碱改性铜锰尖晶石室温催化氧化空气中甲醛

甲醛(FA)作为一种有致癌风险的有害污染物,在室内环境中普遍存在.为了高效去除甲醛,催化氧化技术成为了一种既经济又节能的选择,它不仅能降低材料成本(例如避免使用贵金属),也能在无光和室温的条件下进行.本文制备了一种成本效益高的碱改性锰酸铜尖晶石(CuMn^(2)O_(4))催化剂,并用于甲醛催化氧化反应中.实验结果表明,采用碱(1 mol L^(-1)氢氧化钾)改性的CuMn^(2)O_(4)(1-CuMn^(2)O_(4))作为催化剂,在室温条件下,当甲醛浓度为50 ppm,气体空速为4777 h^(-1)时,甲醛转化率(XFA)达到100%;此外,在甲醛转化率为10%时,其稳态反应速率达到了8.18×10^(-2) mmol g^(-1) h^(-1).原位漫反射红外傅立叶变换光谱结果表明,在催化剂的作用下,甲醛分子经过二氧亚甲基和甲酸酯中间体的转化,最终被氧化为水和二氧化碳.进一步结合密度泛函理论模拟发现,1-CuMn^(2)O_(4)具有较高的催化氧化甲醛性能,可归因于甲醛分子更牢固地吸附在1-CuMn^(2)O_(4)表面,甲醛吸附所需的能量较低,以及最终产物从催化剂表面脱附所需的能量也较低的综合效应.本研究为在无光和室温条件下,高效去除空气中甲醛提供了新型高效、成本效益高且无需贵金属的催化剂,从而为室内空气净化提供了新的科学见解.

NO对铜-锰尖晶石脱汞性能的影响机理

采用实验与量子化学计算相结合的方法研究了烟气中NO对铜-锰尖晶石脱汞性能的影响机理。结果表明,NO在高于250℃时抑制铜-锰尖晶石对Hg0的脱除,主要归因于NO与Hg0之间的竞争吸附作用;而在温度低于250℃时,NO对铜-锰尖晶石的Hg0脱除性能影响较小。吸附剂表面上吸附的汞主要以Cu-Hg合金和Hg(NO3)2的形式存在。铜-锰尖晶石表面上部分NO被氧化成NO2并与吸附态汞反应形成Hg(NO3)2。吸附剂表面上Cu和Mn原子为NO与Hg0的吸附活性位点,NO的吸附能大于Hg 0的吸附能;因此,NO与Hg0之间存在竞争吸附。由于Cu、Mn、N原子之间的强烈轨道杂化作用,NO与铜-锰尖晶石吸附剂表面之间具有较强的相互作用。

钴锰尖晶石催化臭氧化对苯二甲酸废水性能研究

采用钴锰尖晶石作为催化剂,以对苯二甲酸废水为研究对象,采用臭氧协同催化氧化降解方法,对含对苯二甲酸废水进行了实验研究,利用单因素实验筛选出催化反应的最佳条件。实验结果表明:在钴锰尖晶石投加量为20 mg,臭氧通入量为50.5 mg/min,对苯二甲酸废水pH值为10时,处理效果最佳,并在此最佳条件下对钴锰尖晶石的催化活性及重复利用性进行了评价。

不同锰源和铝源对合成锰铝尖晶石的影响

水泥窑烧成带用方镁石-锰铝尖晶石砖制备的关键是锰铝尖晶石的合成,分别以MnO、MnO_(2)、MnCO_(3)为锰源,α-Al_(2)O_(3)、Al(OH)_(3)为铝源,按照理论组成配料,经混合、成型、干燥后,在1550、1600℃保温3 h合成了锰铝尖晶石,研究了不同锰源和铝源对合成锰铝尖晶石性能的影响。结果表明:1)相比MnO_(2)和MnCO_(3),以MnO为锰源合成锰铝尖晶石的合成率较高,显气孔率较低,体积密度较高,晶粒尺寸更大,达到50μm,结构致密。2)相比Al(OH)_(3),以α-Al_(2)O_(3)为铝源合成的锰铝尖晶石裂纹更少,显气孔率更低,结构更致密。因此,以α-Al_(2)O_(3)为铝源,以MnO为锰源,经1600℃烧结合成了纯度较高、晶体发育良好的致密锰铝尖晶石。

二氧化锰原料对固相法制备尖晶石锰酸锂性能的影响

提高尖晶石锰酸锂的结构稳定性并优化其电化学性能是锂离子电池研究体系中的一项重要内容,而二氧化锰作为制备尖晶石锰酸锂的最常用锰源,它的性质对产物锰酸锂性能的影响非常关键。从这一应用角度出发,综述了二氧化锰的研究进展,主要论述了二氧化锰晶体结构、化学组成、物理特征等对制备尖晶石锰酸锂物理和化学性能的影响,提出了研发高品质的二氧化锰将成为提高锰酸锂的结构稳定性和电化学性能的一个重要突破口。

尖晶石锰酸锂的第一性原理计算

应用基于全势缀加平面波方法(Full Line Augmented Plane Wave,FLAPW)的第一性原理计算软件Wien2K,对尖晶石LiMn2O4和其理想脱锂终点Mn2O4化合物进行了研究。优化得到了二者及体心立方相Li的晶体结构,脱锂前后晶格参数以及O原子占位的变化规律和实验结果相一致;采用Rietveld方法计算了脱锂前后LixMn2O4的理论X射线衍射图谱,二者之间的变化规律,和采用同步X射线衍射对充放电过程的尖晶石LiMn2O4结构进行分析得到结果相一致;理论预测了LiMn2O4的平均放电电压为4.05 V,和实验结果相吻合。

尖晶石锰酸锂的柠檬酸辅助溶胶-凝胶法合成及电化学表征

以醋酸锰、氢氧化锂为原料,以柠檬酸为络合剂,n(柠檬酸):n(锂)=1:1,采用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备了富锂尖晶石Li1+xMn2O4(x=0,0.02,0.05,0.07),采用TG-DTA、XRD、SEM分别对前驱体和目标材料进行了表征,采用恒流充放电及循环伏安(CV)测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同n(Li):n(Mn)对材料性能的影响。结果表明,材料的最佳烧结温度为750℃,前驱体经750℃煅烧可获得晶体结构完整和形貌规整的尖晶石型锰酸锂,最佳n(Li):n(Mn)=1.05:2,在0.5C和3.4～4.35V电压条件下,Li1.05Mn2O4的初始放电容量达到124.5mAh/g,90次循环后放电容量保持率达到92.5%。显示了良好的综合电化学性能。

基于尖晶石锰酸锂混合材料的应用

研究了尖晶石锰酸锂和钴酸锂混合正极材料在锂离子电池中的应用。在保持锰酸锂与钴酸锂质量比1∶1不变的情况下,对使用该体系的锂离子电池的初始性能、循环性能、过充电性能、60℃荷电保持7d及不同温度放电性能等进行了测试,并与使用纯钴酸锂体系的电池做了比较。结果表明:混合材料满足锂离子电池的要求。

尖晶石锰酸锂纳米粒子的制备及其电化学性能研究

采用一种溶胶凝胶法制备尖晶石锰酸锂纳米粒子并对其恒电流充放电和交流阻抗特性进行了研究。结果表明,所制备的锰酸锂材料首次放电容量达到133 mAg/g,但经过5次充放电循环后容量的衰减率超过10%。容量衰减比较快的原因可能是由于所制备的纳米尖晶石锰酸锂材料表面积大,其与电解液的反应也比较快。

基于尖晶石锰酸锂正极材料的新型水系储能体系

以水溶液为电解液的水系锂离子电池体系因其功率高、安全性好且成本低廉得到广泛的研究。由于水系电解液的电化学窗口较窄(≈1.23V),在选择水系锂离子电池正极材料时便受到了一定的限制。尖晶石锰酸锂LiMn_2O_4由于合适的充放电电压平台和较好的热稳定性,而且来源广、成本低、合成工艺简单、环境友好等特点,被认为是最具发展前景的水系锂离子电池正极材料。然而LiMn_2O_4在充放电过程中锰溶解导致电池较差的循环稳定性,这在很大程度上限制了其应用。LiMn_2O_4在水系电解液中的循环稳定性,尤其是高温下的循环稳定性,需要研究者深入探究。围绕LiMn_2O_4材料的合成与结构设计,研究了其在水系电解液中容量衰减机理,并基于LiMn_2O_4正极材料建立了一系列具有优异电化学性能的新型水系储能体系。

掺杂钴元素对尖晶石锰酸锂的影响

采用高温固相反应合成了具有尖晶石结构的化合物LiMn2-xCoxO4,通过X射线衍射、扫描电镜和激光粒度分析对所得样品的结构、形貌和粒度分布进行了表征。结果表明,掺杂钴可以合成结晶良好的具有尖晶石结构的晶体。研究了Co含量(x=0.00,0.05,0.10,0.15)对最终产品物化参数及电性能的影响,发现当Co的添加量为0.10时,产品的综合性能较好。

尖晶石锰酸锂正极在Water-in-salt电解液中的电化学性能

尖晶石型锰酸锂正极作为一种主流的水系锂电池正极材料被广泛用于水系锂离子电池,研究表明其电化学性能高度依赖于锰酸锂材料自身化学组分、颗粒尺寸、形貌和晶体结构等材料属性。本文针对性选取了LiMn2O4、铝掺杂LiAlxMn2-xO4、富锂Li1+xMn2-xO4三种典型的尖晶石型锰酸锂,通过一系列分析、表征手段研究循环前后其晶体结构、材料形貌以及化学组分的变化,探究在高盐浓度Water-in-salt电解液中3种材料电化学性能不同的原因。研究发现充放电时未经处理的尖晶石LiMn2O4因为严重的Mn溶解和Jahn-Teller效应产生了不可逆的相变和形貌变化,容量衰减严重,循环性能差;铝掺杂一定程度上抑制了尖晶石锰酸锂的Jahn-Teller畸变,但不能完全解决Mn溶解和晶格变形问题,也存在较严重的容量衰减;富锂Li1+xMn2-xO4可以有效抑制尖晶石锰酸锂在水系电解液中的Mn溶解和Jahn-Teller畸变,晶体结构稳定,综合电化学性能好,适合用于水系锂离子电池,提高其整体电化学性能。

钒元素微量掺杂尖晶石锰酸锂的合成与表征

采用单一温区一次烧结合成工艺,在工业窑炉中成功合成了尖晶石锰酸锂。用XRD和SEM、激光粒度仪和比表面测定仪对合成的正极材料的物理性能进行了表征,采用软包装全电池对合成的正极材料的电化学性能进行了测试。结果表明:所合成的正极材料为不含杂相的立方尖晶石结构,比表面积0.2～0.8 m2/g,晶格常数a=0.823～0.824 nm;形貌为由直径大于1.0μm的近八面体形一次颗粒团聚形成的二次颗粒;应用所合成材料作为正极活性材料制作全电池,正极片压实密度达到2.8 g/cm3以上,首次放电容量在108 mA.h/g以上。

动态水热法一步合成尖晶石锰酸锂及性能研究

尖晶石锰酸锂(LiMn 2O 4)是低成本锂离子电池的理想正极材料。采用动态水热法成功地一步合成了一系列粒径较小(<50 nm)且分布较窄的LiMn 2O 4材料,并运用XRD,SEM,CV,EIS和充放电测试等多种方法表征其晶相、形貌和电化学性能。研究结果表明水热温度对产物成分和电化学性能有很大影响。在180℃和200℃条件下制得的LiMn 2O 4材料为纯相尖晶石晶型。180℃合成的材料具有更好的电化学性能,在1 C倍率循环时,LiMn 2O 4材料的首次放电比容量为102.4 mAh/g,循环50周后容量保持率为95.5%。600℃热处理对材料结构和性能具有明显的改善作用,1 C倍率循环时,首次放电比容量达到112.7 mAh/g,循环50周后容量保持率为94.2%。研究成果为低成本锰酸锂正极材料的制备提供了一条理想的工艺路线。

高能量尖晶石锰酸锂电池正极材料的研究进展

本文对高能量尖晶石锰酸锂正极材料的研究进展进行了概括和论述。主要从优化合成工艺和Al、Co、Ni离子掺杂改性制备高能量尖晶石锰酸锂电池正极材料两个方面进行了分析。指出了不同方法合成锰酸锂电池的优缺点,同时对未来高能量锰酸锂电池的发展前景进行了展望。

多元掺杂尖晶石锰酸锂LiCo_(0.02)La_(0.01)Mn_(1.97)O_(3.98)Cl_(0.02)的电化学性质研究(英文)

采用高温固相浸渍法合成了多元复合掺杂的尖晶石锰酸锂正极材料LiCo_(0.02)La_(0.01)Mn_(1.97)O_(3.98)Cl_(0.02)。采用X衍射分析仪、扫描电镜、马尔文激光粒径分析仪、电化学工作站以及充放电分析仪等设备表征了材料的电化学性能与特性。XRD表明所合成的材料具有良好的尖晶石型结构特征,所掺杂是元素Co,La分别占据了元素Mn的位置,元素Cl占据了元素O的位置。合成材料LiCo_(0.02)La_(0.01)Mn_(1.97)O_(3.98)Cl_(0.02)比材料LiMn_2O_4有更好的电化学特性,150次循环后的比容量保持率在91.7%.

不同锰源对尖晶石锰酸锂循环性能的影响

尖晶石锰酸锂正极材料具有价格便宜、环境友好、安全性好等优点,被视为最具竞争力及市场前景的动力电池和储能电池正极材料之一。锰酸锂至今未能在动力电池领域广泛应用,主要是因为其高温稳定性能和循环性能不佳。通过使用不同锰源前驱体合成尖晶石锰酸锂,发现以四氧化三锰为原料合成的尖晶石锰酸锂的高温和常温循环性能最好,常温480次循环容量保持率达到91.2%,45℃下300次循环容量保持率达到89.7%,明显优于其它前驱体合成的材料。

尖晶石锰酸锂表面包覆改性材料作用机理研究进展

尖晶石锰酸锂具有优异的安全性、低廉的价格、良好的大电流充放电能力和耐过充放性能以及环境友好等优点,是一种能被广泛应用于锂离子动力电池的正极材料之一。然而,锰酸锂锂离子电池目前仍然存在容量衰减较快以及高温性能较差的问题,这严重制约了其在动力电池方面的应用。为此发展起来的表面包覆改性技术能有效的改善锰酸锂的这些问题。到目前为止,发展出了许多包覆材料,有碳材料、氧化物材料等。就这些包覆材料对锰酸锂材料性能改善的机理来进行分类,详细讨论了表面包覆技术如何来改善锰酸锂的循环性能和高温性能,提出其进一步的发展方向。

高电压尖晶石镍锰酸锂材料全电池研究进展

尖晶石镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)具有高达4.7 V(vs.Li/Li+)的放电平台,是高能量密度正极材料的首选。总结了高电压尖晶石镍锰酸锂材料分别与碳负极、合金负极、过渡金属氧化物以及钛酸锂等材料组成全电池的研究进展,为高电压材料全电池的开发提供了参考。

尖晶石型LiMn_(2-y)M_yO_4的高温性能

合成了一系列金属离子掺杂尖晶石 LiMn2-yMyO4（M=Al,Cr,Zn,Mg等）,并对其高温性能进行了测试分析。结果表明:金属离子掺杂使锰尖晶石材料的高温循环性能得到明显改善,但电化学比容量有所降低。掺杂材料中Mn3+含量有所降低,抑制了锰的溶解及 Jahn-Teller效应,削弱了锰尖晶石材料在充放电过程中相变的剧烈程度;Al、Cr、Ga的掺杂增强了[MO6]八面体的稳定性,有利于材料循环性能的改善。各种金属掺杂材料电化学比容量之间存在差异,材料的比容量一方面取决于掺杂金属离子在尖晶石结构中的价态,另一方面取决于掺杂离子所处的位置。