CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及光催化性能研究

采用溶剂热法成功合成了一种新型的Z型CdS/In_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)三元复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS和紫外-可见漫反射光谱仪对光催化材料的相结构、形貌、原子价态和光响应性能等进行表征,通过可见光降解苯酚评价其光催化活性。结果表明,具有零维结构的CdS、一维结构的In_(2)O_(3)和三维结构的g-C_(3)N_(4)形成了0D/1D/3D三元复合材料,该材料在180 min可有效降解90%的苯酚,降解速率是CdS的2.9倍、g-C_(3)N_(4)的6倍,且具有较高的稳定性。复合材料光催化能力的增强主要归因于三维多孔g-C_(3)N_(4)与CdS和In_(2)O_(3)形成的三维空间电场。三维多孔结构不仅有利于污染物的高效吸附,而且为光催化反应提供活性位点,三维空间和网络互连结构有利于光生电荷的定向迁移,增加载流子寿命。

基于Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料的自供能紫外探测器的制备及性能研究

为了获得高性能的自供能紫外探测器,结合热聚法和溶液法成功制备了Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合材料,并对其微观形貌、晶体结构、元素组成及价态进行了表征。结果表明,Bi_(2)O_(3)呈蜂窝状结构的块体,其附着在具有层状结构的g-C_(3)N_(4)纳米片上。基于该异质结制备了无需外加偏压即能工作的紫外探测器。在紫外光照射下,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)光电探测器能够立即产生光电流并达到最大稳定值约0.43μA,相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,其光电流提升了约1.05倍。值得注意的是,Bi_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)紫外探测器还展现出了快的响应速度(约181.7 ms),并且其光电流与入射光强也具有良好的线性关系,表明该器件对不同强度的紫外光均能实现快速且稳定的探测。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

Ti_(3)C_(2)/In_(4)SnS_(8)肖特基异质结用于高效光催化生成H_(2)O_(2)和Cr(Ⅵ)还原

人工光合成是一种先进的技术,主要利用太阳能作为唯一驱动能源,将水和氧气转化成双氧水(H_(2)O_(2))。然而,目前常用的光催化系统的性能受制于其光吸收能力有限,载流子分离效率低以及表面反应能力弱等问题。在本文研究中,通过采用原位水热法,成功地在少层Ti_(3)C_(2)纳米片表面生长厚度为5-10 nm的立方相In_(4)SnS_(8)纳米片(Eg=2.16 eV),形成了一种具有三明治结构的Ti_(3)C_(2)/In4SnS8纳米复合材料。深入的表征结果显示此2D/2D异质结构具有紧密的界面相互作用并且形成肖特基异质结,有助于载流子快速从In_(4)SnS_(8)转移至Ti_(3)C_(2)表面。其中,7 wt%Ti_(3)C_(2)/In_(4)SnS_(8)复合材料表现出最佳的可见光催化性能,H_(2)O_(2)生成速率为1.998µmol·L^(-1)·min·1,Cr(Ⅵ)的还原速率为19.8×10^(-3)min^(-1)。通过捕获实验、气氛实验和电子顺磁共振分析,证明了H_(2)O_(2)生成的途径包括两种:一种是两步单电子还原路径,另一种是一步两电子水氧化路径。本研究为设计高效、多功能的催化体系提供了一种新的思路。

量子点修饰g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)纳米杂化材料的制备及在水性环氧-丙烯酸酯乳液中的应用

水性环氧-丙烯酸酯乳液(WEP)因污染小、附着力好、耐候性好被广泛应用于涂料领域,但其不尽如意的耐腐蚀性大大限制了其在防腐涂料领域的应用。文中采用煅烧法制备了g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)纳米杂化材料,微波法制备了柠檬酸碳量子点溶液,通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射分析、X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜分析了g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)杂化粒子的结构和形态,采用扫描电子显微镜观察了复合涂层的形貌,通过电化学阻抗谱和盐雾实验研究了WEP、g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP、经量子点修饰的g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP涂层的耐腐性能。结果表明,Fe_(2)O_(3)粒子成功负载到了g-C_(3)N_(4)纳米片上,经柠檬酸量子点修饰后,g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)在WEP中具有良好的分散性,经柠檬酸量子点修饰的g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP乳液涂膜在质量分数3.5%NaCl溶液中浸泡1 d时阻抗高达1.5×10^(10)Ω·cm^(2),较纯WEP乳液涂膜高出2个数量级;浸泡7 d后,复合涂层阻抗值仍高达8.7×10^(9)Ω·cm^(2);盐雾168 h后复合涂层表面锈蚀较少。

基于ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)的光电化学传感对双酚A的灵敏检测

本实验采用溶剂热法制备ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4),并将其用于双酚A的灵敏检测。利用扫描电子显微镜观察ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)的形貌特征,利用X-射线单晶衍射仪探究其的晶型结构,利用紫外可见漫反射光谱与莫特肖特基曲线探究其带隙值及能带结构,用循环伏安法以及交流阻抗法对制备的电极进行了电化学表征。研究表明实验的最佳电压为-0.7 V,利用ZnCo_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)构建的光电化学传感器检测双酚A,其线性范围为25.0~700.0 ng/L,最低检测限为16.6 ng/L,利用所制备的光电化学传感检测实际样品,回收率在93.0%~97.8%之间,相对标准偏差低于5%。

纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体微观光谱特征及氧化还原性能研究

采用水热法合成Fe^(3+)、Al^(3+)、Co^(2+)及La^(3+)共掺杂纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)(x=0.00~0.05)固溶体,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)以及与H2的程序升温还原反应(TPR)等方法对固溶体的微观结构、形貌、光谱特征和氧化还原活性进行系统表征及分析。XRD结果表明,Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体均呈CeO_(2)立方萤石结构,当掺杂量增加到x=0.04时,在36.6°处出现了微弱的Co_(3)O_(4)杂相,可以确定掺杂离子在CeO_(2)晶格中的固溶度x<0.04。样品的(111)衍射峰位向高角度偏移,表明掺杂离子引起晶格发生畸变。TEM及SEM结果显示样品为球形纳米颗粒,掺杂离子引起晶面间距变小。紫外吸收光谱表明,与纯CeO_(2)相比,掺杂样品的吸收边逐渐红移,在560~780 nm范围观察到掺杂离子的紫外吸收峰。掺杂引起样品能隙降低,从2.84 eV(纯CeO_(2))逐渐降低至2.10 eV(x=0.05)。其原因可归结为掺杂离子在CeO_(2)的价带和导带之间形成新的杂质能级,允许电子从价带跃迁到较低的杂质能级上,继而降低了跃迁能隙。由于掺杂离子引起晶格内部发生畸变以及氧空位比例增大,阻碍了电子的高能跃迁,也可引起能隙减小。荧光光谱证明,掺杂样品的发射峰强度明显降低。Raman光谱表明,掺杂引起F_(2g)峰位发生偏移,峰强减小,峰宽变大。同时,对应于氧空位峰的相对强度逐渐提高。荧光光谱及Raman光谱均证明掺杂离子引起固溶体晶格畸变程度增加,氧空位浓度提高。H_(2)-TPR测试表明,掺杂可以有效降低CeO_(2)的氧化还原反应温度,提高氧化还原活性,当x=0.03的样品表面还原温度最低,还原峰的面积最大,即氧化还原反应活性最佳,表明样品的氧化还原性能与晶粒尺寸、晶格缺陷及氧空位浓度密切相关。通过以上研究证明,四种离子共掺杂CeO_(2)能够有效修饰微观晶体结构,在较低掺杂浓度下即可显著改善样品的催化活性。

晶种加入条件下Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)的连续沉淀工艺

为了解温度、Ce(NO_(3))_(3)料液浓度、晶种加入比例和晶种加料区域等工艺条件对Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)产品颗粒粒径分布和形貌的影响规律,在杯式沉淀器中采用Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)模拟Pu(C 2O 4)2进行连续沉淀实验研究。保持Ce(NO_(3))_(3)和草酸的加料区域、沉淀后母液中硝酸和草酸浓度不变,分别考察了30.0~50.0℃、Ce(NO_(3))_(3)浓度为0.084 mol/L和0.167 mol/L、晶种加入比例为0~2.0×10^(-1)和晶种加料区域等工艺条件对Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)颗粒粒径分布和形貌的影响。50.0℃、Ce(NO_(3))_(3)浓度为0.167 mol/L,相比无晶种加入时,Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)沉淀颗粒D 50值(一个样品的累计分布百分数达到50%时所对应的粒径)最大可增加62.2μm。50.0℃、Ce(NO_(3))_(3)浓度为0.167 mol/L、晶种分别从周边涡流区域和中心涡流区域加入时,对应的D 50最大值分别为154.1、120.7μm。相同工艺条件下,温度为30.0~50.0℃时,沉淀颗粒D 50最大值随温度的增加而增大。各工艺条件下,当D 50达最大值时,Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)颗粒以较为规则的片状长条形为主,碎片形和不规则的片状聚集形颗粒所占比例较小。Ce_(2)(C_(2)O_(4))_(3)晶粒生长方式属于螺旋增长机制,晶粒单层薄片厚度约为16 nm。

钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT的制备及电化学性能研究

为改善钠离子电池正极材料Na_(4)Fe_(3)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)的导电性,提高其充放电性能,采用Cr^(3+)掺杂提高正极材料本征导电性,采用包覆碳和复合碳纳米管(CNT)构筑高效导电网络以加快纳米活性物颗粒间的电子传导,制备并探究了Na_(4)Fe_(3-x)Cr_(x)(PO_(4))_(2)P_(2)O_(7)/C@CNT复合材料的结构与电化学性能。结果表明,当Cr^(3+)掺杂量x为0.075、CNT添加质量分数为3%时,所制备材料表现出较小的电荷传递阻抗和优异的高倍率充放电性能。其0.1 C和20 C倍率下的放电比容量分别达到120.64 mAh/g和87.11 mAh/g,10 C倍率下循环500次后容量保持率高达92.37%。

α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物的合成及光催化还原Cr(Ⅵ)的实验设计

为解决赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))光催化活性低的问题,设计了一种采用液固混合-焙烧制取α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的方法。通过在可见光照射下光催化还原Cr(Ⅵ)实验研究合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物的光催化性能,并通过光电化学性能测试及能带结构分析探究其光催化活性增大的原因。结果表明:所合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物具有显著优于α-Fe_(2)O_(3)和g-C_(3)N_(4)的光催化活性,其光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率常数(k)为0.026 min^(-1),分别是g-C_(3)N_(4)(k=0.004 min^(-1))的6.5倍和α-Fe_(2)O_(3)(k=0.003 min^(-1))的8.7倍;α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物为Ⅰ型异质结,能有效提高光生空穴与电子的分离及转移效率,是导致其光催化活性升高的原因。所设计的合成方法简单易行、成本低且合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物光催化还原Cr(Ⅵ)性能好,为Cr(Ⅵ)废水处理开发了一种有应用潜力的可见光催化剂。

具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料的光学-催化行为研究

为促进环境友好型光催化技术的应用推广,通过热解聚合方式将g-C3N4负载于多孔Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)蓝色长余辉荧光粉上,制备具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料。首次采用累积污染物降解效率等一系列指标评价材料在光照及暗态下综合去除污染物效果。通过微观表征手段和NO去除试验研究了单组分复配质量比对复合材料的光学及催化性能的影响。结果表明,g-C_(3)N_(4)的复合对Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的荧光强度和余辉性能产生了不利影响;但光照下,提高的光生载流子分离效率和光吸收能力使复合材料的光催化活性增强;暗态下,内在光源Sr_(2)MgSi_(2)O^(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的存在赋予了复合材料持续去除NO的能力,该能力的持续时间与余辉亮度、光催化活性有关。本研究有助于推动持续活性光催化体系的发展。

磁性g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)光催化剂的制备及其性能研究

采用超声低温煅烧法制备了一种可回收的磁性复合光催化材料g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等对样品进行了表征。以罗丹明B(RhB)为代表性污染物,探究了g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)的光催化性能。结果表明:g-C_(3)N_(4)与CoFe_(2)O_(4)复合质量比为3∶1时g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)表现出最佳的光催化活性,重复使用5次后对RhB降解率仍能达到92%,表现出良好的使用稳定性。在外部磁场的作用下,可将其进行有效的分离回收。光催化降解机理研究表明,·OH和·O_(2)^(-)是光催化降解RhB的主要活性物种。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)光催化剂制备及光催化性能研究

以尿素和铁盐为原料,负载了MnO_(2),利用原位沉淀法与煅烧法制备g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料。使用XRD、FT-IR、UV-Vis DRS对合成的部分光催化剂进行表征。结果表明:g-C_(3)N_(4)为类石墨的层状结构,Fe_(3)O_(4)和Mn O_(2)通过分子间作用力与g-C_(3)N_(4)复合。在不同反应条件下的可见光诱导的光催化实验表明,当m(Mn)∶m(g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4))=1∶1时,g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料具有出色的降解污染物的能力,其中光降解反应的优化条件为g-C_(3)N_(4)/Fe_(3)O_(4)/MnO_(2)复合材料的剂量为0.4 g,亚甲基蓝的质量浓度为4 mg·L^(-1),温度为25℃,pH=7。经过4次回收和重复使用后,回收率在85%以上,在降解相同的时间(330 min)内降解率能达到83%。

La_(2)O_(3)对镁质耐火材料抗渣性能的影响

为了适应冶金工业对镁质耐火材料具备更优异的抗渣性和更长的使用寿命的需求,采用菱镁矿和La_(2)O_(3)分析纯试剂为原料,对传统的镁质耐火材料进行改性。通过SEM和EDS检测手段,研究了熔渣对含镧镁质耐火材料的润湿行为,以及原位形成的CaLa_(4)(SiO_(4))3O对镁质耐火材料抗渣性能的影响机制。结果表明:通过加入La_(2)O_(3),使材料在烧结后更加致密,同时MgO晶粒长大,增强了对熔渣渗透的抵抗力;相比于未添加试样,添加La_(2)O_(3)能显著提高镁质耐火材料的抗渣侵蚀能力,熔渣对基体的侵蚀深度降低了43.2%;La_(2)O_(3)与熔渣中CaO和SiO_(2)之间发生化学反应生成的高熔点相CaLa_(4)(SiO_(4))3O大大提高了熔渣的黏度,使熔渣与材料基体之间的润湿性变差,降低了熔渣对材料的侵蚀速度。

基于Fe_(3)O_(4)/Ti_(3)C_(2)肖特基异质结的构筑及其光催化性能

Fe_(3)O_(4)具有良好的稳定性、窄的带隙以及对太阳光较高的利用率等特点。但是由于其带隙窄、光生电子与空穴的复合速率快等缺点,不利于光催化反应的进行,并且限制了其在光催化领域的发展。通过一步溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/Ti_(3)C_(2)肖特基异质结的复合材料,避免了复杂的制备过程,有效地抑制了Ti_(3)C_(2)的自氧化。通过构筑肖特基异质结,有效地抑制了光生电子与空穴的复合,显著增强其光催化性能。当Fe_(3)O_(4)与Ti_(3)C_(2)摩尔比为0.5∶1时(FT-0.5),对罗丹明B的降解效率可达81%,其反应速率是单一Fe_(3)O_(4)的3.115倍;光电流密度可达2.52μA/cm^(2),是其单一Fe_(3)O_(4)的2.5倍;禁带宽度为1.90 eV,比单一Fe_(3)O_(4)的禁带宽度拓宽0.24 eV。实验结果验证了Fe_(3)O_(4)与Ti_(3)C_(2)形成的肖特基异质结可以显著地提升其光催化性能,这表明优化的光催化材料有着广泛的应用前景。

柔性YAG-Al_(2)O_(3)纳米纤维膜负载C_(3)N_(4)的水处理性能研究

采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了柔性钇铝石榴石-氧化铝(YAG-Al_(2)O_(3))纳米纤维膜,然后使用尿素包埋法将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))引入到纤维膜孔隙中,制备了自支撑光催化降解钇铝石榴石-氧化铝/氮化碳(YAG-Al_(2)O_(3)/C_(3)N_(4))复合材料,表征了材料的形貌结构和力学行为,并研究了其在亚甲基蓝污水处理中的可见光催化降解性能。结果表明,YAG-Al_(2)O_(3)纳米纤维膜具有优异的柔韧性,YAG-Al_(2)O_(3)/C_(3)N_(4)复合材料在厚度方向具有良好的弹性,两者均为自支撑材料。100min内复合材料对亚甲基蓝的降解率可达96%以上,循环3次后降解率仍保持在94%左右。催化反应动力学符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型,说明复合材料具有长期稳定且高效的催化降解效果。

In_(2)O_(3)@g-C_(3)N_(4)复合材料高效光催化降解有机污染物性能研究

以三聚氰胺(C_(3)H_(6)N_(6))和醋酸铟[In(C_(2)H_(3)O_(2))_(3)]为原材料,采用高温煅烧法制备了In_(2)O_(3)@g-C_(3)N_(4)光催化剂复合材料.实验通过FTIR、PL、XRD、TEM和HRTEM分别对材料的物化性能进行了表征.以罗丹明B(RhB)和四环素(TC)为目标污染物,对复合材料的光催化降解性能进行评估.结果表明,当复合材料中In_(2)O_(3)的配比为2.5%时,In_(2)O_(3)@g-C_(3)N_(4)复合材料对RhB和TC的降解效率比纯的g-C_(3)N_(4)提高了将近2倍.该材料经过5次循环降解实验后,降解率仍在90%以上,表明该材料具有优良的光催化稳定性.

LiTi_(2)(PO_(4))_(3)修饰高镍单晶三元正极材料增强结构稳定性

单晶LiNi_(1-x-y)Co_(x)Mn_(y)O_(2)(SCNCM,1-x-y>0.9)正极材料由于其特殊的晶体结构,与多晶NCM材料相比,具有更优越的循环寿命。然而,SCNCM在长循环过程中由于严重的副反应和不可逆相变,导致严重的容量退化。具有较高扩散系数的LiTi_(2)(PO_(4))_(3)(LTP)可以增强Li^(+)在电极和电解质之间的传递,并防止与空气和电解质的副反应。为了优化SCNCM的电化学性能,采用液相混合和固相烧结相结合的方法对其进行表面包覆,提高单晶SCNCM循环性能。X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结果证实,SCNCM表面包覆一层30~50 nm的LTP涂层,改性后的样品在长循环后仍然可以保持良好的层状结构。具体地说,包覆0.8%(质量分数)LTP的SCNCM正极在0.5 C循环100圈后,放电比容量为151.2 mAh/g。

Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂的脱硝性能及PbCl_(2)耐受性

以类水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs)为前驱体,制备了铈(Ce)掺加的Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂,运用XRD、SEM、XPS、NH_(3)-TPD、H2-TPR、in situ DRIFT等多种技术手段进行了表征,并将该催化剂用于氨选择性催化还原(NH_(3)-SCR)烟气脱硝系统,考察其脱硝性能及PbCl_(2)耐受性。实验结果表明,当催化剂中Pb质量分数为0.5%、反应温度为200℃时,Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂的NO_(x)转化率为85.2%,远高于Cu/Al_(2)O_(3)(43.8%)和Cu-Ce/Al_(2)O_(3)(53.1%)。表征结果表明:PbCl_(2)能够引起催化剂比表面积降低,但对催化剂的晶体结构没有显著影响;PbCl_(2)会使催化剂表面活性物种的氧化还原性能降低,减少表面化学吸附氧;并可显著降低催化剂表面酸度,减少NH_(3)的吸附和活化,从而导致催化活性降低。Ce_(2)/Cu_(4)Al_(1)O_(x)催化剂具有优异PbCl_(2)耐受性的原因在于活性物种高度分散、酸性位点多、氧化还原能力强。

Nb掺杂Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F空心微球钠离子电池正极材料的制备与性能

Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量,是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚,且本征电导率低,导致材料的实际比容量较小,倍率性能和循环性能有待提高。通过离子掺杂以及合成具有微纳结构的材料可以有效提高这类材料的结构稳定性和电导率。本工作首次报道了多元醇辅助水热法合成具有空心微球结构的Nb5+掺杂NVOPF[NVNOPF,Na_(3)V_(2-x)NbxO_(2)(PO_(4))2F(0≤x≤0.15)]材料。所制备的NVOPF和NVNOPF是尺寸为0.7~1.0μm的具有中空结构的微球。可以发现微球由尺寸小于100 nm的纳米颗粒组成。纳米颗粒缩短钠离子的扩散距离,并且缓冲了由于钠离子的嵌入/脱出所导致的体积变化,提高了材料的循环稳定性。同时,掺杂Nb5+增大了NVOPF的晶格参数,增大了Na+扩散通道,将Na+在NVOPF中的固相扩散系数由Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F的6.46×10^(-16)cm^(2)/s提高至Na3V1.90Nb0.10O2(PO_(4))_(2)F的3.52×10^(-15)cm^(2)/s。Na_(3)V_(1.90)Nb_(0.10)O_(2)(PO_(4))_(2)F材料以0.1 C倍率放电,首次放电比容量达126.4 mAh/g;以10 C倍率放电,初始比容量为98.1 mAh/g,500周循环后的容量保持率为95.2%,明显优于未掺杂材料的66.8%。研究结果显示掺杂Nb5+的空心球形微纳结构有效提高了NVOPF材料的电化学性能和循环稳定性。