煤沥青基类石墨烯碳/Fe_3O_4复合物的制备及其锂电性能研究

采用具有低软化点的煤沥青作为碳源,原位包覆Fe_3O_4纳米粒子制备Fe_3O_4/煤沥青基碳复合材料(简称Fe_3O_4/C),并研究复合物作为锂离子电池电极材料的性能.结果表明,所得煤沥青碳呈类石墨烯状包裹在Fe_3O_4纳米粒子周围,包覆前后所得产物的尺寸变化不大,约为200~400nm.XPS和热重分析证明复合物中存在C、O和Fe元素且Fe_3O_4含量为92.4%.采用交流阻抗、倍率性能和循环稳定性等对复合物进行电化学性能测试,所得的产品Fe_3O_4/C-700的电阻值为26.80Ω,比纯品Fe_3O_4的电阻值(126.04Ω)明显降低,说明煤沥青基碳具有提升Fe_3O_4导电性的功能.在0.1A·g~(-1)的电流密度下,Fe_3O_4/C-700复合物的放电比容量达993mA·h·g~(-1),比单纯Fe_3O_4的放电比容量(821mA·h·g~(-1))增加约21%;在0.4A·g~(-1)的电流密度下循环100次效率保留值为80.48%,表现较好的循环稳定性.所得煤沥青基类石墨烯碳原位包覆Fe_3O_4纳米粒子,有效抑制了后者在锂离子充放电过程中体积膨胀引起的聚集,同时增强了Fe_3O_4纳米粒子的导电性,使其表现出令人满意的电化学性能.     

废旧棉纤维构造的石墨化碳/Fe3C复合材料及其储锂性能研究

采用催化石墨化法将废旧棉纤维直接制备成棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料,并将该材料组装成锂离子电池,进行电化学性能表征.结果表明:在煅烧温度为700℃、保温时间2 h、硝酸铁浓度为1 mol/L的条件下,可以制备出棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料.通过SEM、XRD、Raman对样品进行表征,该材料由微米级的棉短纤维基石墨化碳负载纳米Fe_3C构成.在电流密度为0.1 A·g~(-1)条件下,循环100次后,比容量保持在279 mAh·g~(-1),循环寿命稳定.在2 A·g~(-1)条件下进行充放电测试,容量可达134 mAh·g~(-1).与直接碳化的棉纤维基碳材料相比,棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料表现出更优越的电池比容量和倍率性能.该工作将废旧棉织物通过铁离子直接催化石墨化作用,成功地构造棉纤维基石墨化碳/Fe_3C复合材料.制备过程无水洗和酸洗后处理步骤,大大简化工艺流程,为纺织废弃资源转化为锂离子电池材料提供新思路.     

冷冻干燥石墨烯包覆硫/多孔碳复合正极材料的制备与电化学性能测试

为了缓解锂硫电池在充放电过程中的活性成分流失以及过充电问题,本文采用冷冻干燥与后续热处理方法制备得到还原氧化石墨烯包覆的硫/碳复合材料(S@C/FD-rGO),并将其作为锂硫电池正极材料.电化学性能测试结果表明,还原氧化石墨烯的包覆有效抑制了多硫化物的溶解,所制备的S@C/FD-rGO复合材料的首次可逆容量为965.8mAh·g~(-1),循环100圈后可逆容量为488.3mAh·g~(-1),容量保持率为50.6%,相较于未包覆石墨烯的硫/碳复合材料,电化学性能得到显著提高.     

石墨烯-四氧化三铁微球复合材料的制备及锂离子电池负极性能

采用水热合成法制备了Fe_3O_4微球,并基于静电引力自组装机制,合成了石墨烯-Fe_3O_4微球复合材料(GEFe_3O_4).Fe_3O_4微球在石墨烯表面均匀分布,且实现了石墨烯对Fe_3O_4微球的部分包覆.电化学测试结果表明,在92.6m A/g电流密度下,Fe_3O_4微球的首次放电容量为938.3 m Ah/g,经30次循环,其放电容量衰减为192.5 m Ah/g;GE-Fe_3O_4的首次放电容量为840 m Ah/g,第30次循环的放电容量达803.5 m Ah/g;电流密度升至463 m A/g,经50次循环,GE-Fe_3O_4的放电容量仍有306.6 m Ah/g.与单纯Fe_3O_4微球相比,GE-Fe_3O_4复合材料的锂离子电池负极性能获得显著改善.     

三维SnO2/C/rGO复合纤维膜电极制备及储锂性能

三维(3D)纳米纤维复合膜电极结构设计,避免了电极片制备过程中导电剂、黏结剂的添加,增强了电解液的浸润能力,对改善锂离子电池容量及倍率性能具有重要的价值和意义.采用同步静电纺丝和静电喷雾技术,结合氩气煅烧技术,制备了3D网络结构SnO_2/C/rGO复合纤维薄膜电极.这种由一维(1D)SnO_2/C纳米线组合二维(2D)石墨片构成3D纳米复合纤维薄膜电极,一方面通过碳纤维连续包覆SnO_2颗粒,有利于缓解SnO_2充放电过程中剧烈的体积变化,增强其稳定性;另一方面通过碳纤维与二维石墨烯复合构成3D网络结构,有利于改善纤维膜电极的导电性,进而提高其倍率性能.研究表明,制备的SnO_2/C/rGO复合纤维膜电极展示了其优良的放电容量、倍率性能及循环稳定性.于电流密度为0.4、0.8、1.6、2.4和4 A·g~(-1)时,10次循环后放电容量分别达到797、659、626、534和468 mAh·g~(-1),且当电流密度回落至0.4 A·g~(-1)时放电容量可恢复到709 mAh·g~(-1);4 A·g~(-1)充放电540次电极容量仍可达457 mAh·g~(-1),库伦效率接近100%.     

Effect of chemical activation process on adsorption of As(Ⅴ) ion from aqueous solution by mechano-thermally synthesized zinc ferrite nanopowder

Nanostructured Zn Fe_2O_4 was synthesized by the heat treatment of a mechanically activated mixture of Zn O/α-Fe_2O_3. X-ray diffraction(XRD) and differential thermal analysis(DTA) results demonstrated that, after 5 h of the mechanical activation of the mixture, Zn Fe_2O_4 was formed by heat treatment at 750°C for 2 h. To improve the characteristics of Zn Fe_2O_4 for adsorption applications, the chemical activation process was performed. The 2 h chemical activation with 1 mol·L~(-1) HNO_3 and co-precipitation of 52%-57% dissolved Zn Fe_2O_4 led to an increase in the saturated magnetization from 2.0 to 7.5 emu·g~(-1) and in the specific surface area from 5 to 198 m~2·g~(-1). In addition, the observed particle size reduction of chemically activated Zn Fe_2O_4 in field emission scanning electron microscopy(FESEM) micrographs was in agreement with the specific surface area increase. These improvements in Zn Fe_2O_4 characteristics considerably affected the adsorption performance of this adsorbent. Adsorption results revealed that mechano-thermally synthesized Zn Fe_2O_4 had the maximum arsenic adsorption of 38% with the adsorption capacity of 0.995 mg·g~(-1) in a 130 mg·L~(-1) solution of As(V) after 30 min of agitation. However, chemically activated Zn Fe_2O_4 showed the maximum arsenic adsorption of approximately 99% with the adsorption capacity of 21.460 mg·g~(-1) under the same conditions.These results showed that the weak adsorption performance of mechano-thermally synthesized Zn Fe_2O_4 was improved by the chemical activation process.     

WSe_2负载掺氮三维石墨烯的制备及储锂性能

近年来,过渡金属硫族化合物由于具有较高的理论比容量及特殊的层状结构,被认为有希望替代石墨作为下一代锂离子电池负极材料.作为典型的过渡金属硫族化合物,硒化钨(WSe_2)具有与石墨类似的二维层状结构,层间通过较弱的范德华力结合,方便锂离子嵌入和脱嵌.然而,在实际应用中,导电性差、循环过程中体积膨胀等问题制约了其进一步的发展.为了解决以上问题,本文经水热、退火等步骤,制备了将纳米棒状WSe_2锚定在掺氮三维石墨烯上的WSe_2@N-3DG复合材料.电化学测试表明,电流密度为2 A·g~(-1)时,复合材料循环500圈后放电比容量可以达到412 m Ah·g~(-1),在0.1,0.2,0.5,1和2 A·g~(-1)的电流密度下,WSe_2@N-3DG的放电比容量分别达到811,696,576,443和391 mAh·g~(-1),表现出优异的电化学性能.     

水热法制备凹凸棒黏土-Mn_3O_4及其电化学性能研究

将水热法制备的负载型凹凸棒黏土-Mn_3O_4(Att-Mn_3O_4)复合材料用做超级电容电极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试对材料的物相及形貌进行了表征.发现Mn_3O_4基本呈棒状结构,较好地分散负载在凹凸棒黏土表面.以该复合材料为活性物质制成电极,采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法考察其电化学性能,结果表明:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,0~1.0 V扫描电位范围内,其循环伏安曲线矩形特征明显;在0.5 A·g~(-1)电流密度下,电容器充放电性能的最佳电位范围为0~1.0 V,比电容和储能密度达到最大值分别为80.25 F·g~(-1)和250.80 W·kg~(-1),而纯Mn_3O_4电极材料的比电容为40.80 F·g~(-1).可见凹凸棒黏土的加入可以明显提高其电化学性能.恒电流充放电性能测试表明,该复合材料具有较好的电化学稳定性,有望成为一种新型的超级电容器电极材料.     

Fe_3O_4@mSiO_2核壳光催化剂设计及还原CO_2研究

以水热法制备的Fe_3O_4纳米颗粒,正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体合成了SiO_2包覆Fe_3O_4磁性复合材料.采用XRD、N_2吸脱附、VSM、SEM和TEM对所合成复合材料的物相结构、形貌和磁性等性能做测试分析.研究结果表明,所合成的材料呈球形,粒径分布均一,材料的比表面积为415.55m~2·g~(-1).同时探究了该材料对光催化还原CO_2的催化性能,甲烷转化率最高可达0.5mmol/g.     

金属锡复合二硫化钼(Sn/MoS2)的制备及电化学性能研究

以(NH_4)_6Mo_7O_(24)·4H_2O为钼源,以Sn_Cl_2·2H_2O为锡源,采用简单的溶剂热法经低温退火合成SnO_2-MoO_3前驱体;再进一步与硫氰化钾水热反应经低温煅烧即可得到Sn/MoS_2复合物.通过XRD,SEM等对合成材料的结构和形貌进行表征,采用恒流充、放电系统对合成材料的电化学性能进行了测试.结果表明:所合成的纯MoS_2纳米结构在作为锂离子电池负极材料时,具有较高的初始放电容量,但循环性能较差.所制得的Sn/MoS_2复合材料,大大改善了MoS_2的循环性能.当电流密度为100 m A·g~(-1)时,在0. 01 3. 0 V的电压窗口下循环70次后,Sn/MoS_2复合物的放电容量可以保持在725 m Ah·g~(-1),具有较高的可逆比容量和优良的循环性能,为研究高比容量和循环性能稳定的新型锂离子电池负极材料提供了实践依据.     

用于高性能锂硫电池隔膜的a-MEGO@g-C_3N_4复合材料（英文）

由于具有高能量密度和环境友好性,锂硫电池成为备受关注的下一代电化学储能系统,然而硫和硫化锂的低电导率和多硫化锂的穿梭效应严重影响锂硫电池的实际比容量和循环性能.本研究制备出了具有高氮含量(原子数分数20.08%)和高比表面积(1000m~2·g~(-1))的a-MEGO@g-C_3N_4复合材料,并将其用作隔膜修饰层.在0.1C(1C=1675mA·g~(-1))的充放电速度下,采用修饰隔膜的电池首次放电容量达1244mAh·g~(-1);在0.5C下循环800次,衰减率为0.062%,两项指标明显优于对比电池.实验研究发现,a-MEGO@g-C_3N_4隔膜修饰后电池性能的提高来源于两方面:(1)高比表面积的a-MEGO@g-C_3N_4通过物理吸附固定多硫化物;(2)g-C_3N_4与多硫化锂通过形成C-S键与Li-N键抑制穿梭效应,并对溶解的活性物质实现再利用.本研究为以g-C_3N_4为基础的高氮碳材料在锂硫电池中的应用提供了可能.     

Fe_3O_4/ZnO亚微米复合材料的制备与吸波性能

利用机械搅拌物理混合、热解法成功制备了Fe_3O_4/ZnO复合材料,将Fe_3O_4粒子与一定量的Zn(CH_3COO)_2·2H_2O在无水乙醇中充分混合,并将混合物在氩气氛围下进行500℃热处理使其Zn(Ac)_2·2H_2O分解,从而得到Fe_3O_4/ZnO复合材料。采用SEM、XRD、XPS对样品形貌、结构及表面进行分析,通过矢量网络分析仪研究了不同量的Zn(CH_3COO)_2·2H_2O对样品吸波性能的影响。结果表明,当Fe_3O_4与Zn(CH_3COO)_2·2H_2O的质量比为1∶2时,Fe_3O_4/ZnO复合材料的吸波性能远优于纯相Fe_3O_4。当频率为11 GHz,涂层厚度为3 mm时,最佳反射率达-14.4 dB。     

废旧钴酸锂材料的修复再生及其电化学性能研究

以废旧钴酸锂极片为原料,经过分离、除杂,通过补锂固相高温煅烧,合成得到LiCoO_2,实现对废旧钴酸锂修复再生.采用ICP、XRD、SEM等技术研究修复再生前、后LiCoO_2材料的成分、晶相结构、表面形貌,对修复再生后的LiCoO_2进行电化学性能测试.废旧LiCoO_2极片经过分离、除杂等步骤得到的废LiCoO_2,采用补锂,在1 000℃煅烧10 h后,材料0.1 C倍率下首周充电比容量达到163 mAh·g~(-1),放电比容量达到150 mAh·g~(-1).在0.5 C倍率下,循环100周后,其比容量仍维持在140 mAh·g~(-1),基本没有衰减.结果表明修复再生的LiCoO_2具有较高的比容量和优异的循环稳定性,该方法为回收处理废旧钴酸锂电池提出了一种高值化循环利用的方法.     

Filter Paper-Derived Three-Dimensional Carbon Fibers Film Supported Fe_3O_4 as a Superior Binder-Free Anode Material for High Performance Lithium-Ion Batteries

Highly uniform and tight adhering of Fe_3O_4 particles on carbon fiber film(Fe_3O_4/CFF) is achieved through a simple in-situ thermal oxidation method. Particularly, 3D CFF with interconnected structure can shorten transfer path and buffer the volume expansion during charge-discharge cycling. Herein, the obtained Fe_3O_4/CFF anode exhibits a stable cycling performance and excellent high rate capability. The cell delivers a reversible capacity of 1 711 m A·g~(–1) at a current density of 100 m A·g~(–1) after 100 cycles. Even at a high rate density of 2 A·g~(–1), the specific capacity also can maintain 1034 m A·g~(–1) after 100 cycles. The simplified fabrication is featured with low-cost and this binder-free perspective holds great potential in mass-production of high-performance metal oxide electrochemical devices.     

聚吡咯/Fe_3O_4球形纳米颗粒制备及其吸波性能

采用一锅法制备聚吡咯/Fe_3O_4(PPy/Fe_3O_4)复合材料,研究不同聚合度的PVA对球形PPy/Fe_3O_4复合材料微观形貌及其吸波性能的影响规律.用透射电镜(TEM),X射线衍射仪(XRD),傅立叶-红外光谱仪(FT-IR)和矢量网络分析仪(VNA)等分析测试手段对制备的复合材料进行微观结构表征和性能研究.结果表明:当PVA聚合度为1 750时,PPy/Fe_3O_4复合材料呈规整球状,Fe_3O_4纳米粒子均匀负载在PPy表面;复合材料在6.5GHz、3.5mm厚度处反射损耗为-36dB,频宽为1.8GHz.     

固相燃烧法合成LiNi_(0.10)Znx Mn_(1.90-x)O_4(x≤0.15)正极材料及其电化学性能研究

用固相燃烧法合成LiNi_(0.10)Znx Mn_(1.90-x)O_4(x≤0.15)正极材料. XRD与SEM表明,所有样品都属于LiMn_2O_4材料典型的尖晶石结构,无杂相生成,且均为分散性好、结晶性高的类球多面体,颗粒尺寸为100～200 nm.其中,LiNi_(0.10)Zn_(0.02)Mn_(1.88)O_4样品的粒径相对较小,为130 nm.电性能结果表明,LiNi_(0.10)Zn_(0.02)Mn_(1.88)O_4样品具有优异的循环稳定性和倍率性能,在1 C循环1 000次后可维持76.3%的容量保持率,在较高倍率5 C、10 C和20 C,分别释放出98.0,91.7 mA·h·g~(-1)和88.8 mA·h·g~(-1)的比容量,表现出最优的电化学性能.     

磁性MOFs复合材料(Fe3O4@HKUST-1)的制备及其对U(VI)的吸附研究

以Fe_3O_4磁性纳米粒子、Cu(NO3)2·3H2O和均苯三甲酸为主要原料合成了一种新型磁性MOFs复合材料-Fe_3O_4@HKUST-1,对其进行XPS、SEM、XRD以及FT-IR表征分析,结果显示该复合材料形貌结构是以Fe_3O_4磁性纳米粒子为核,HKUST-1将其包裹在内.以Fe_3O_4@HKUST-1作为吸附剂,研究不同环境条件下(pH、浓度和吸附时间)对铀的吸附影响.在pH为4的条件下,铀在Fe_3O_4@HKUST-1上有较高的吸附量.Fe_3O_4@HKUST-1对U(Ⅵ)的吸附符合二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型.研究结果表明,Fe_3O_4@HKUST-1对水中U(Ⅵ)有着良好的吸附能力,可作为一种高效的铀吸附材料.     

Sb_4O_5Cl_2/RGO/C复合材料的溶剂热制备及其储锂性能测试

以葡萄糖为氧化石墨烯(GO)的还原剂和碳源,采用溶剂热法制备得到了Sb4O5Cl2/RGO/C复合材料,并首次将其用于锂离子电池负极材料进行充放电性能测试.结果表明,Sb4O5Cl2/RGO/C复合材料具有较高的可逆比容量和良好的循环性能,首次可逆比容量达636mAh·g-1,60次循环之后可逆容量仍保持在334mAh·g-1.同时,分别在100,200,500和1 000mA·g-1电流密度下进行充放电性能测试,可逆比容量分别为349,282,232和180mAh·g-1,呈现出较好的倍率性能.     

新型材料Na_4MnV(PO_4)_3的电化学性质及其改性

用溶胶-凝胶法制备纯相Na_4MnV(PO_4)_3@C材料,对Na_4MnV(PO_4)_3@C进行石墨烯复合,通过降低材料中Mn含量抑制体系的Jahn-Teller效应,并利用恒流充放电方法测试材料的电化学性能.结果表明:Na_4MnV(PO_4)3@C作为钠离子正极材料,在2.5~4.0V下的比容量为105mA·h/g,平均电压为3.6V,30次循环后的容量保持率为63%;复合后的材料在30次循环后,容量保持率为71%;低锰材料Na_(3.5)Mn_(0.5)V_(1.5)(PO_4)_3@C在2.5~4.2V下的比容量为110mA·h/g,50次循环后的容量保持率为90%,材料的容量保持率得到大幅度提高.     

溶剂热制备纳米Fe_3O_4及其高效Fenton降解4-氯苯酚

以Fe(NO_3)3·9H_2O为铁源,乙二醇为溶剂和还原剂,采用溶剂热法制备了Fe_3O_4磁性纳米颗粒.利用XRD、FT-IR和TEM对其进行了物相和形貌的表征,以4-氯苯酚(4-CP)为目标污染物,评价了其活化H_2O_2的性能.结果表明:制备的Fe_3O_4纳米颗粒近似呈球形,平均粒径约15 nm,能够有效地活化H_2O_2产生·OH并高效降解4-CP.在25℃,Fe_3O_4用量0.3 g·L~(-1),H_2O_2浓度1.6 mmol·L~(-1),初始pH=5.7时,所建立Fe_3O_4-H_2O_2氧化体系能在15 min内完全降解去除0.4 mmol·L~(-1) 4-CP,较相同条件下超声辅助反相共沉淀法制备的Fe_3O_4效果更好.Fe_3O_4活化H_2O_2降解4-CP的机理主要是因为新的溶剂热法可导致Fe_3O_4磁性纳米颗粒表面的富羟基化和配位作用.