水系Ni-Zn电池Ni基电极材料改性研究进展

水系Ni-Zn电池具有高容量、低成本、安全可靠等优点,在电动汽车和便携式电子产品等领域具有广阔的应用前景,近年来受到了广泛的关注。然而,正极材料的容量与商业化的锌负极相比仍有较大差距严重阻碍了高能量密度Ni-Zn电池发展。重点综述了近几年Ni基纳米材料改性策略提高电化学性能的研究进展,包括Ni基纳米材料与碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物等复合构建多组分复合材料提供协同效应,以及对Ni基纳米材料进行阴/阳离子掺杂增加电化学活性位点和电导率。通过对比分析,重点阐述了材料性能设计和优化的机理和方法,为未来探索和开发高性能水系Ni-Zn电池商业化应用提供了理论基础。

超声波辅助铁基体电沉积Zn-Ni-P/纳米ZrO_(2)复合镀层及性能研究

通过电沉积并辅助超声波振荡在铁基体上制备出Zn-Ni-P/纳米ZrO_(2)复合镀层。研究了镀液中ZrO_(2)颗粒浓度对复合镀层中ZrO_(2)颗粒含量以及复合镀层表面形貌、相结构、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:随着镀液中ZrO_(2)颗粒浓度从5 g/L增加至30 g/L,ZrO_(2)颗粒含量呈现先升高后降低趋势,复合镀层的形貌特征发生变化,导致硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能存在差异,但不同复合镀层的相结构无明显差异,都含有单质Zn、Ni_(5)Zn_(21)和ZrO_(2)相。镀液中ZrO_(2)颗粒浓度为20 g/L时,复合镀层中ZrO_(2)颗粒含量达到10.43%,该复合镀层的晶粒细小且结合紧密,表现出良好的致密性,硬度达到503.5 HV,平均摩擦系数和磨损失重仅为0.48和3.42 mg,电荷转移电阻和低频端阻抗值分别达到6.34×10^(3)Ω·cm^(2)和6.84×10^(3)Ω·cm^(2),其性能与Zn-Ni-P合金镀层相比显著提高。适当增加镀液中ZrO_(2)颗粒浓度有利于提高复合镀层中ZrO_(2)颗粒含量,使复合镀层的晶粒明显细化且致密性改善,具有较强的阻碍局部塑性变形和承载能力,并且能有效抑制电化学腐蚀,从而表现出更好的性能。

温度和甲酸镍含量对制备Zn-Ni合金渗层的影响

为改善渗锌层的防腐性能,通过在渗锌过程添加甲酸镍制备了Zn-Ni合金渗层,分析了不同温度(400℃、450℃、500℃、550℃、600℃)和不同甲酸镍含量(0 g、15 g、44 g、75 g、103 g)对渗层制备过程的影响。采用扫描电镜(SEM,配备有EDS能谱)、X射线衍射仪(XRD)分析了不同试样渗层截面形貌和物相组成;采用电化学极化曲线和阻抗谱(EIS)表征了不同试样在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液中的电化学行为,并通过中性盐雾实验测试了渗层的耐蚀性能;利用显微维氏硬计测试渗层表面至基体不同相层硬度。结果表明:随温度的升高渗层显著增厚,渗层表面硬度降低;随甲酸镍含量的增加渗层明显减薄,渗层中ZnO、Fe_(3)ZnC_(0.5)相衍射峰明显增强,渗层中间相层硬度值增大;温度和甲酸镍含量对渗层自腐蚀电位无明显影响,腐蚀电流密度随温度的升高而增大,随甲酸镍含量的增大而明显减小;试样阻抗弧半径和渗层电阻均随甲酸镍含量的增加而增大;甲酸镍含量越高,对盐雾实验白锈的出现抑制越明显,出现红锈的时间显著延长。综上所述,添加甲酸镍显著改善了渗锌层的组织结构,明显提高了渗层的耐腐蚀性能,这对促进锌-镍合金共渗技术的应用具有积极意义。

ZnCuNi-LDHs的制备及其对MO吸附性能研究

以硝酸锌、硝酸铜和硝酸镍为原料,三乙醇胺为碱源,采用水热合成法制备出3种ZnCuNi-LDHs复合纳米材料,并用于染料废水甲基橙中阴性离子的吸附研究。结果表明,ZnCuNi-LDHs吸附甲基橙符合准二级动力学模型,吸附反应为化学吸附,自发放热反应。考察各种条件下的吸附能力,在25℃、初始pH的条件下,向20 mL(20 mg/L)甲基橙溶液中投加25 mg 3种ZnCuNi-LDHs,对甲基橙的去除率可分别达98.5%、94.7%、92.4%;对MO最大吸附量分别为1163、1230、1712 mg/g;经过3次循环利用后,Zn-Cu-Ni-LDHs对甲基橙的吸附率仍分别可达71.5%、61.2%、50.6%。

Zn−Sn−Cu−xNi无铅焊料合金的电化学腐蚀行为

通过铸造法制备Zn−30Sn−2Cu−xNi(x=0,0.5,1.0,1.5,质量分数,%)无铅焊料合金,并研究该合金的微观组织演化及在0.5 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为。采用电位动力学极化和电化学阻抗谱(EIS)技术研究其电化学行为,以此评估Ni元素含量对Zn−Sn−Cu合金腐蚀性能的影响。通过观察腐蚀过程中合金表面显微组织的演变,分析Zn−Sn−Cu−Ni合金的腐蚀机理。结果表明,添加0.5%Ni由于形成致密而均匀的腐蚀层从而有效提高Zn−30Sn−2Cu合金的耐腐蚀性能,且其主要腐蚀产物为ZnO,Zn(OH)_(2)和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O。当Ni含量达到1.0%和1.5%时,Zn−30Sn−2Cu合金的耐腐蚀性能下降,主要是由于(Ni,Cu)5Zn21金属间化合物与富Zn相之间的电偶腐蚀加速富Zn相的溶解。因此,Zn−30Sn−2Cu−0.5Ni焊料合金具有最佳的耐腐蚀性能。

Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-类水滑石@Al薄膜制备及其光催化性能

含过渡金属元素的类水滑石(LDHs)材料在可见光催化领域显示了广泛应用前景.然而LDHs粉末在催化反应中难回收、易流失,不利于材料的循环利用.以铝板为基体,通过原位生长技术在基体表面原位生长Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-LDHs,开辟制备Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al材料的新方法.研究表明,Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)LDHs薄膜在铝基底纵向生长,具有高取向性.LDHs结晶度较高,片层结构规整,极大暴露了LDHs催化活性较高的层板边缘.该薄膜材料具有较低禁带宽度、较高可见光催化活性.Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al能够有效降解甲基橙(MO)有机染料废水,多次循环后对染料的降解率可达98%.该材料极大的增强了对光的利用率,促进了光生电子和空穴对的分离和转移,提高了材料光催化活性,推动和强化了LDHs材料的循环利用及综合处理废水的能力,提高了其应用价值和应用范围,为LDHs材料的开发、设计及应用提供了新思路.

ChCl-Urea低共熔溶剂中Zn-Ni合金的电沉积行为研究

以氯化胆碱-尿素(ChCl-Urea)为溶剂,研究Zn-Ni合金的电沉积行为。采用计时安培法和循环伏安法对Zn-Ni合金的电沉积机理进行研究,采用扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和X射线衍射仪(XRD)对镀层的微观形貌、元素组成和物相组成进行表征。分析结果表明:Zn-Ni合金在ChCl-Urea低共熔溶剂中的成核机理符合三维瞬时成核;Zn比Ni后沉积,其过程是受扩散控制下的不可逆还原反应过程;该体系下可制得致密、呈菜花结构的镀层,Zn的含量高于Ni。

输电塔架用Q345钢表面Zn-Ni/TiO_(2)复合涂层的性能研究

采用电沉积技术并结合喷涂法在制造输电塔架常用的Q345钢表面制备出Zn-Ni/TiO_(2)复合涂层,表征和分析了复合涂层的微观形貌和元素组成,并通过人工气候老化试验、落砂冲击试验、砂纸摩擦试验和加速腐蚀老化试验测试了复合涂层的稳定性与耐蚀性。结果表明:复合涂层的元素组成为Zn、Ni、Ti、O、C和Si元素,微纳米结构与低表面能协同作用使得复合涂层表现出超疏水性能。复合涂层能较长时间耐受摩擦冲击、日光照射和干湿交替,稳定地保持超疏水性能。在相同腐蚀介质中复合涂层的腐蚀电流密度仅为1.54×10~(-6) A/cm~2,电荷转移电阻达到7050.8Ω·cm~2,表现出优良的耐蚀性,相较于常用的镀锌层可以为Q345钢提供较理想的腐蚀防护作用。

紫铜电沉积Zn-Ni-W合金镀层的耐腐蚀与机械性能

采用含有钨酸钠的镀液,通过电沉积将W元素引入Zn-Ni合金镀层中,以期获得具有优良耐腐蚀与机械性能的Zn-Ni-W合金镀层。研究了钨酸钠浓度对Zn-Ni-W合金镀层的表面形貌、成分、相结构、耐腐蚀性能、硬度、耐磨性能以及弹性恢复性能的影响。结果表明:添加适量钨酸钠制备的Zn-Ni-W合金镀层晶粒类似花蕊状,以缠绕形式结合紧密起到强化效果,其耐腐蚀性能、硬度、耐磨性能和弹性恢复性能相比于Zn-Ni合金镀层提高,但Zn-Ni-W合金镀层的物相组成与Zn-Ni合金镀层相同。当钨酸钠浓度为35 g/L时,由于电沉积Zn-Ni-W合金镀层过程中引起较大程度晶格畸变,致使晶粒呈花蕊状缠绕结合更紧密,起到较好的强化效果。该镀层具有最低的腐蚀电流密度9.74×10^(-7) A/cm^(2),对紫铜基体的防护效率达到98.4%,硬度达到378.2 HV,较Zn-Ni合金镀层提高约160 HV,还表现出优良的耐磨性能和弹性恢复性能。

Zn-Ni/PTFE复合镀层制备及其在模拟污水中的耐腐蚀与阻垢性能

为进一步提高Zn-Ni合金镀层的耐腐蚀性能同时赋予其良好的阻垢性能,通过电沉积方法将改性PTFE颗粒引入Zn-Ni合金镀层中,并研究镀液中PTFE颗粒浓度对复合镀层的表面形貌、化学成分以及在模拟污水中的耐腐蚀与阻垢性能的影响。结果表明:改变镀液中PTFE颗粒浓度获得的不同Zn-Ni/PTFE复合镀层晶粒形状相似且尺寸接近,PTFE颗粒附着在晶粒表面并填充晶粒间空隙,对复合镀层的化学成分以及在模拟污水中的耐腐蚀与阻垢性能有一定影响。当镀液中PTFE颗粒浓度为12 g/L时,获得的Zn-Ni/PTFE复合镀层中PTFE颗粒的分散性较好,起到屏蔽作用,有效地阻挡腐蚀介质渗透,同时降低复合镀层表面能,阻碍污垢黏附与沉积。该复合镀层具有最正的腐蚀电位-509 mV、最低的腐蚀电流密度1.24μA/cm^(2)和最高的极化电阻14.70 kΩ·cm^(2),表面污垢沉积量仅为0.15 mg/cm^(2),阻垢率达到76.2%,在模拟污水中表现出良好的耐腐蚀与阻垢性能。

金昌市郊农田土壤Cu，Zn，Ni形态分布特征与生物有效性评价

通过野外调查和室内测试分析,研究了金昌市郊农田土壤重金属Cu,Zn和Ni的形态特征,并以麦粒中重金属含量为重点进行了Cu,Zn和Ni的生物有效性评价.结果表明,研究区域土壤重金属Cu和Ni污染严重;Cu的主要存在形态为有机结合态,Zn的主要存在形态为残渣态,而Ni的主要存在形态为潜在可利用态;三种元素的生物有效性大小顺序为Ni>Zn>Cu.对麦粒中重金属健康风险进行评价反映出麦粒中Ni含量对人体健康风险较大,而Cu和Zn对人体健康风险较小.逐步回归分析结果表明,农田土壤中Cu可交换态和碳酸盐结合态对麦粒中Cu含量贡献最大,而对麦粒吸收Zn和Ni贡献最大的形态分别为Zn的碳酸盐结合态和Ni的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态和有机结合态.土壤重金属Cu,Zn和Ni各形态分配系数较总量和各形态含量更适合表征本研究区域土壤重金属的生物有效性.

电镀Zn-Ni合金研究进展与应用现状

Zn-Ni合金镀层以其良好的耐蚀性、低氢脆性而成为替代锌镀层和镉镀层的优良镀层.本文介绍了电镀Zn-Ni合金的应用现状,分析对比了酸性体系和碱性体系电镀Zn-Ni合金的特点,重点概括了碱性Zn-Ni合金镀液体系中配位剂和添加剂的研究进展,并对电镀Zn-Ni合金未来的发展进行了展望.

Cd/Zn及Cd/Zn/Ni复合污染对胡萝卜生长吸收特征的影响

利用盆栽试验对胡萝卜在不同浓度Cd/Zn及Cd/Zn/Ni复合作用下的重金属吸收效应进行了研究。结果表明,在Cd/Zn/Ni和Cd/Zn复合污染条件下,胡萝卜茎叶和块茎干重与对照土壤比较均受到显著影响(P<0.05),尤其是含Ni组合,在Ni浓度达到250mg·kg-1后,胡萝卜块茎和茎叶生物量都锐降(P<0.01)。对比不同剂量下两组合富集系数(EF)和转运系数(TF)的结果发现,含Ni组合中,Cd、Zn、Ni3种重金属在不同迁移界面以及不同浓度水平时的活性不同:在土壤-胡萝卜块茎迁移界面,当土壤中Cd、Zn、Ni浓度分别在0.35～1.8、50～300mg·kg-1以及60～250mg·kg-1之间时,活性大小为Cd>Zn>Ni;当其浓度分别达到3.5mg·kg-1(Cd)、600mg·kg-(1Zn)以及500mg·kg-(1Ni)时,活性大小变为Zn>Ni>Cd;而在胡萝卜块茎-茎叶界面,Cd的活性在任何浓度水平下始终最大,当Zn、Ni浓度分别在50～180mg·kg-1以及60～170mg·kg-1之间时,活性大小为Zn>Ni,但在此浓度之后Ni的作用突显,活性大小变为Ni>Zn。非含Ni组合中,在两迁移界面和不同浓度水平下,两种重金属的迁移能力始终为Cd>Zn。此外,在碱性较高的绿洲灌淤土中,Cd、Zn、Ni之间的交互作用表现为Ni与Cd的拮抗作用,以及Ni与Zn的协同作用。

Cu/Zn、Cu/Zn/Ni催化剂甲醇部分氧化制氢

研究了甲醇在Cu/Zn及Cu/Zn/Ni催化剂上部分氧化热耦合裂解制氢的反应，系统地考察了不同O_2/CH_3OH比及反应温度下催化剂性能.当O_2/CH_3OH=0.2时，催化剂的性能最佳.在同样条件下，Cu/Zn催化剂对CO的选择性较Cu/Zn/Ni催化剂低，更具优势. Cu/Zn催化剂用于甲醇部分氧化反应时，甲醇转化率在150 h寿命实验中基本保持在90％左右. XRD谱图表明Cu/Zn合金的生成是导致Cu/Zn系催化剂在甲醇裂解反应中快速失活的主要原因，而在部分氧化反应中，O_2的存在可抑制Cu/Zn合金的生成，使Cu/Zn催化剂表现出高度的稳定性.

电沉积法制备组分调制Zn-Ni合金多层镀层

研究了Zn-Ni合金镀液中主盐的组成、电镀工艺参数对Zn-Ni合金镀层中的含镍量及镀层性能的影响,结果表明,电流密度是影响Zn-Ni合金镀层中含镍量的主要因素.在电沉积过程中,利用计算机控制电流输出的电镀电源,通过调整施镀电流密度,制备出了由2种组成不同的Zn-Ni合金薄层交替叠加而形成的Zn-Ni合金多层镀层.SEM表面及断面显微分析结果表明:Zn-Ni合金多层镀层表面无缺陷,断面呈清晰的层状结构.

Zn_(0.4)Ni_(0.6)Cr_(0.5)La_xFe_(1.5)-_xO_4铁氧体纳米粉晶的制备及磁性

用柠檬酸盐前驱物-溶胶凝胶法制备了Zn0.4Ni0.6Cr0.5LaxFe1.5-xO4(x=0～0.10)纳米粉晶.用DSC-TG分析了前驱物转变为粉晶的热分解过程,通过粉末X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)等表征了产物的结构、形貌和磁性能.结果表明,不同温度和不同的La掺杂量对样品的晶粒尺寸、晶胞参数和形貌均产生了明显的影响,且通过改变La含量能起到调控样品磁性能的作用.

铁磁性 Mn-Zn、Ni-Zn 铁氧体与铁电性 BaTiO_3 复合材料吸收电磁波能力研究

本文研究了铁磁性Ｍｎ－Ｚｎ、Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体与铁电性ＢａＴｉＯ３复合材料在１～１０００ＭＨｚ频段内的吸波能力。结果表明：随频率升高，Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３和Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３复合材料的吸波能力逐渐增加；随Ｍｎ－Ｚｎ或Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体含量增加，这两类复合材料的吸波能力也逐渐增加；相同配比时的Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３复合材料吸波能力大于Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体／ＢａＴｉＯ３。

Ni-Zn铁氧体纳米晶的机械化学合成

以α－Fe2O3、ZnO及NiO粉体为原料，在高能球磨的作用下，通过机械化学反应合成了Ni－Zn铁氧体纳米晶．用XRD、TEM及Mossbauer谱学方法对样品进行了表征．结果表明，球磨所得纳米晶的晶粒尺寸为5～20nm，表现为超顺磁性．经800℃热处理后，晶粒长大到约50nm；表现为亚铁磁性．

Zn-Ni合金镀层的黑色钝化工艺研究

在含Ni为10%～14%的Zn Ni合金镀层上先钝化再进行封闭处理,可获得色泽均匀、结晶细致的转化膜。讨论了钝化工艺条件及封闭剂、pH值对转化膜耐蚀性的影响。经过正交实验和单因素实验,确定了最佳钝化配方为:40g/L铬酐、40mL/L醋酸、10g/L成膜促进剂、0 45g/L硝酸、温度20℃、时间30～40s。研究了封闭条件,确定的封闭剂的组成为:120～220g/L硅酸钠,1～3g/L氟化钠,0 1～0 3g/L硫酸锂,最佳pH值为10 5。硫酸铜点滴实验、中性盐水浸泡实验、扫描电镜以及交流阻抗测试表明:Zn Ni合金镀层先经钝化再经封闭处理后耐蚀性能明显提高。该钝化工艺操作简单,具有应用价值。

硅镇静钢热浸镀Zn－Ni合金

研究了硅镇静钢在Ｚｎ－０．０９％Ｎｉ合金镀液热镀后镀层的组织结构、耐盐雾腐蚀性能，并研究Ｚｎ－０．０９％Ｎｉ合金镀液对锌锅材料的腐蚀作用。结果表明，镀液中加入０．０９％Ｎｉ以后，镀层中的ζ相层减簿，晶粒细化，Ｎｉ富集在ζ相柱状晶的晶界上；Ｚｎ－Ｎｉ合金镀层的耐盐雾腐蚀寿命是纯锌镀层的２倍；Ｚｎ－Ｎｉ合金镀液能减缓对锌锅的腐蚀作用。