Zn^(2+)促进TiO_(2)煅烧过程晶型转变的掺杂机制研究

硫酸法钛白生产工艺中,高温煅烧是生成稳定晶型的重要阶段。锌盐处理剂的加入可以降低锐钛晶型向金红石转变的温度,然而其促进作用的内在机理目前尚不明确。以钛白工艺中间物料二洗偏钛酸为原料,硫酸锌为盐处理剂,在马弗炉里高温煅烧至600~900℃。利用XRD、HRTEM和XPS等分析手段研究了Zn^(2+)在煅烧过程中对TiO_(2)晶型转变的影响和掺杂机制。结果表明,不同的Zn^(2+)初始浓度以及煅烧温度对Zn^(2+)在TiO_(2)晶型转变的作用机制和Zn^(2+)的存在状态具有显著影响。当Zn^(2+)质量分数小于1%时,Zn^(2+)以取代模式掺入TiO_(2)晶格中,置换Ti^(4+),使晶胞参数变大并形成氧空位;且随着Zn^(2+)浓度的增加,过量的Zn^(2+)在TiO_(2)表面形成新物种ZnTiO_(3)。取代掺杂和ZnTiO_(3)通过不同的作用机理都可以降低相变温度,促进锐钛向金红石的相转变。

微波助离子液体中锌掺杂纳米TiO_2的制备及微波强化光催化氧化活性

在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6)离子液体介质中,采用溶胶-凝胶法和微波干燥法制备Zn掺杂的纳米TiO2光催化剂TiO2-Zn。室温条件下,以甲基橙为模拟污染物,在微波超声波组合催化合成仪中,分别利用微波辐射(MW)、紫外光照(UV)和微波辐射联合紫外光照(MW-UV)降解方式,考察离子液体用量、Zn掺杂量、微波干燥功率、微波干燥时间、焙烧温度和焙烧时间等因素对TiO2-Zn光催化活性的影响。结果表明,在离子液体用量为5.6 mL、n(Zn)∶n(Ti)=0.012 5∶1、微波干燥功率210 W、微波干燥时间17.5 min、焙烧温度600℃和焙烧时间2 h条件下,制得的TiO2-Zn光催化剂具有较高的光催化活性。TiO2-Zn光催化剂在3种降解方式中对甲基橙的降解效果为:MW-UV>UV>MW,表明微波辐射-紫外光照具有较好的协同作用效果。

离子液体介质中微波辅助制备锌掺杂纳米TiO_2及光催化活性

在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF_6)离子液体中,用微波干燥法制备了锌掺杂的纳米TiO_2-Zn光催化剂;以甲基橙为模拟污染物,紫外灯为光源,考察了离子液体[Bmim]PF_6加入量、锌掺杂量、微波干燥功率、微波干燥时间、焙烧温度和焙烧时间等因素对TiO_2-Zn光催化活性的影响。结果表明,在离子液体加入量5.6 mL、n(Zn):n(Ti)=0.01:1、家用微波炉210 W干燥17.5 min和马弗炉600℃焙烧处理1.5 h制得的TiO_2-Zn光催化剂,紫外光照90 min,对甲基橙降解率达99.9%;太阳光照射4.0 h,对甲基橙降解率为73.1%,活性高于未掺杂纯TiO_2的光催化活性。

P掺杂Co_(9)S_(8)@VS_(2)纳米管阵列的制备及其水性锌离子混合超级电容器性能研究

近年来,二硫化钒(VS_(2))作为一种具有二维层状结构的高表面活性的过渡金属硫化物而广泛地应用在锌离子电池(ZIBs)正极材料中。然而,VS_(2)的生长堆叠问题和低能量密度严重阻碍了其在储能设备中的应用。通过在Co_(9)S_(8)纳米管阵列(NTAs)表面包覆生长P掺杂VS_(2)纳米片的方式构建一种具有核壳异质结构的Co_(9)S_(8)@P-VS_(2) NTAs,从而有效地避免了大块VS_(2)纳米片的堆积生长,使得层状VS_(2)被分散包覆在纳米管的表面;而且P掺杂增强了Co_(9)S_(8)纳米管与VS_(2)纳米之间异质结的导电性,提升了其比容量,进而提高了能量密度。因此,得益于纳米核壳结构与P掺杂改性的协同作用,制备的Co_(9)S_(8)@P-VS_(2) NTAs在作为电容型正极与电池型锌负极组装成新型的锌离子混合超级电容器(ZHSCs)后获得了优异的电化学储能性能。前驱液中的磷源加入量为30μL/35 mL,2 mol/L ZnSO_(4)水系电解质中,Co_(9)S_(8)@P-VS_(2) NTAs(Co_(9)S_(8)@P-VS_(2)-30 NTAs)获得了一个高达6.72 F/cm^(2)的超高面积比电容(电流密度:2 mA/cm^(2)),远高于Co_(9)S_(8)@VS_(2) NTAs(2.98 F/cm^(2));在1.6 W/cm^(2)的功率密度下,其能量密度可以达到2.39 mWh/cm^(2);并且在1000个循环充放电后,其面积比容量仍能保持为初始比电容的74.26%,具有良好的循环稳定性。

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。

铬掺杂a-MnO_2的制备及其在锌离子电池中的性能

以KMnO_4、MnSO_4·H_2O和K_2Cr_2O_7为原料,采用水热法制备了锌离子电池正极用铬掺杂型纳米a-MnO_2材料。借助XRD、TEM和恒流充放电测试等手段研究了反应时间和Cr掺杂量对MnO_2粉体的晶型结构和形貌及其在模拟锌离子电池中的放电比容量和循环性能的影响。结果表明:所制备的粉体为结晶性良好的纳米棒状a-MnO_2;Cr的掺杂不会明显改变MnO_2的晶体结构,Cr掺杂型纳米a-MnO_2所制备的电池初始放电比容量可达257 mAh/g,与未掺杂的a-MnO_2相比提高了27.9%,10个循环后的容量保持率提高21.8%。推荐性能最佳铬掺杂纳米a-MnO_2的水热法制备工艺参数为:在160℃下,KMnO_4与MnSO_4的摩尔比为2∶3,水热法反应4 h,K_2Cr_2O_7的掺杂量为10%(质量分数)KMnO_4。

锡掺杂纳米α-MnO2制备及在锌离子电池中的性能

以KMnO4和MnSO4为原料,CTAB为原位分散剂,采用水热法制备纳米α-MnO2。研究了反应温度、锡掺杂量和分散剂对α-MnO2微观结构的影响,并探讨其作为锌离子电池正极的电化学性能。结果表明:水热法可合成出纳米棒状MnO2,其反应温度对所制备MnO2的晶型、形貌都有较大影响,随温度上升,纳米棒长径比先增大后减小;分散剂和锡掺杂量对所制备二氧化锰的晶型无影响,但可改善粉体的分散性和所制备电池的性能。推荐制备工艺参数为:反应物KMnO4和MnSO4的摩尔比为2∶3,反应温度为160℃,反应时间为4 h并加入30 mg/L的分散剂CTAB,锡掺杂量摩尔比(Mn)∶(Sn)=50∶1。使用该工艺制备的正极,在优化导电剂和电解液之后制备电池,在50 mA/g的电流下首次放电比容量达到588.6 mAh/g,20次循环后的容量保持率为94.7%。

硫掺杂调控VO_(2)用于锌离子电池正极材料

在储能领域,锌离子电池因具有成本低、安全性高和环境友好等优势逐渐受到科研人员青睐。然而,能量密度低和循环寿命较短限制了其进一步的发展和应用。针对以上问题,设计并制备了硫掺杂的VO_(2)正极材料,通过调控硫化时间和硫的掺杂含量,实现其电化学性能的优化。硫原子的引入不仅能够改善电极材料的导电性,还可促进材料内部电荷重新分布,增强电荷存储能力,实现优异的锌离子储能特性。结果表明:所制S-VO_(2)电极在0.1A/g的电流密度下初始容量为264.8mAh/g,循环30圈仍可保持262.5mAh/g的比容量。同时,在2A/g大电流密度下的长循环测试中,其容量为109mAh/g未发生明显衰减。反应动力学分析表明,S-VO_(2)主要以赝电容贡献为主导。以上研究为锌离子电池的设计与优化提供了新的参考和实验支撑。

Zn_2SiO_4基体掺杂稀土离子纳米粉体的制备和光谱特性

采用sol gel法在Zn2SiO4基体中掺杂稀土离子Eu3+和Y,制备了Zn2SiO4∶Eu及Zn2SiO4∶Eu,Y纳米粉体,研究不同稀土离子浓度对荧光强度的影响,并采用热重 差热分析、X射线粉末衍射、荧光光谱分析等技术手段进行表征,目标产物的平均粒径分别为31nm和27nm。

Zn^(2+)掺杂对TiO_2相变温度和晶粒尺寸的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同含量Zn2+掺杂的氧化钛粉体,利用TG-DTA、XRD测试技术检测了锌离子掺杂对锐钛矿和金红石相变及其晶体尺度的影响。试验结果表明,锌离子的掺入抑制了锐钛矿和金红石的相变,使相变温度提高,而且显著阻碍晶体的生长,从而获得纳米晶体。

锌掺杂对Li_4Ti_5O_(12)负极材料电化学性能的影响

通过溶胶凝胶法制备Li4Ti5O12及锌掺杂Li4-2x/3ZnxTi5-x/3O12(x=0.05,0.10,0.15,0.20)活性材料,并优化了最佳掺杂量为x=0.10。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。结果表明:掺杂适量的锌离子不会改变钛酸锂的尖晶石结构和形貌,1C时,Li3.93Zn0.10Ti4.97O12放电比容量升高且容量保持率为99.74%;而纯相的容量保持率仅为94.30%。

Zn^(2+)掺杂纳米SnO_2负极材料的制备及电化学性能研究

采用水热法,以锡酸钠为原料,醋酸锌为锌料,制备出锌掺杂量不同的SnO_2纳米负极材料。电压在0.01~3.0 V,电流密度为100 m A/g的条件下进行电化学测试,结果表明锌掺杂量10%的SnO_2材料首次放电容量可达1895.3 m Ah/g,50次循环后放容量保持206.1 m Ah/g。因此,锌掺杂量10%的SnO_2材料有较好的电化学性能。

富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的Zn^(2+)掺杂改性

采用高温固相合成法制备富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54-x)Zn_xO_2(x=0,0.03,0.06,0.10),Zn^(2+)掺杂对Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的表面特性和电化学性能都有影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱分析、充放电测试、倍率特性测试、循环性能测试,分析了该合成材料的晶体结构、形貌特征、微观结构和电化学性能。富锂锰基正极材料为a-NaFeO_2层状结构,R-3m空间群,结晶度高,结构稳定性好,其中Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.48)Zn_(0.06)O_2的电化学性能较好。掺杂Zn^(2+)可以提高富锂锰基正极材料的充放电比容量、倍率性能、循环性能等电化学性能。

锌离子电池锰基正极材料研究进展

可充电水系锌离子电池是一种环保且电化学性能优异的二次电池,但锰基正极材料在充放电过程中结构易坍塌、导电率低、稳定性差等缺点严重制约了水系锌离子电池的发展。笔者首先阐述了锰基正极材料中锌离子的储存机理,主要有Zn^(2+)嵌入/脱出机理、H+/Zn^(2+)共嵌入/脱出机理和化学转化反应机理。Zn^(2+)嵌入/脱出机理包括无相变反应和新相生成反应。而新相生成反应又分为可逆相变和不可逆相变。然后,基于锰基正极材料面临的问题,讨论了改善其储锌性能的主要方法。目前可采用的方法包括缺陷工程、与导电材料复合、离子掺杂、表面修饰技术等。用以上方法改进后的锰基正极材料表现出了更加优异的性能。

Na^(+)掺杂V_(2)O_(5)电极材料的制备及其储锌性能

针对V_(2)O_(5)电子传输慢、离子扩散受阻以及循环性能不稳定等问题,通过一步水热法制备Na_(0.4)V_(2)O_(5)纳米粉体材料,并作为锌离子电池正极材料。结果表明,Na_(0.4)V_(2)O_(5)电极的倍率性能和循环稳定性均优于V_(2)O_(5)电极。Na^(+)掺杂通过改变V_(2)O_(5)的层状结构,改善V_(2)O_(5)的电子传输和离子扩散,从而提高电极电导特性和结构稳定性。Na_(0.4)V_(2)O_(5)电极是倍率性能和循环稳定性优良的电极材料。

Mycobacterium phlei菌对重金属Pb^(2+),Zn^(2+),Ni^(2+),Cu^(2+)的吸附规律

研究了Mycobacteriumphlei菌株分别对水相中重金属离子Pb2+,Zn2+,Ni2+,Cu2+的吸附规律·结果表明,Mycobacteriumphlei菌株对水相中的这四种重金属离子均有一定的吸附作用;吸附过程均在10min内就达到平衡;pH对吸附过程影响较大,在pH=3 0～4 0时,Mycobacteriumphlei菌对这四种金属离子吸附效果最好;温度升高对Pb2+,Ni2+和Cu2+的吸附过程不利,但Mycobacteriumphlei菌对Zn2+的吸附则是一个吸热过程·重金属离子在Mycobacteriumphlei菌上的吸附的选择性大小的顺序为:Pb2+>Zn2+>Cu2+>Ni2+·

紫菜吸附铜、锌离子的研究

本文采用紫菜作为吸附剂吸附溶液中Cu^(2+)和Zn^(2+)。结果表明，紫菜对Cu^(2+)的吸附性能大大优于zn^(2+)，对Cu^(2+)的吸附2min就近乎达到平衡，适宜的pH为4-6，对Zn^(2+)需要2h才能达到平衡，适宜的pH为3-6。初始浓度即使高达30mmol／L时，Cu^(2+)的吸附率仍在90％以上，吸附量高达13.9mmol/g，而Zn^(2+)的吸附率只有12％，吸附量只有1.7mmol／g，紫菜对Cu^(2+)、Zn^(2+)的吸附等温线用Langmuir方程均能得到较好的表达。

铁氧体法处理含Zn^(2+)、Ni^(2+)废水研究

实验研究了铁氧体法处理含锌、镍混合废水的工艺条件。在 p H=8.0～ 1 0 .0 ,2≤ Fe2 + :M2 +≤ 8(M2 +以废水中总离子含量计 ) ,外加磁场强度为 2 0 0 T的条件下 ,锌、镍离子能够同时去除 ,其去除率可达 99%以上 ,沉渣沉降时间可缩短为1 0

M^(2+)(Zn^(2+)、Cu^(2+))-BR-OH^- -EDTA 水溶液体系的发光特征

为了进一步探讨金属离子对胆红素的发光机制,采用荧光光谱法考察了室温下胆红素在不同体系中的发光情况.结果显示,BR-OH--EDTA体系与BR-OH-体系的荧光性质相似;而M2+-BR-OH--EDTA与M2+-BR-OH-体系的荧光性质也相似,其中Zn2+-BR-OH--EDTA体系比BR-OH-体系的荧光强度有显著增强,而Cu2+-BR-OH--EDTA体系比BR-OH-体系的荧光强度有明显猝灭.

LiCoPO_4正极材料掺Zn^(2+)及全电池特性

采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成锌离子(Zn^(2+))掺杂的磷酸钴锂(LiCoPO_4)正极材料LiZn_xCo_(1-x)PO_4。XRD和SEM分析表明:少量Zn^(2+)掺杂不会明显改变晶格结构,且粒径变小、粒度更均一。充放电(3.0~5.1V)及高低温性能测试表明:Zn2+掺杂后,材料的比容量提高、循环性能改善,并有较好的高倍率及高低温放电性能。Zn^(2+)掺杂量为0.01时,首次0.1 C放电比容量为150.3 mAh/g,比纯相增加15%。1.0C、5.0C放电比容量分别为118.9mAh/g和67.1mAh/g。在40℃、0℃下的0.1C放电比容量分别为160.0mAh/g和37.8mAh/g。循环伏安及交流阻抗测试表明:少量Zn^(2+)掺杂使电荷转移阻抗减小,电化学可逆性增强。LiZn_(0.01)Co_(0.99)PO_4与Li_4Ti_5O_(12)组成的3.3 V全电池以0.1C放电,比容量可达135.3mAh/g。