的关注.锰系离子筛(LMO)是一种具有广泛应用前景的吸附剂,可实现复杂溶液中锂的高效回收.但LMO在酸洗解吸过程中存在锰溶损严重的难题,会降低吸附性能和循环性能.针对上述问题,本研究提出引入Co^(3+)掺杂降低LMO锰溶解损失的策略,制备了钴掺杂锰系离子筛(LCMO).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对不同煅烧温度和焙烧时间下制备的LCMO进行表征分析.表征结果表明,Co掺杂对LMO的尖晶石结构没有影响,并且Co最佳掺杂摩尔分数为5%,此时离子筛前驱体中Mn^(3+)的原子分数从未掺杂的9.67%降低到3.63%,对应的锂吸附容量从39.299 mg·g^(-1)显著增加到41.708 mg·g^(-1),锰溶损也从1.288%显著降低至0.837%,大大地增加了锰系离子筛的实际应用可能性.制备的摩尔分数为5%Co掺杂的离子筛(LCMO-5%)具有良好的循环性能,Li^(+)的吸附能力在5次循环后仍然保持在81%以上.在模拟的锂沉淀母液中,Li/Na和Li/K之间的分离系数分别为74.655和64.547,这证明了LCMO-5%能有效地从高Na^(+)、K^(+)溶液中吸附分离Li^(+).因此,LCMO-5%离子筛具有从锂沉淀母液中提取Li+的应用前景.

NiCo_(2)S_(4)/MXene/氮掺杂碳空心微球的构筑及其作为钠离子电池负极的应用

[目的]针对可充电钠离子电池(SIBs)实际应用中,NiCo_(2)S_(4)电极存在的动力学缓慢和循环稳定性不足等问题,对NiCo_(2)S_(4)电极材料进行优化.[方法]利用聚乙烯微球(PS)和金属有机骨架ZIF-67双重模板,通过室温搅拌和高温煅烧的工艺,制备了一种NiCo_(2)S_(4)/MXene/氮掺杂碳(NiCo_(2)S_(4)/MX/NC)的空心微球,并将其作为SIBs负极材料,考察其电化学性能.[结果]在结构方面,NiCo_(2)S_(4)/MX/NC具有独特的中空球形结构,球内表面有导电性优异的MX片,外表面均匀地附着高容量的NiCo_(2)S_(4).NiCo_(2)S_(4)/MX/NC在SIBs应用中获得了优异的电化学性能,具有较高的充电比容量(在0.2 A/g的电流密度下为780 mAh/g),首次库伦效率高达86.4%,优异的循环稳定性(在10 A/g大电流条件下,循环4000次,约每次0.0034%的低容量衰减率).此外,动力学研究表明NiCo_(2)S_(4)/MX/NC电极具有混合的电荷储存行为,且表面吸附的赝电容过程起主导作用.[结论]MX和NC的引入显著提高了复合电极的导电性,而空心球形结构的构建有效提升了复合电极的稳定性,增强了其大电流承受能力,防止NiCo_(2)S_(4)材料在循环过程中结构塌陷.本研究采用的结构设计、复合掺杂等综合策略,为提高金属硫化物的储钠性能提供了新思路.

钴离子(Co(2＋))掺杂TiO2纳米管阵列的光生阴极保护行为

应用电化学阳极氧化法在纯钛箔表面构筑TiO2纳米管阵列膜,借助离子交换法对纳米管阵列膜作钴离子(Co2+)掺杂.扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)观察膜层的形貌和晶型,紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、光电化学分别测试Co2+掺杂TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为,考察Co2+掺杂量对TiO2纳米管阵列几何尺寸、形貌和光电性能的影响.结果表明,掺杂适量Co2+形成的杂化能级可有效窄化TiO2带隙宽度,并使光响应扩展至可见光区.Co2+掺杂TiO2纳米管阵列膜在400～650 nm波长范围有较强的光吸收,对403不锈钢光生阴极保护作用明显.

离子液体制备氮掺杂石墨化炭纳米囊及其CO_2捕获性能（英文）

利用离子液体为碳源,K_3[Fe(CN)_6]为催化剂成功制备了氮掺杂石墨化炭纳米囊。K_3[Fe(CN)_6]作为温和的催化剂可以使碳源石墨化并产生中空结构。产物是具有类胶囊结构的石墨化炭,其壳壁厚度和直径分别为6 nm和50 nm。Si O2纳米球的引入为产物提供了均一的介孔并提高了产物的比表面积。其比表面积从100.4提高到865.7 m^2·g^(-1)。高的比表面积为氮掺杂炭纳米囊对于CO_2吸附提供了有利的条件。

用废旧锂离子电池制备Cu^(2+)掺杂钴铁氧体

以废旧锂离子电池为原料,柠檬酸为凝胶剂,采用sol-gel法制备出一系列Cu2+掺杂钴铁氧体Co1-xCuxFe2O4,研究了Cu2+的掺杂量对钴铁氧体微观结构和晶态的影响。结果表明:用废旧锂离子电池可以制备出磁性能优良的Cu2+掺杂钴铁氧体;最适宜的Cu2+掺杂量x=0.15,制得的样品的饱和磁化强度Ms为65.41A·m2·kg-1,剩余磁化强度Mr为34.37A·m2·kg-1,矫顽力Hc为190.80kA·m-1。掺杂适量的Cu2+有利于样品的晶化和烧结的致密化。

Ti^(4+)掺杂对正极材料LiNi_(0.75)Mn_(0.25)O_(2)结构与电化学性能的影响

以TiO_(2)为添加剂,利用高温固相法对锂离子电池正极材料LiNi_(0.75)Mn_(0.25)O_(2)进行掺杂,通过XRD、SEM、XPS和电化学测试等对材料进行表征。结果表明,Ti^(4+)可成功掺入LiNi_(0.75)Mn_(0.25)O_(2)中,在掺杂的Li[Ni_(0.75)Mn_(0.25)]_(1-x)Ti_(x)O_(2)(0≤x≤0.02)中,Ti^(4+)不改变材料的物相和形貌,但对电化学性能有较大影响。在最佳掺Ti^(4+)摩尔分数为1.5%时,经50周循环后材料的容量保持率由87.87%提高到95.42%,4 C放电比容量由66.47 mAh/g提升为104.00 mAh/g。

高载量钴离子掺杂MnO_(2)用于高性能锌离子混合电容器

通过恒流电沉积的方法在柔性碳布上制备了钴离子掺杂的MnO_(2),其负载量达到13.8 mg/cm^(2)。利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)和电化学工作站等对材料的结构和性能进行表征,探究了钴离子掺杂对MnO_(2)电化学性能的影响。结果表明,当该电极与活性炭组装成液态锌离子混合电容器(zinc ion hybrid capacitors,Zn-HCs)时,Zn-HCs在2 mA/cm^(2)的电流密度下,面积比电容高达5883.0 mF/cm^(2),面积能量密度为3154.9μWh/cm^(2),与锌离子电池的能量水平相当。当该电极与活性炭组装成准固态柔性Zn-HCs时,Zn-HCs具有较好能量密度(在1 mW/cm^(2)的功率密度下达1351.1μWh/cm^(2))的同时具有优异的机械柔韧性,使Zn-HCs有望应用于新一代的柔性可穿戴设备。

Al掺杂LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料结构改性及电化学性能研究

三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)由于其适中的价格和高能量密度而广受关注,但低循环稳定性使其商业化应用受限。本研究以Al为掺杂元素,采用共沉淀结合高温固相的方法制备不同数量的Al原子取代Mn位的三元NCM523微米颗粒型正极材料。结果表明,适量的Al掺杂可以增强过渡金属层的稳定性,显著改善NCM523材料循环稳定性差的问题。Al掺杂量满足Al/Li物质的量比为7%时获得了最佳的电化学性能,在2.7~4.5 V、0.1C倍率下首次放电比容量为165.7 mAh·g^(-1),经50次循环后衰减为134.3 mAh·g^(-1),容量保持率为81.05%。高温(55℃)环境下,Al/Li物质的量比为7%的样品依然保持最佳的电化学性能。

Cu掺杂P2型Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.67)O_(2)钠离子电池正极材料的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了一系列形貌规则、表面光滑的Cu掺杂层状P2型Na_(0.67)Ni_(0.33-x)Cu_(x)Mn_(0.67)O_(2)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)。采用SEM、XRD、EDS、XPS对材料进行了形貌、结构和成分表征。将材料用作钠离子电池正极材料,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了其电化学性能,获得了最佳掺杂比例。研究发现,掺杂未改变材料的层状结构和形貌,通过Cu掺杂引入了高电化学活性的Cu^(2+)作为取代基,增加材料的表面活性储钠位点,材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能。在2.0~4.3 V的电压范围和0.1 C的倍率下,Cu掺杂比例x=0.15时Na_(0.67)Ni_(0.18)Cu_(0.15)Mn_(0.67)O_(2)的初始放电比容量为126.74 mAh/g,100次循环后容量保持率为79.10%,与未掺杂材料相比提高了50.92%。材料电化学性能的增强可归因于Cu^(2+)插入过渡金属层,由于Cu^(2+)(0.73A)的半径大于Ni^(2+)(0.69A),过渡金属层间距扩大,为Na+扩散提供了通道,进而提高了Na+扩散速率。当充电到高压时可抑制Na+脱/嵌过程中Na^(+)空位的产生,从而稳定材料的晶体结构并抑制材料发生P2-O2相变,提高了材料的循环稳定性。

Bi掺杂O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状正极材料的制备与储钠性能

O3型NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)拥有高理论比容量且易于制备,是商业钠离子(Na+)电池的首选正极材料之一,但其循环稳定性仍面临挑战。利用Bi对NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)进行改性。研究发现,Bi的引入可以在晶粒生长过程中通过调节表面能实现晶粒细化,并且Bi的掺杂增加了层状正极材料的晶胞参数,为Na+提供了宽的扩散通道,提高了Na+的扩散能力,优化了Na^(+)在脱嵌过程中的可逆性。改性后的NaNi_(0.495)Mn_(0.5)Bi_(0.005)O_(2)实现了在2.0~4.0 V的电势区间内0.2 C倍率下的可逆容量为138.1 mAh/g,在5 C倍率下循环100圈后容量保持率可以达到97%。

钴掺杂Mn3O4作为模板制备锂离子电池正极LiMn2O4

以水热合成的钴掺杂Mn3O4作为模板,通过固相反应制备尖晶石LiMn2O4。XRD谱图和SEM照片显示制备的Li Mn2O4具有岩石状结构并呈现良好的结晶性,同时Co的引入能够引起LiMn2O4晶格的收缩。作为锂离子电池正极材料,Co含量的增加能够提高循环稳定性但降低材料放电比容量,3%Co掺杂的LiMn2O4在0.5 C的电流密度下,经过100次循环后,剩余放电比容量达101.6m Ah·g^-1;在10C的电流密度下,放电比容量可维持在81.0m Ah·g^-1,优于未掺杂的LiMn2O4。这是由于Co的引入能够稳定LiMn2O4晶体结构并抑制循环中的姜-泰勒扭曲。

Mn离子掺杂Pr_(0.5)Ba_(0.5)Fe_(0.9)Mn_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿SOEC阴极电解CO_(2)性能研究

固体氧化物电解池(SOEC)电解CO_(2)时其阴极是CO_(2)还原反应发生的场所,也是SOEC取得高性能的关键环节。研究了Mn离子掺杂的Pr_(0.5)Ba_(0.5)Fe_(0.9)Mn_(0.1)O_(3-δ)(PBFM)钙钛矿材料作为SOEC阴极电解纯CO_(2)的性能。结果表明在850℃、1.8 V的电解电压下基于PBFM阴极的SOEC电流密度可达1.7 A·cm^(-2),较使用未掺杂的Pr_(0.5)Ba_(0.5)FeO_(3-δ)(PBF)阴极提升了约30%;同时,电池的极化阻抗下降约60%,电化学性能增长主要来源于掺杂后氧空位浓度的增加。在800℃、1.3 V恒压的条件下70 h的长期测试中,PBFM电池没有表现出明显的衰减,且长期测试后的电极没有积碳现象。研究证明PBFM是一种有前景的电解CO_(2)SOEC阴极材料。

离子掺杂Na_(0.67)Ni_(0.18)M_(0.15)Mn_(0.67)O_(2)(M=Cu、Fe、Ti)的合成及作为钠电正极材料研究

具有P2结构的Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.67)O_(2)是一种理想的钠离子电池正极材料,但存在放电容量低、所用Ni价格较高等问题。利用固相法在Ni位掺杂了Fe、Ti和Cu元素,经掺杂后制备的材料具有良好的结晶性和相纯度,颗粒尺寸在1~3μm,并具有单晶特性。Fe和Ti掺杂提高了材料放电容量但降低了循环稳定性和放电电压;Cu掺杂能够在不牺牲容量和电压的基础上,适度提高循环稳定性。制备的Na_(0.67)Ni_(0.18)Cu_(0.15)Mn_(0.67)O_(2),从第25次到第100次循环,容量仅衰减2.6%,在400 mA/g的电流密度下,放电容量达63.0 mAh/g,为50 mA/g电流下的78.5%。

重新堆积和钴离子掺杂的MoS_2负极材料的合成与性能研究

以原料MoS2为前驱体,经正丁基锂剥离和水热处理,制备出重新堆积的MoS2和钴离子掺杂的MoS2.利用XRD、TEM、SEM和EDS等分析手段对样品的形貌和化学组成进行表征.结果表明:重新堆积的MoS2和钴离子掺杂的MoS2的晶型均为2H-MoS2,但结晶度都比原料的差.重新堆积的样品的组成仍为MoS2,Co2+掺杂的样品的组成为Co0.39MoS2.重新堆积的MoS2由较规则的纳米片组成,片厚20～30nm.钴离子掺杂的MoS2也由纳米片或纳米棒组成,片厚20～40nm.把原料、重新堆积的MoS2、钴离子掺杂的MoS23种材料作为锂离子电池负极材料,对其电化学性质进行初步测试,实验发现:重新堆积的MoS2具有很高的比容量和很好的循环稳定性,钴离子掺杂的MoS2循环稳定性优于原料,但比重新堆积的MoS2差.

Al/Ga离子替换提升Ni^(2+)掺杂尖晶石结构MgAl_(x)Ga_(2-x)O_(4)近红外二区发光特性

近红外荧光转换发光二极管(pc-LED)在成像和检测领域的快速发展突显了对近红外二区(NIR-Ⅱ区)发光材料的迫切需求。然而,商用紫外LED芯片激发的高效NIR-Ⅱ荧光材料匮乏,制约了近红外光谱技术的应用。本文通过高温固相法成功制备了MgAl_(x)Ga_(2-x)O_(4)∶Ni^(2+)荧光材料,该材料的激发波长为390 nm,发射峰位于1300 nm,覆盖了NIR-Ⅱ区域。半高宽约为220 nm的超宽带NIR发射是由于Ni^(2+)处于一个弱晶体场环境中,这种环境是由于MgAl_(x)Ga_(2-x)O_(4)基体中[(Al/Ga)O_(6)]八面体中心周围的高电荷极化导致的空间不对称畸变造成的。通过改变体系中Al^(3+)与Ga^(3+)的离子比例,将NIR-Ⅱ区的发射强度大大提高,发光强度提升为原来的9倍左右。着重研究了Ni^(2+)掺杂最优比例MgAl_(1.5)Ga_(0.5)O_(4)的光谱特性。探讨了体系的温度特性,使用掺Ni^(2+)的近红外荧光粉和商业高效紫外LED芯片(@395 nm)构建了NIR pc-LED,研究表明该材料体系可能在pc-LED光谱技术中展现出较大潜力。这种阳离子调制策略将给近红外发光材料的性能提升提供有效的方法。

铂离子掺杂TiO_2光催化还原CO_2

本文利用溶胶凝胶法制备不同Pt掺杂量的纳米TiO_2光催化剂(Pt/TiO_2),使用X射线衍射仪、透射电镜、紫外可见漫反射光谱和光致发光光谱对其进行表征,并在紫外光与可见光下进行了CO_2光催化还原实验。实验结果表明,Pt离子掺杂TiO_2纳米催化剂颗粒排列紧密,大小分布均匀,平均粒径约为20 nm。Pt/TiO_2催化剂在紫外光及可见光下均表现出较高的光催化活性。紫外光下,Pt掺杂量为0.2wt%的催化剂活性最高,其甲烷产率可达66μmol gcat^(-1)·h^(-1);可见光下0.3wt%Pt/TiO_2活性最优,这是由于铂离子掺杂能有效地将TiO_2光响应范围拓展至可见光区,并可抑制光生电子空穴对的复合。

室温固相反应助力制备氮硫共掺杂碳限域的FeCoS_(2)复合物用于高性能钠离子电池负极

利用室温固相自组装反应制备Co和Fe双席夫碱配合物,随后在硫粉存在下中温热处理,使该配合物同时发生热解碳化和固相硫化反应,从而获得N、S共掺杂碳限域的FeCoS_(2)纳米复合物(记为FeCoS_(2)■NSC)。通过粉末X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱和热重分析技术分别对纳米复合物的物相、形貌结构、组分和含量等进行物理表征,并通过循环伏安、恒电流充放电技术测试其电化学储钠性能。研究结果表明,最优化条件下制备的复合物(FeCoS_(2)■NSC-7001)中FeCoS_(2)粒子的平均尺寸约为3.4 nm,且被均匀限域在N、S共掺杂的碳基体中;该复合物作为钠离子电池负极时,在0.1 A·g^(-1)的电流密度下经过300次充放电循环,其可逆充电比容量仍高达310.4 mAh·g^(-1);即使在5 A·g^(-1)的大电流密度下,其充电比容量也高达146.0 mAh·g^(-1),呈现优异的电化学储钠性能。

过渡金属离子的掺杂对TiO_2光催化活性的影响

考察了过渡金属离子对TiO2 光催化性能的影响 ,结果发现 :第二过渡系列金属离子对TiO2 膜的修饰作用比第一过渡系列金属离子的修饰作用更加明显 ;第二、六副族的金属离子对TiO2 膜的修饰效果较好 .通过X射线衍射(XRD)、电镜分析 (SEM )、光电能谱分析 (XPS)及差热分析 (DTA)对催化剂表面进行了表征 ,结果表明 :TiO2 的晶型为锐钛矿型 ,粒子半径为 32 .5 8nm .

水热法合成掺杂铁离子的小管径TiO_2纳米管

Using Fe doped titania powders as the precursor, Fe doped TiO2 nanotubes with small diameter of 10nm were obtained by hydrothermal method. The doped titania powders have two different crystalline phases, anatase and rutile of which the average particle diameters are 30.3nm and 41.7nm, receptively. The products were characterized by TEM, XRD and EDS. The results showed that Fe doped TiO2 nanotubes of 200nm in length could be obtained from Fe doped rutile powder, and have higher yields. The formation mechanism of long titania nanotubes was suggested in the light of the relative stability of crystalline phase.

掺杂钴对尖晶石LiMn_2O_4的影响

通过溶融浸渍、分段烧结的方法制得尖晶石型LiMn2 O4 、Li1+xMn2 -xCoyO4 ( 0≤x <0 .33 ,0≤y≤ 0 .2 5 )材料 ,并对材料进行了电化学性质、晶格参数和X射线衍射的研究。研究结果表明 ,元素钴的参与使得纯尖晶石型LiMn2 O4 电极对锂离子的反复脱嵌有了更强的承受能力 ,且循环稳定性能有明显提高 ,这归因于掺杂后 3价钴离子进入尖晶石结构的16c位 ,使结构趋于稳定 。