Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能研究

采用两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl_2S_4/Ni电极材料。利用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl_2S_4/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1F/g,循环100次后比电容的保持率为90.1%。相关研究可为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。

废旧锂离子电池负极衍生膨胀石墨负载双金属硫化物负极材料

利用废旧锂离子电池负极石墨衍生的膨胀石墨为支撑导电基体,采用水热法负载锡/钴双金属硫化物,合成SnCoS_(4)@EG纳米复合材料。石墨衍生的膨胀石墨EG呈现交联多孔的三维网格,复合材料中SnCoS_(4)纳米晶体均匀分散于膨胀石墨中,这种复合结构提升了电极材料的导电性和金属硫化物的稳定性,增加了活性位点与电解液的接触面积,提高了Li^(^(+))在电极/电解液界面的交换速率。SnCoS_(4)@EG电极在1.0 A/g电流密度下,经过500次循环后,可逆比容量为1195.90 mAh/g,表现出优异的长循环耐久性。

Co-Mn金属有机骨架衍生的双金属硫化物及其在锂离子电池负极材料中的应用

介绍了一种通过简单的室温搅拌合成具有多孔结构的Co-Mn金属有机框架(metalorganic-framework,MOF)材料的方法,并对制备的双金属MOF进行气相硫化,得到多孔CoS_(2)/MnS双金属复合材料.与相同方法制备的单金属MnS与CoS_(2)材料对比发现,CoS_(2)/MnS双金属复合材料表现出了类似花瓣状的多孔片状结构以及更小的粒径,在作为锂离子电池电极材料使用时表现出了最好的储锂性能.这主要归因于类花瓣状的多孔结构:一方面为锂离子提供了更短的传输路径以及更多的接触位点;另一方面也缓解了材料锂化/去锂化过程的体积变化.此外,两种金属硫化物的有机结合也抑制了材料在循环过程中由于体积变化而导致的容量快速衰减.最后,MOF有机配体衍生的碳骨架也为增强材料的导电性起到了积极的作用.

双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注,然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应,采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo2S4,并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析,采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo2S4-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明,CuCo2S4-S正极展现出优异的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g^−1,经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g^−1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo2S4材料内部的中空结构可容纳活性物质硫,并起到物理限域作用;同时,极性CuCo2S4可有效地化学吸附多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。

Mo-Bi-S@CNTs纳米双金属硫化物电催化CO_(2)还原制取甲醇的性能

采用水热法原位合成碳纳米管(CNTs)负载Mo-Bi-S纳米颗粒的复合催化剂(Mo-Bi-S@CNTs),考察了水热温度对催化剂形貌结构和CO2电催化性能的影响。结果表明:水热温度为200℃时制备的Mo-Bi-S@CNTs催化剂的颗粒尺寸较小,约为10~15 nm,并且能够均匀地负载在CNTs上。同时,该催化剂在[NH2-emim]BF4-H2O(ω=40%)电解液中展现出了较为优异的电催化性能。在过电位为-0.3 V vs.SCE时,作为主产物甲醇的法拉第转化效率高达63.0%;恒电位下连续运行6 h电流密度保持在-13.5 mA/cm^(2)左右。研究结果表明Mo-Bi-S@CNTs-200℃是一种具有良好应用前景的CO_(2)还原电催化剂。

多活性中心双金属硫化物促进多硫化锂转化构建高性能锂硫电池

锂硫电池是极具应用潜力的下一代高能量密度电池体系之一。然而,其充放电中间产物多硫化锂的“穿梭效应”不仅消耗大量电解液,还导致硫活性物质利用率低、循环寿命短,是锂硫电池产业化进程中的主要瓶颈之一。引入催化剂加速硫活性物质转化速率,减少多硫化锂在电解液中的累积浓度,是抑制穿梭效应的有效解决策略。高效的催化剂应具备丰富的催化活性位点,以确保高效吸附多硫化锂并加速其向不溶的充放电产物转化。本文制备出硫掺杂石墨烯表面原位负载的双金属硫化物NiCo_(2)S_(4)(NCS@SG)并将其作为催化剂应用于锂硫电池的中间层。相比于单金属硫化物(CoS),NiCo_(2)S_(4)催化剂具有多活性中心催化位点,可以更好地吸附多硫化锂并促进其向放电产物快速转化。应用上述中间层后,电池的充放电比容量、库仑效率和循环稳定性得到了明显提升。当硫的负载达到15.3 mg.cm^(-2)时,经过50次循环后,具有NCS@SG中间层的电池获得了高达93.9%的容量保持率。上述结果表明,设计双金属基催化剂是优化锂硫电池催化剂活性和反应效率的重要方向。

层状双金属硫化物[C_(2)H_(10)N_(2)]_(0.5)Cu_(2)SbS_(3)·H_(2)O吸附碘的机理

放射性碘是危害最为广泛的核素之一,因此,开发性能优异、环境友好的碘捕获剂具有重要的意义。近年来,金属硫化物因其结构特点和优势,成为了一类备受关注的多功能材料。根据软硬酸碱理论,可以预测该类材料对碘具有良好的亲和性。因此,本文以具有层状结构的双金属硫化物[C_(2)H_(10)N_(2)]_(0.5)Cu_(2)SbS_(3)·H_(2)O作为对象,研究其从环己烷溶液中捕获碘的机制。结果表明,得益于层间距的变化、碘与金属硫化物之间的亲和力及电子转移过程,对碘的吸附容量可达469.12 mg/g。

双金属基催化剂材料在锂硫电池中的应用

由于锂硫电池具有超高的理论能量密度,成为取代传统锂离子电池中最具发展潜力的电池之一。然而,由于锂硫电池的导电性差、穿梭效应严重、反应动力学缓慢等问题,导致锂硫电池的循环衰减快、稳定性较差。双金属基催化剂可以协同金属或金属化合物间的相互作用,优化电子结构,对多硫化物有着良好的吸附和催化转化作用,提高锂硫电池的循环稳定性及倍率性能。总结了双金属基催化剂在提升锂硫电池效率和稳定性方面的策略,并讨论双金属基催化剂在锂硫电池中的应用前景和挑战。

基于ZIFs合成的中空双金属(Zn,Co)S纳米晶及其赝电容性质研究

通过两步法设计合成了具有中空结构的双金属硫化物(Zn,Co)S纳米晶,并研究了其电化学性质.首先在室温下,以水为溶剂,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,利用Zn^(2+),Co^(2+)与2-甲基咪唑的配位作用形成了ZIF-Zn,Co.然后以ZIF-Zn,Co为自牺牲模板剂,加入硫代乙酰胺,在微波辐射下快速合成了具有中空结构的(Zn,Co)S纳米晶.电化学测试结果表明,在电流密度为3 mA/cm^2时,(Zn,Co)S纳米晶比电容为423.3 F/g,在电流密度为10 mA/cm^2时,充放电2000次,仍能保持59%的初始电容.所制备的中空纳米结构具有较高的比表面积和较好的电化学性能,可作为超级电容器的电极材料.

钴锰硫化物活化过硫酸盐强化降解盐酸四环素

采用简单两步法制备了钴锰双金属硫化物(MnCo_(2)S_(4)).通过扫描电子显微镜,X射线衍射,X射线光电子能谱等表征手段对MnCo_(2)S_(4)的形貌,晶体结构,组成成分等进行分析.探究了MnCo_(2)S_(4)/PMS体系中盐酸四环素的降解效能和降解路径,结果表明,MnCo_(2)S_(4)和PMS投加量为0.1g/L,TC的降解率在30min达到88%,在较宽的pH值范围内(3~9)均具有较高的降解率,这归因于MnCo_(2)S_(4)中金属活性位点Mn^(2+),Co^(2+)的持续供应和钴锰的协同作用.淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)技术表明MnCo_(2)S_(4)/PMS体系主要是SO_(4)•-,•OH和^(1)O_(2)共同作用降解TC.本研究为PMS的活化和抗生素等难降解污染物的去除提供了新的催化剂构建策略.

层板金属离子不同的钴基双氢氧化物制备及其电化学性能

通过调变层板中的三价金属离子制备了层板金属离子不同的钴基双氢氧化物(LDHs),X-射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FTIR)测试表明,层板中金属离子的变化对LDHs的物理结构有较大影响。电化学性能比较表明,三价金属离子的改变对材料的有效工作电位窗口和大电流稳定性及循环容量保持率均有很大影响。由于二价与三价金属离子在电化学过程中的作用不同,Co-AlLDHs在1A·g-1的电流密度下比容量达到447F·g-1;Co-InLDHs与Co-CrLDHs则具有很好的循环稳定性和电容性质。

双金属硫化物CoMoS_(4)活化过一硫酸盐降解双酚F

通过离子交换法合成了双金属硫化物CoMoS_(4)(CMS),通过活化过一硫酸盐(PMS)降解目标污染物双酚F(BPF)来考察其催化性能,并剖析了其中的反应机理.研究结果表明,CMS具有优异的催化性能,25℃时,50 mg·L^(-1)的CMS和0.5 mmol·L^(-1)的PMS体系在30 min内可以完全降解10 mg·L^(-1)的BPF;CMS抗干扰能力强,在降解过程中受水体中无机阴离子(Cl^(-)、NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-))和腐殖酸(HA)的影响小;CMS同时具有较好的稳定性,循环使用3次后BPF降解率仍可达60.2%.自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)实验证明,硫酸根自由基SO_(4)^(·-)是CMS/PMS体系降解BPF的主要活性氧物种(ROS);并通过液相色谱-质谱仪鉴定BPF降解过程的中间产物,提出了两条主要的降解路径.

金属有机骨架衍生的自支撑Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂获取50、100 mA/cm^(2)的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂获取-100 mA/cm^(2)的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。

金属有机框架衍生FeS_(2)/NiS_(2)/C空心球的制备及其储钠性能

开发高性能钠离子电池负极材料,亟须解决过渡金属硫化物在充放电过程中存在的容量快速衰减问题。以Ni-MOF为前驱体,通过溶剂热处理引入Fe元素并进行气相硫化,制备了含双金属硫化物的FeS_(2)/NiS_(2)/C多孔空心球材料。电化学测试结果表明:该材料作为钠离子电池的负极,与NiS_(2)/C相比,其可逆比容量、循环稳定性以及倍率性能均得到显著提高;利用电化学阻抗测试和不同扫速下的循环伏安测试对电极材料的电子传输和离子扩散速率进行分析,证实复合材料优异的电化学性能表现归因于其增强的反应动力学。该研究表明,金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)衍生的双金属硫化物具有优异的电化学性能,是一种具有良好应用前景的高性能钠离子电池负极材料。

表面改性对超级电容器正极材料性能的影响

采用(甲基二茂铁)十二烷基二甲基溴化铵表面活性剂对超级电容器正极材料(镍钴硫化物(NCS))进行表面改性。通过对改性前后NCS材料性能测试,探究NCS表面性质改变对材料电化学性能的影响,结果表明,环己烷溶液中改性的NCS材料在充放电时间、电荷转移能力及离子扩散速率上有所提高,表面活性剂的定向排列改善了NCS材料-电解液的界面动力学,提高了材料的充放电性能。该研究有望为其他领域的电化学储能研究和超级电容器的改良和探索提供探索性思路,具有广泛的应用前景。

H_(2)小分子原位调控负载型Ni_(x)Mo_(y)S@Al_(2)O_(3)用于加氢脱硫的研究

通过H_(2)气体小分子原位调控技术制得系列NiMoS-nH_(2)[n=0.5,1.0,1.4,2.0,为H_(2)压力(MPa)]催化剂,活性评价结果表明,2 MPa的H_(2)原位调控制得的NiMoS催化剂(NiMoS-2.0H_(2))具有最优的加氢脱硫活性;进一步制备具有介孔结构的Al_(2)O_(3)载体,并采用原位生长法,制得NiMoS-2.0H_(2)S@Al_(2)O_(3)负载型加氢脱硫催化剂,活性评价结果表明,负载型NiMoS-2.0H_(2)S@Al_(2)O_(3)较NiMoS-2.0H_(2)加氢脱硫性能显著提升,在温度240℃和压力2 MPa条件下,苯并噻吩脱除率高达73%,脱硫效率约为NiMoS-2.0H_(2)粉末催化剂的两倍。XRD、XPS、N_(2)吸附-脱附表征分析表明,负载型NiMoS-2.0H_(2)S@Al_(2)O_(3)具备超高的比表面积,可显著提高NiMoS-2.0H_(2)表面分散,是构成其高活性的重要原因。通过气体小分子原位调控及原位生长制备策略,成功开发一种新型高效非贵金属负载型加氢脱硫催化剂,研究结果可为其他高效加氢脱硫催化剂开发提供设计思路。

引入内建电场增强光载流子分离以促进H_(2)的生产

内建电场被认为是促进电荷迁移和分离,以提高光催化性能的有效驱动因素。本工作通过一步溶剂热法合成了间隙氯和取代氯共掺杂的一维纳米棒Mn_(0.2)Cd_(0.8)S(MCS)。间隙氯和取代氯的掺杂导致MCS纳米棒中的电荷分布不平衡,形成内建电场,有利于提高光生载流子动力学。通过密度泛函理论计算,本研究直观地描述了间隙氯和取代氯的掺杂对MCS活性的影响,包括电子结构、电荷分布和H2吸附/解吸平衡的差异。有趣的是,MCS能带结构的调制主要源于间隙氯的贡献,而取代氯无贡献。同时,取代氯可以进一步促进间隙氯对MCS的H_(2)吸附-脱附吉布斯自由能的优化。最终,0.9 Cl-MCS的H2吸附-脱附吉布斯自由能更有利于H_(2)的产生(1.14 vs.0.17 eV),光催化H2的产生活性提高了9倍。本研究为在双金属硫化物光催化剂中构建内建电场提供了有价值的途径。

基于ZIF-8制备ZnCoS-CNT及其超级电容器性能研究

本文通过原位生长法制备了ZIF-8/CNT复合材料,并通过离子交换法优化合成了钴掺杂的ZIF-8/CNT,以此为模板制备了ZnCoS/CNT复合材料。同时本文还利用Fe-MOF/CNT复合材料制备其衍生的Fe_(2)O_(3)/CNT复合材料。进一步组装的ZnCoS-CNT//Fe_(2)O_(3)-CNT不对称型超级电容器,在功率密度为749.1 W·kg^(-1)时,达到46.3 Wh·kg^(-1)的高能量密度。在10 A·g^(-1)的电流密度下循环5000次充放电测试,仍保持了83.3%的容量。

Ni_(3)S_(2)/NiV-LDH纳米线异质结构用于高效电催化全解水反应

通过一种温和简便的水热-溶剂热法在泡沫镍上构筑高活性Ni_(3)S_(2)/NiV-LDH纳米线异质结构(命名为Ni_(3)S_(2)/NiV-LDH/NF).探讨了溶剂热反应温度对样品结构演变与催化活性的影响,结果表明160℃温度条件下得到的Ni_(3)S_(2)/NiV-LDH纳米线异质结构表现出优异的催化活性和稳定性,碱性条件下的HER和OER活性在100 mA/cm_(2)的电流密度分别仅需205 mV和341 mV,并且能够维持15 h的催化稳定性.此外,将其同时作为阴极和阳极所组装的碱性电解池在1.58 V的电压下可达到10 mA/cm^(2)的电流密度,表现出优异的全解水催化活性.

电镀废水原位制备Ni(Zn)Cr混合氧化物/磁性石墨烯复合材料及其电催化性能研究

利用聚乙烯亚胺和聚天冬氨酸共价修饰制备了多羧基、多氨基功能化磁性石墨烯(MGA)。再利用3种含有不同浓度重金属的模拟电镀废水制备了NiCr、ZnCr和NiZnCr复合金属氢氧化物(LDH)/磁性石墨烯复合材料,并经煅烧而获得相应的复合金属氧化物(LDO)/磁性石墨烯复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对材料的结构和形貌进行了表征,并通过循环伏安法考察了它们对0.1mol/LNaOH溶液中苯酚或S2.的电催化氧化性能。结果表明:废液中Ni2+、Zn2+和总铬的去除率均在95%以上。制得的Ni(Zn)Cr-LDH具有良好的层状水滑石结构,煅烧后获得的LDO具有优异的电催化能力,其中以NiCr-LDO/MGA表现最佳,对苯酚和S2.的电催化氧化作用最强,氧化电位较低,峰电流较高。