钙钒青铜/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能

采用水热法制备了具有二维层状结构的钙钒青铜(CaxV2O5·n H2O,CVO)水系锌离子电池钒基正极材料,并通过调控前驱体溶液中碳纳米管的含量,得到3种钙钒青铜/碳纳米管复合材料(CVO@CNTs).利用X射线衍射、热重分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对材料进行了表征.结果表明,所制备的CVO呈纳米带形貌,长约十几微米,宽约几百纳米,选区电子衍射测试表明所得材料为单晶结构.循环伏安测试结果表明,CVO和CVO@CNTs均具有多个氧化还原峰,储锌机制包括赝电容行为和电池行为.在放电倍率1C (1C=300 m A/g)测试条件下,CVO纳米带比容量稳定在210. 1 m A·h/g;与CNTs复合后,CVO@CNTs复合材料的电荷转移阻抗降低,在相同测试条件下表现出更高的比容量和优异的倍率性能.其中,CVO@CNTs-40表现出最高的比容量,在1C倍率测试条件下的比容量可达274. 3 m A·h/g,即使在20C的测试条件下放电比容量仍可达85. 2 m A·h/g,且循环1000次后容量保持率能达到92%.

钠离子电池P2相镍锰基层状氧化物正极材料的研究进展

P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料由于较高的比容量、工作电压以及较好的空气稳定性成为最具前景的钠离子电池正极材料之一.然而,高压相变、Na^(+)/空位有序排布以及由Mn^(3+)引起的Jahn-Teller扭曲导致该类材料充放电过程中面临结构失稳以及性能衰减的挑战.本综述从P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料的失效机制出发,系统阐述了该类材料的最新进展.最后,对其未来的发展方向进行了展望.本文将为P2-type Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料的研发与商业化提供借鉴.

可充锂电池醌类化合物电极材料

醌类化合物电极材料具有理论比容量高、结构可设计、成本低廉和绿色可持续等优点,被认为是可充锂电池理想的电极材料。本文介绍了醌类化合物电极材料的分类及其结构特点、电化学工作原理及其电化学性能,对醌类化合物的发展、面临的问题等方面进行了概括,探讨了提高该类电极材料电化学性能的方法,并对醌类化合物电极材料的发展方向进行了展望。

Na_2Ti_3O_7纳米片原位制备与钠离子电池负极材料应用（英文）

报道了Na_2Ti_3O_7纳米片的原位生长和钠离子电池负极材料的应用。通过简单的腐蚀市售的钛片制备出相互连接的微纳结构的Na_2Ti_3O_7纳米片。此外,腐蚀后的钦片在不用添加导电剂或粘结剂的情况下,可以直接作为电极材料使用。这种电极材料表现出优越的电化学性能,在50 mA·g^(-1)的电流密度下具有175mAh·g^(-1)的可逆容量,在2000mA·g^(-1)的电流密度下循环3000周后,其容量仍保持120 mAh·g^(-1),容量保持率为96.5%。Na_2Ti_3O_7纳米片电极的优越电化学性能归因于二维结构具有较短的离子/电子扩散路径以及无粘结剂结构能有效的增加电极的电子传导能力。结果表明,这种微纳结构能够有效地克服Na_2Ti_3O_7作为电极材料离子/电子导电性差的缺点。因此,这种无粘结剂结构的Na_2Ti_3O_7纳米片负极材料是一种很有潜力的钠离子负极材料。

不同荷电状态下锂离子电池外热实验与分析

以18650型磷酸铁锂电池为研究目标,研究荷电荷数(SOC)为100%、50%、0的电池通过木屑燃烧加热后其表面温度的变化、燃烧表观现象。SOC为0的电池表面最高温度仅能达到约200℃,充满电状态的锂离子电池存在两个升温阶段,最高温度可达467.5℃,存在二次爆喷现象。对其残留物进行了X射线衍射分析,正极材料晶型发生了大的改变,负极材料晶型并未发生改变。对残留物进行气相色谱质谱分析,残留物增加了多种脂肪酮、稠环芳香烃等。

锂离子电池受热失控实验及其残留物分析

手机锂离子电池爆炸事故屡见不鲜,尤其在高温环境中,其发生热失控并引发事故的可能性更高。针对这种情况,以电热鼓风干燥箱模拟电池的受热环境,通过监测不同荷电状态的电池在受热过程中的电压和表面温度变化,分析其热失控发展过程,并进一步对其残留物的表观形貌、电极微观形貌以及XRD谱图特征进行对比分析,总结其变化规律,从而探究手机锂离子电池在高温环境下工作时引发火灾的原因,为该类事故的安全分析提供一定的参考依据。

纤维素纸基比色传感器的制备及可视化检测Mn^(2+)

利用天然纤维素(如商业滤纸)作为支架,制备了一种新型的纤维素纸基比色传感器。首先通过表面溶胶-凝胶技术在纤维素滤纸表面沉积二氧化硅凝胶薄膜,后利用静电吸附作用将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)及重金属离子络合指示剂4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚钠盐(PAR-Na)交替组装到二氧化硅改性的纤维素滤纸上。所制得的纸基比色传感器用于Mn^(2+)的可视化比色检测,其具有较好的灵敏度。当传感器识别Mn^(2+)后,颜色由黄色变为紫红色,肉眼检测限为0.01 ppm。当加入1,10-邻菲咯啉和SCN^(-)作掩蔽剂时,传感器可选择性识别Mn^(2+)。此外,该纸基传感器还具有良好的时间稳定性。

电催化尿素氧化反应催化剂设计的研究进展

电催化尿素氧化反应(urea oxidation reaction,UOR)是尿素辅助电解水制氢、含尿素废水电化学降解和直接尿素燃料电池的基础反应.然而,由于UOR存在六电子转移过程,动力学缓慢,阻碍了这些技术的实际应用,急需寻找高效且低成本的电催化剂以促进UOR的反应进程.基于此,近几年已报道了多种合成策略,并且在催化剂设计和机理研究方面取得了巨大进展.首先,讨论UOR辅助电解水的反应过程,并对应用于催化剂设计的掺杂工程、异质结构建、缺陷工程、合金和关键反应中间体的调控等多种策略展开论述.最后,对UOR催化剂的研究进展进行总结,并讨论了基于尿素的能源转化技术和相应催化剂未来发展所面临的挑战和前景.

向日葵果胶锌的制备及其结构表征

以向日葵果胶和硫酸锌为原料合成一种补锌剂,研究时间、pH值、温度对向日葵果胶锌螯合率的影响。在单因素实验的基础上,设计响应面试验,得到最佳制备工艺条件为:反应时间85 min,pH值8,温度95℃,在该条件下向日葵果胶锌的螯合率为93.8%±0.41%。利用FTIR(Fourier-transform infrared spectroscopy)和XRD(X-ray diffraction)对向日葵果胶和向日葵果胶锌进行结构表征,结果表明向日葵果胶中-OH和C=O与锌离子发生了螯合,成功制备向日葵果胶锌。

丙烷脱氢制丙烯催化剂研究的进展

丙烯是化工行业重要的基础原料,受丙烯下游产品的拉动,国内外对丙烯的需求量逐年递增。丙烯主要来源于石油的催化裂解,但石油资源的日益匮乏无法满足全球对丙烯的需求,因此研究丙烷脱氢制丙烯工艺具有重大的实际意义。笔者综述了丙烷通过直接脱氢、氧气或二氧化碳氧化脱氢等方法制丙烯的反应热力学、反应机理及常用催化剂体系,论述了各种催化剂的作用机制、催化剂表面的活性物种和性质,评价了它们的丙烷脱氢反应性能,并展望了丙烷脱氢制丙烯的发展方向。

高比表面积石墨化氮化碳的制备及应用

介绍了具有高比表面积石墨化氮化碳的制备及其应用。采用引入可调的纳米孔结构(包括硬模板法、软模板法)或控制形貌等方法,制备得到高比表面积的氮化碳。相比于体相氮化碳,高比表面积的氮化碳具有更多的反应活性位,与客体分子具有更大的接触面积,因此在实际应用中,例如光催化光电化学、碱催化等的有机多相催化,以及气体及有机污染物的吸附等领域表现出较高的反应活性。

含氮分子筛的研究进展

含氮分子筛作为一种新型的含骨架杂原子分子筛, 具有择形碱催化作用和酸碱双功能催化作用, 近年来引起了人们广泛的研究兴趣. 本文总结了微孔和介孔含氮分子筛在制备、表征和催化性能等方面的研究现状, 重点评述了氮化机理和理论计算在含氮分子筛研究中的应用, 并展望了含氮分子筛今后的研究方向.

钠离子电池先进功能材料的研究进展

钠离子电池作为一种新型的化学电源,因钠资源储量丰富、成本低廉等优势,在规模储能领域具有应用前景,近年来受到了人们的广泛关注.为了获得比能量高、循环寿命长和快速充放电能力强的先进钠离子电池,人们正致力于开发比容量高、循环性能好和倍率性能佳的储钠电极材料和离子电导率高、电化学窗口宽的功能电解液,并取得了重要进展.目前,有前景的正极材料主要有高容量的层状氧化物、高电位的氟磷酸盐和长寿命的磷酸盐;可用的负极材料主要包括循环稳定性强的钛基层状氧化物和碳材料、比容量大的金属/非金属单质和低成本的金属化合物;有效的功能电解液有酯类电解液和醚类电解液.本综述详细总结了上述几类电极材料和电解液的最新研究进展,重点介绍了它们的电化学性质、科学难题及解决策略.

磷酸铁锂表面碳包覆研究进展

橄榄石结构的LiFePO4具有电压平台平稳、价格低廉、原料丰富和环境友好等优点,得到了人们的广泛关注.然而,纯LiFePO4的离子和电子导电性较差,其大范围应用受限.研究表明,对LiFePO4表面进行碳包覆可以有效提升其电化学性能.结合国内外研究现状,本文综述了不同的碳包覆方法、碳源种类对LiFePO4电化学性能的影响,以及碳包覆提升LiFePO4正极材料电化学性能的作用机制.

甲苯-甲醇侧链烷基化制苯乙烯的研究进展

通过甲苯与甲醇在碱性催化剂作用下侧链烷基化制备重要化工原料苯乙烯,是具有重要工业价值和科学意义的一个反应。从催化剂体系、催化机理等方面综述了近年来国内外有关甲苯-甲醇侧链烷基化反应的研究现状,总结了目前催化剂研究中需要解决的问题,并对相应的改进方法提出了一些建议。

花球状二硫化钒的制备及其储锂研究

采用一步水热法并添加表面活性剂聚乙二醇400制备出花球状二硫化钒,利用X射线粉末衍射仪、场发射扫描电子显微镜等方法对产物的物相和形貌进行了表征.观测生长过程发现花球状二硫化钒由若干六边形二硫化钒纳米片堆叠穿插组成,该花球状结构使材料拥有较高的比表面积及出色的结构稳定性.将花球状二硫化钒用于锂离子电池正极材料测试,结果表明花球状二硫化钒在电压区间为1～3 V,电流密度为200 m A·g^(-1)时具有出色的循环稳定性且循环50周之后容量可达450 m Ah·g^(-1).

尺寸效应对二硫化钼量子点光学性能的影响

通过油溶法成功地制备出不同粒径大小的二硫化钼,并探究了单层二硫化钼尺寸效应对荧光性质的影响。其中反应时间为3 h制备出的二硫化钼量子点为单层结构,3种尺寸的二硫化钼的荧光光谱和拉曼光谱研究表明,当粒径或激发波长增大时,荧光谱图中峰位发生红移。

泡沫镍负载Co-MoC@N-CNS/CNT作为自支撑电极用于全水分解（英文）

在众多的过渡金属催化剂中,碳化钼因具有类贵金属电子结构、高电子导电性、宽pH适用范围,优异的催化活性和稳定性等优点受到科研工作者的广泛关注.密度泛函理论计算(DFT)得出的“火山图”表明碳化钼具有较强的氢吸附能,而Co具有较弱的氢吸附能.已有报道指出将Co与碳化钼化学耦合能够促使其展现相对适中的氢吸附能,从而提高材料的本征催化活性.此外,碳化钼很少被认为是一种氧析出反应催化剂,而Co则被广泛认为是高效且稳定的碱性水分解析氧催化剂.基于此,我们提出化学耦合Co与碳化钼能够同时提升材料的析氧催化性能.值得一提的是,自支撑材料可直接用作工作电极以避免粘结剂(覆盖活性位,阻碍催化过程中传质的发生,增加电子转移阻抗)的使用.然而,目前关于自支撑碳化钼催化剂的研究鲜有报道.本文采用简单的水热法制备了泡沫镍负载钴掺杂碳化钼耦合的碳纳米片和碳纳米管(Co-MoC@N-CNS/CNT)自支撑电极.通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线和紫外光电子能谱(XPS、UPS)等表征手段对产物形貌结构进行了表征,利用电化学工作站对其水分解催化性能进行了研究.通过调控前驱体制备时的钴源浓度得到了一系列不同Co掺杂量的样品.UPS测试表明,Co成功掺杂到MoC晶体结构中能够显著增加其费米能级附近的电子密度,从而优化其HER动力学.与纯相的MoC和Co单质相比,掺杂后样品的催化活性得到显著提升.其优异的电化学活性可归结为如下几点:(1)2D纳米片和1D纳米线交错形成的3D纳米结构可有效暴露更多的活性位点和促进电子转移;(2)Co掺杂能够优化MoC晶体结构费米能级附近的电子结构,从而提升其HER动力学;(3)N-CNS/CNT不仅能够保护Co和MoC免于碱性腐蚀,还能促进纳米颗粒和碳基质间快速的电子传递.上述结果表明,通过合理设计碳化钼的组成和纳米结构可获得具有高活性和稳定性的双功能催化剂,为高性能催化剂的开发和利用开辟了新的途径.

超细金属纳米粒子修饰的二氧化钛纳米棒:合成策略和光催化活性（英文）

作为一种新兴技术,半导体催化在太阳能转化、环境净化以及有机合成等多种领域中具有重要的用途,因而近年来引起了研究者的广泛关注.在众多半导体材料中,TiO2具有价廉,无毒,来源广泛和光化学稳定等优点,被认为是太阳能转化领域最有潜力的催化剂.然而,由于其相对较宽的禁带宽度和激发条件下较快的光生电子和空穴的复合率,导致TiO2在太阳能转化过程中具有较低的量子效率.为了克服以上缺陷,研究者尝试了多种方法来提高TiO2的量子效率,如TiO2的表面修饰以及元素掺杂等.其中,过渡金属尤其是贵金属(如Au,Pd和Pt等)的掺杂能有效提高其催化效率,主要原因在于大多数贵金属的费米能级低于TiO2半导体催化剂,因此,光生电子迁移到催化剂表面的同时,会被贵金属捕获,进而有效地防止电子与空穴的复合,提高其催化效率.在众多贵金属助催化剂中,Pt因具有较大的功函数和较低氢过电势而被认为是TiO2在光解水反应中最好的表面修饰剂.然而,有关贵金属负载的TiO2在光解水反应中的系列性的对比研究还相对较少,一些基础的问题还有待解决.如在相同激发条件下,不同贵金属如何影响TiO2的光催化活性?TiO2的晶体结构对其光催化活性是否有影响?在TiO2的三种晶体结构中,金红石和锐钛矿的光催化活性得到了较多的研究,而有关板钛矿的研究却较少.基于此,本文首先采用水热法合成纳米棒状的锐钛矿和板钛矿TiO2,随后利用光沉积法在上述TiO2载体上负载不同的贵金属(Pt,Pd和Au)助催化剂,利用透射电镜(TEM),紫外可见光谱(UV-Vis),荧光光谱(PL)等手段对比研究了贵金属助催化剂和晶体结构对其催化光解水制氢反应的影响.射线衍射(XRD)结果表明,负载贵金属后的锐钛矿和板钛矿晶型保持完好,且未出现贵金属物种的衍射峰.UV-Vis结果表明,负载贵金属后的锐钛矿和板钛矿样品的紫外光吸收均略有红移,并且紫外光谱的变化趋势相同,说明TiO2的晶型对其紫外光吸收性质影响不大.此外,TEM结果发现,贵金属纳米颗粒在TiO2表面分散均匀,并且颗粒规整,没有出现团聚的现象,在锐钛矿和板钛矿表面的颗粒大小分别为1.3–1.5和1.9–2.1nm,与XRD结果吻合.最后,利用紫外光激发下的甲醇水蒸气重整制氢反应考察了不同样品的催化性能.结果表明,在无贵金属助催化剂存在的条件下,锐钛矿和板钛矿样品上的光催化活性均较低.负载贵金属后,Pt-TiO2的光催化活性最高,Pd-TiO2次之,Au-TiO2最差,与文献结果类似.结合表征结果推测,造成上述样品活性差异的主要原因在于助催化剂的本征性质,如功函数和氢过电势等.Pt,Pd和Au共催化剂的功函数分别为5.7,5.1和5.1 eV,均高于TiO2(4.2 eV).在紫外光激发下,光生电子可以有效地从TiO2载体传递到贵金属助催化剂上,并在TiO2载体表面形成肖特基势垒,进而有效地阻止光生电子和空穴的复合,提高其光催化活性.因此,负载Pt,Pd和Au后的TiO2样品上产氢效率均高于TiO2载体.不同样品的PL结果也与其催化活性数据相吻合,说明贵金属助催化剂的负载能有效地捕获光生电子,进而阻止光生电子与空穴的复合,提高其催化活性.此外,氢过电势也是影响贵金属助催化剂活性差异的主要原因:氢过电势越高,其还原质子的能力越弱,在产氢反应中的产氢效率越低.因此,三种金属中,具有最低氢过电势的Pt产氢效率最高.此外,同种贵金属负载的锐钛矿和板钛矿上的催化活性相似,表明负载型贵金属催化剂载体对其催化活性的影响较低.

MoS_2多级纳米结构的合成及锂离子电池性能

采用水热法,在200℃,S/Mo摩尔比为4.3∶1的条件下,水热反应24 h,合成出由MoS_2纳米片堆积而成的花墙状多级纳米结构.利用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对产物物相和形貌进行了表征.结果表明,MoS_2纳米片厚度约为10 nm,花墙状多级纳米结构可达十至数十微米,具有较好的均匀性.MoS_2多级纳米结构作为锂离子电池负极材料,在高电流密度下表现出良好的循环稳定性.