磷酸铁锰锂材料的合成方法及结构改性的研究进展

锂离子电池因具有比能量高、循环使用寿命长、无记忆效应等特点而备受关注,并已广泛应用于日常生活中。在已有的锂离子电池正极材料中,磷酸铁锰锂正极材料具有能量密度高、放电比容量大、电压平台高等优点,是一种具有前景的锂离子电池正极材料,然而由于其低导电率和离子迁移速率慢等问题,一直制约着其发展。通过分析磷酸铁锰锂不同铁锰比例、颗粒尺寸及形貌对电化学性能的影响,指出铁锰物质的量比为0.5∶0.5的小粒径多孔球状颗粒对提高电化学性能有积极的影响;并介绍了采用Mg、Ti、Ni等离子掺杂或表面包覆改性方法对其进行优化,材料的性能会得到改善;最后对磷酸铁锰锂的发展趋势提出了一些建议,指出对合成工艺的改进和开展更深入的理论研究仍是今后的研究重点。

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Fe_(3)O_(4)被认为是一种储锂性能优异的锂离子电池负极材料,但目前仍存在导电性差和充放电过程体积膨胀问题。文中以L-精氨酸、对苯二甲醛和九水硝酸铁为原料,通过溶剂热反应得到铁离子掺杂L-精氨酸聚合物(W-Fe_(3)O_(4)@NC precursors),随后高温热解制备了杨梅状碳包覆四氧化三铁(W-Fe_(3)O_(4)@NC)复合负极材料。对W-Fe_(3)O_(4)@NC的形貌、表面化学结构、孔隙率和在锂离子电池负极中的电化学性能进行了表征。结果表明,得益于独特的杨梅状形貌、有益的氮掺杂、高度分散的Fe_(3)O_(4)纳米微粒和均匀的碳包覆,W-Fe_(3)O_(4)@NC在1 A/g电流密度下循环800圈后比容量高达815.1 mAh/g,在5 A/g的大电流密度下,比容量仍保持在232 mAh/g,循环稳定性和倍率性能显著优于纯碳材料(NC)和市售Fe_(3)O_(4)纳米粒子。

新型三维Ni(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构及对水中Fe^(3+)、CrO_(4)^(2-)与Cr_(2)O_(7)^(2-)的检测

本文以3,5-吡啶二甲酸(简称3,5-H_(2)pdc)、1,4-双(1-咪唑基)苯(简称bib)及Ni(NO_(3))_(2)为原料,通过溶剂热法合成出了一种新型Ni(Ⅱ)配位聚合物[Ni(pdc)(bib)(H_(2)O)]_(n)(简称Ni-CP),并对其进行X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、热重、红外光谱、荧光性能等分析研究。研究结果显示:Ni-CP属单斜晶系,空间群C2/c,其不对称单元包含1个Ni(Ⅱ)、2个1/2的bib配体、1个完全去质子化的3,5-pdc^(2-)配体和1个配位水分子。中心Ni(Ⅱ)采用六配位的方式形成NiO_(3)N_(3)的不规则八面体。bib配体和3,5-pdc^(2-)配体分别通过双齿配位模式μ_(2)-η^(1)∶η^(1)桥联和三齿配位模式μ_(3)-η^(1)∶η^(1)∶η^(1)桥联Ni(Ⅱ)形成三维金属有机框架。从拓扑的角度来看,其二维框架结构可以简化为3-连接的Schlafli符号为(4·8~2)拓扑结构。假如将3,5-pdc^(2-)配体和Ni(Ⅱ)作为节点,bib配体视为连接器,三维结构可以简化为3,5-连接双节点的(4·6·8)(4·6~2·8~7)拓扑结构,孔隙率为17.4%。Ni-CP能够选择性检测出Fe^(3+)、CrO_(4)^(2-)与Cr_(2)O_(7)^(2-),其检测限分别为4.275×10^(-5)、2.681×10^(-5)和2.681×10^(-5)mol/L,有较高的猝灭率。

以研促学_基于“聚亚胺型球晶聚合物的制备与结构”综合实验设计辅助高分子物理教学

作为高分子材料科学与工程专业的必修课程,《高分子物理》是其他高分子专业课程的理论基础。然而,《高分子物理》知识点庞杂且理论内容方面过于抽象,教学难度大,学生较难系统地掌握课程主线和核心知识。为此,我们结合自身的研究成果,旨在设计一种综合实验教学方法,通过设计“聚亚胺型球晶聚合物的制备与结构”实验串联《高分子物理》课程中的内容,提升学生对高分子物理中“高分子链的结构”、“高分子的凝聚态结构”、“高分子溶液”章节内容的理解,帮助学生快速构建全面的高分子物理知识框架体系,培养学生的学习兴趣和专业问题解决能力。

VM@CNFs自支撑柔性电极在储钠中的应用实验设计

基于科研项目设计了“VM@CNFs自支撑柔性电极在电化学储钠中的应用”研究型教学实验。实验内容包括:钒锰基杂多酸的合成和结构解析,静电纺丝技术构筑VM@CNFs自支撑柔性电极,高温转化后自支撑电极的微观形貌、结构和组成分析,VM@CNFs自支撑柔性的储钠性能及原因解析。通过该实验,能够使学生了解钠离子电池负极材料前沿知识,掌握相关大型分析仪器的使用和数据分析方法,并能从分子层面理解物质的构效关系,培养科学素养和科研探究思维。

新型Zn-MOFs的合成及对水中Fe^(3+),Cr_(2)O_(7)^(2-)离子的荧光传感

通过水热法合成一种新型Zn-MOFs:[Zn(qs)(bmboxy)_(1.5)(H_(2)O)_(1.5)]n(CP1)(H_(2)qs=8-羟基喹啉-5-磺酸;bmboxy=1-(4-苯并咪唑)苯醚),采用X-射线单晶衍射、红外等表征。CP 1属三斜晶系,空间群为P 2/c,Zn(II)离子为五配位,形成一个畸变的三角双锥构型,bmboxy配体采取μ2桥联方式连接两个相邻的Zn(II)离子,呈二维网络结构。固体CP 1表现出较强的荧光性能,归因于配体内部π*-π的电子跃迁所致。实验表明,通过荧光猝灭机制,CP 1可以作为检测水溶液中Fe^(3+),Cr_(2)O_(2)-7离子的荧光传感材料,其检测限分别为1.67×10^(-4)M和2.04×10^(-5)M。

黄钾铁矾对Mo(Ⅵ)的吸附行为和机理研究

钼广泛分布于天然矿山中,且主要以钼酸盐〔Mo(Ⅵ)〕的形式存在。钼资源的快速消耗,可能会增加含钼工业废水的排放并引起严重的环境问题。采用水热法合成黄钾铁矾矿物并用于去除模拟废水中的Mo(Ⅵ),利用XRD表征了矿物材料的理化性质,基于静态吸附实验研究了吸附时间、Mo(Ⅵ)初始浓度、初始pH、吸附剂投加量和不同共存离子对黄钾铁矾吸附Mo(Ⅵ)行为的影响,并结合黄钾铁矾吸附Mo(Ⅵ)前后FT-IR官能团变化结果,揭示黄钾铁矾对Mo(Ⅵ)的吸附动力学特征和吸附机理。结果表明:黄钾铁矾对Mo(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,吸附速率受化学过程主导且为单分子层吸附;随着pH的上升,黄钾铁矾去质子化能力增强,对Mo(Ⅵ)的吸附量减小;吸附剂投加量在0.8 g/L时达到吸附饱和,继续增加黄钾铁矾投加量并不能增加Mo(Ⅵ)的去除率;共存阴离子的加入会与Mo(Ⅵ)竞争矿物表面的吸附位点,对吸附起抑制作用;黄钾铁矾对Mo(Ⅵ)的吸附过程中—OH起了关键作用,吸附机制主要为静电吸附和外圈络合吸附的协同作用。

滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中还原性无机硫和活性铁的 耦合特性及环境意义

滨海酸性硫酸盐土成土母质中富含还原性硫化物(reducing inorganic sulfur,RIS)和活性铁等生源要素,耦合制约着铁、硫以及重金属元素的环境地球化学行为。为了揭示滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中RIS和活性铁的耦合机制及环境意义,文章通过在钦江河口滨海酸性硫酸盐土壤湿地采集深约40cm的沉积柱状样,在垂向上对酸性可挥发硫(acid volatile sulfide,AVS)、黄铁矿硫(chromium reducible sulfur,CRS)、元素硫(elemental sulfur,ES)和活性铁[Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)]的含量和分布规律进行了厘定,并结合沉积物的理化性质进行探讨分析。结果表明:钦江河口酸性硫酸土中的活性铁中以Fe(Ⅲ)为主,活性铁中的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)在环境容易发生相互转换,氧化还原电位(Eh)越低、有机质(organic matter,OM)含量越高越利于Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ);还原性无机硫以CRS为主,其次为AVS以及少量ES,成岩过程中还原性无机硫会相互转化,其过程主要受到活性铁和OM控制,但研究区还原性无机硫形成的限制因素并非活性铁,而是OM的含量及活性;较高的OM和Fe(Ⅱ)易造成AVS富集,较高的Fe(Ⅲ)和Eh值利于ES生成,CRS除受OM和活性铁的控制,还受到AVS转化率的影响;研究区大部分样点的CRS/AVS比值较低,表明AVS不能有效的转化为CRS,硫化物活性与生物有效性较高。因此应尽量避免外源OM引入和人为活动扰动,以免造成还原性无机硫氧化释放出H+形成酸害,同时降低吸附或共沉淀在还原性无机硫上的重金属等污染物的浸出,以减少环境破坏。

多混合单元法用于评价注气混相机理

为了准确地评价注气混相机理,通过寻找所用关键系线,以关键系线长度为零确定最小混相压力(MMP)的标准,建立一种简单、快速确定MMP的多混合单元(MMC)法。在此基础上,用历史图和剖面图可观察到细管中油气多次接触的混相过程,阐明油气相间组分、密度、含油饱和度等变化规律,揭示油气混相机理的形成过程。研究结果表明:最小关键系线长度控制油气混相过程,交叉系线为蒸发/凝析并存的混相机理,初始油系线为蒸发混相机理;随着压力的增加,临界距离d_(c)的最小值越小,油气混相的过渡区越窄,越趋于混相;改进的MMC法可以简单、快速地确定混相机理,并观察到细管中油气多次接触的动态混相过程。

阳离子淀粉与硒化淀粉混合对淀粉基仿生谷胱甘肽过氧化物酶催化活性的影响

为了提升淀粉基仿生谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)的催化活力,采用木薯淀粉(CS)制备的硒化淀粉(SCS)和阳离子淀粉(CCS)进行混合,获得含催化中心和底物识别位点的目标淀粉(SCS/CCS)。首先,采用辛烯基琥珀酸酐、硒氢化钠和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵分别对CS进行改性制备SCS和CCS;通过核磁共振波谱仪(~1H NMR)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、同步热分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对改性后的样品进行表征;最后以氮和硒物质的量比为变量,考察SCS与CCS的混合对GPx催化活力的影响。结果表明,与CS相比,硒含量为11.35μg/g的SCS的~1H NMR图谱在化学位移0.6~2.5之间出现了辛烯基琥珀酸酯分子链上质子的信号峰;SCS的FT-IR谱图与CS FT-IR谱图相似,但羟基(3300 cm)和结合水(1639 cm)特征峰的强度降低,表明SCS的合成过程消耗了CS骨架上的羟基,并提高了CS的疏水性;CCS的~1H NMR图谱上3.22 ppm处出现季铵基的特征峰,同时,CCS的FT-IR谱图在1483 cm处出现了归因于季铵基C-N拉伸振动的特征峰,表明阳离子基团季铵基已成功修饰于CCS骨架上;与CS相比,SCS和CCS的颗粒形状无明显变化,但颗粒表面粗糙,表明改性反应主要发生在淀粉颗粒的表面;CS、SCS和CCS的XRD花样和失重曲线无明显差别,说明反应未显著影响淀粉的结晶结构和热稳定性。当SCS/CCS中氮和硒物质的量比为1200时,其在4-硝基苯硫酚+枯烯过氧化氢(NBT+CUOOH)、 3-羧基-4硝基苯硫酚+氧化氢(TNB+HO)、NBT+CUOOH和NBT+HO反应体系中的GPx催化活力分别为13.94、11.25、12.91、10.87μmol/min,比SCS分别提高了22.1%、25.8%、17.5%、19.6%。本研究为构建高催化活性的淀粉基仿生GPx提供了简单方法。

多级孔beta沸石催化合成聚甲氧基二甲醚

将碱处理改性的beta沸石用于甲缩醛和三聚甲醛合成聚甲氧基二甲醚。结果表明碱刻蚀沸石可形成多级孔道结构且并未改变原有的沸石晶型,随着碱浓度的增加沸石结晶度有先增大后减少,外表面积不断增大,中孔孔容呈火山型曲线趋势。与未改性沸石相比,经0.3 mol/L NaOH处理后的样品,目的产物收率最高可达61.35%,改性后beta沸石达到化学平衡所用反应时间缩短了近1倍。

醇试剂下NMV杂多酸的快速合成及其电化学性能综合实验教学设计

为了达成工程教育专业认证对学生实践能力的培养要求,在能源化工专业实验中设计了“NMV杂多酸的快速合成及其电化学性能”综合实验。实验内容包括NMV杂多酸的快速合成、结构表征及电化学性能测试等内容。要求学生通过文献查阅了解NMV的合成方法和条件,设计NMV的合成方案,掌握电子显微镜、扫描电镜、X射线衍射、单晶X射线衍射、X光电子能谱、热重等表征方法及NMV的电化学性能测试方法,分析总结实验数据。此外,建立了兼顾过程和结果的考核体系,通过实验方案设计、实验过程操作与实验报告撰写等环节全面考查学生的综合实践能力。该实验教学设计体现了学生的主体地位,提高了学生的动手能力、思考能力和实践能力,也培养了学生的创新思维。

超声辅助提取牛大力中总生物碱的工艺及抗氧化活性研究

选取药食两用植物牛大力,超声辅助提取,探究其总生物碱的工艺,并分析总生物碱的抗氧化活性。以总生物碱提取率为指标,通过单因素和正交试验确定最佳工艺条件为:料液比1 g:100 mL,提取液pH值为1,超声功率300 W,超声时间20 min。在此条件下,总生物碱提取率为2.894 mg/g;所提取得到的总生物碱对DPPH·、·OH、ABTS^(+)·3种自由基均有较强的清除能力,IC_(50)分别为63.89、39.75、94.48μg/mL,且总生物碱对三价铁的还原能力与浓度成正相关,结果表明总生物碱提取物具有良好的抗氧化活性。该研究结果将为牛大力中总生物碱进一步在食品中作为潜在的天然抗氧化剂提供理论依据。