金属有机骨架衍生双金属氧化物的锂离性能

通过一步微波法设计合成了含有Co和Zn的双金属有机骨架结构,并在氧气氛围下500℃煅烧衍生获得由纳米粒子组装的Co-Zn-O双金属氧化物微米棒材料.衍生材料延承了双金属有机骨架前驱体的微米棒形貌和多孔特性,具有两种不同的金属组分之间的协同储锂作用.Co-Zn-O双金属氧化物作为锂离子电池负极材料时展现了较高的比容量与循...     

共价有机骨架/碳纳米管复合材料中锂离子吸附与传输特性的分子模拟

利用分子模拟方法对共价有机骨架(covalent organic framework,COF)/碳纳米管(carbon nanotube,CNT)复合材料COF@CNT中锂离子(Li⁺)的吸附与传输特性开展研究,明确了Li⁺的吸附位点与吸附顺序,得到了相应的吸附能,并观察COF@CNT的表观形貌变化.当达到饱和吸附状态时,COF@CNT的体积变化率仅为0.25,平均电压保持在2.00 V以上,而理论容量则高达1 402.47 mAh/g.此外,Li⁺在COF@CNT内部的电导率大于其在单纯CNT中电导率的实测值.模拟结果可为此类体系的实际应用提供理论基础.     

共价有机骨架/碳纳米管复合材料中锂离子吸附与传输特性的分子模拟

利用分子模拟方法对共价有机骨架 (covalent organic framework, COF)/碳纳米管(carbon nanotube, CNT) 复合材料 COF@CNT 中锂离子 (Li$^{+})$ 的吸附与传输特性开展研究, 明确了 Li$^{+}$ 的吸附位点与吸附顺序, 得到了相应的吸附能, 并观察 COF@CNT 的表观形貌变化. 当达到饱和吸附状态时, COF@CNT 的体积变化率仅为 0.25, 平均电压保持在 2.00 V 以上, 而理论容量则高达 1 402.47 mAh/g. 此外, Li$^{+}$ 在 COF@CNT 内部的电导率大于其在单纯 CNT 中电导率的实测值. 模拟结果可为此类体系的实际应用提供理论基础.     

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(metal-organic-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CoS2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.     

共价有机多孔稀土杂化材料的制备与性能

以结构规整、密度低、热稳定性良好的共价有机多孔骨架（COF-SDU1）为基质,根据配位化学原理,将稀土β-二酮类铕配合物Eu（TTA）₃-Phen引入到该多孔基质中,得到稀土杂化材料（Eu（TTA）₃Phen-@COF-SDU1）。对合成材料的结构进行傅里叶变换红外光谱（FT-IR）,紫外-可见光谱（UV-Vis）和N₂吸附-脱附（BET）分析,结果表明,稀土杂化材料具有与COF-SDU1基质类似的IV型吸附-脱附特征曲线。热重分析表明,COF-SDU1作为良好的基质,能够显著改善稀土配合物的热稳定性。荧光性能分析表明,COF-SDU1基质不影响稀土与配体之间的能量传递。稀土杂化材料的荧光寿命相比于稀土配合物有明显提高。     

硅/碳复合材料的高温热解法制备及其电化学性能

采用高温热解方法成功地合成了高容量硅/碳复合负极材料.通过X射线衍射分析、热重分析、扫描电子显微镜观察、透射电子显微镜观察、恒电流充放电测试、循环伏安法等手段研究了复合材料的性能.结果表明：硅/碳复合材料由Si、C以及少量SiO2组成;硅/碳复合材料中碳的质量分数约在39%左右;经电化学性能测试,在电流0.2 mA下,该硅/碳复合材料首次充电容量768 mAh·g-1,首次库仑效率75.6%,70次循环后可逆比容量仍为529 mAh·g-1,平均容量衰减率为0.44%.这些性能改善归因于硅/碳复合材料中碳的引进,硅表面存在的碳涂层提供了一个快速锂运输通道,降低了电池的阻抗并且充放电过程中稳定了电极的组成.     

KOH辅助水相合成双金属有机骨架及其衍生的硒化物复合材料用于高效储锂研究

金属有机框架（MOFs）是一类很有前景的多孔材料,其水稳定性和绿色环保的合成是当今工业界及学术界研究的两个重要课题。大部分MOFs材料通过溶剂热法制备,制备过程中使用的有机溶剂（如DMF）会限制其商业生产规模。因此,如果能够使用水作为溶剂宏量制备MOFs材料具有十分重要的研究意义。本文旨在开发具有结构优势和高存储容量的双金属硒化物作为锂离子电池的负极材料,利用KOH辅助的水性策略宏量合成双金属有机框架材料,并衍生制备多种双金属硒化物氮/碳（NC）复合材料,采用扫描、透射电镜观察、电化学测试等研究。其中,以Fe–Co–Se/NC为例,作为锂离子电池负极材料时,Fe–Co–Se/NC在1.0 A·g?1时实现了1165.9 mAh·g?1的优异初始比容量,经过550次循环后Fe–Co–Se/NC负极的可逆容量为1247.4 mAh·g?1。这些优异的性能与其介孔三维（3D）多面体结构有关,其稳定的三维结构保证了结构稳定性和电解质的润湿性,均匀分布的Fe–Co–Se纳米颗粒尺寸加速了电化学反应动力学并极大地抑制了体积膨胀。由此总结并提出,KOH辅助水相合成双金属MOFs的策略具有普适性,并且衍生制得的双金属硒化物氮/碳复合材料保留了双金属MOFs的三维多孔多面体结构,可将该技术扩展到其他MOFs的合成及储能与转换领域的应用。     

螺旋形碳纤维的制备及其储锂性能

用镍片和PCl3分别作为催化剂和助催化剂,通过催化裂解乙炔制备出形貌规整的螺旋形碳纤维。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对螺旋形碳纤维的组成和结构进行分析。通过恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等手段表征螺旋形碳纤维的电化学性能并对其储锂机理进行分析。结果表明,在50mA/g电流密度下,首次放电容量为513mAh/g,充电容量300mAh/g,经30个循环后可逆容量增至314mAh/g。对比分析螺旋形碳纤维与天然石墨的循环伏安曲线和充放电曲线,发现二者的储锂方式明显不同,天然石墨的主要储锂区间在低电位进行,而螺旋形碳纤维的储锂电压区间较宽。这与螺旋形碳纤维中存在着较多微孔和缺陷有关,这种结构有利于锂离子在材料中的快速存储,因此螺旋形碳纤维具有较高的大电流循环性能。     

共轭微孔聚合物管状硬炭的氮掺杂与储锂性能

通过选择不同单体合成了共轭微孔聚合物(CMP)和含氮共轭微孔聚合物(NCMP),并分别将其高温热解制备管状硬炭(THC)和氮掺杂管状硬炭(NTHC).通过SEM、TEM和BET对两种管状材料的形貌结构进行了表征,THC和NTHC材料具有相似的形貌和比表面积.进一步采用恒电流充放电法对THC和NTHC进行电化学性能分析,并与普通碳纳米管(CNT)的电化学性能相比较.结果表明,NTHC储锂性能最好,在0.1 A/g时,NTHC的可逆储锂容量高达541.2 mAh/g,在0.6 A/g电流密度下,其比容量在经过500次循环后仍高达458 mAh/g.     

硅/Ag/碳复合负极材料的制备、结构及其电化学性能研究

研究了银包覆和银-碳复合包覆对硅的结构和电化学性能的影响。采用XRD和TEM等手段分析了样品的结构和形貌,并采用恒电流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗法研究了改性处理前后硅负极的电化学性能。结果表明,硅/Ag/碳复合负极材料中,Ag纳米微粒以晶体的形式分布在硅颗粒的表面,一层无定形沥青炭包覆在硅/Ag复合颗粒的表面,这有利于提高硅颗粒的结构稳定性。电化学测试表明,与硅相比,硅/Ag/炭复合负极材料的电化学阻抗减小,电化学极化减弱,电化学反应的可逆性和循环寿命显著提高,第40次循环的比容量保持在390 m Ah g-1。     

氮掺杂多孔MOF衍生碳电极的构筑及其电化学性能

通过两步法成功将氮掺杂石墨烯量子点(N-doped graphene quantum dots,N-GQDs)与金属有机骨架衍生碳材料(cZIF-8)组合制备出N-GQDs@cZIF-8超级电容器.1 mol/L H_2SO_4电解质中,该电极在0.5 A·g~(-1)电流密度下具有246.6 F·g~(-1)的比容量,在循环8000次时仍然保持83.7%的容量保留率,展现了优异的循环稳定性.同时, NGQDs@cZIF-8超级电容器在104.5 W·kg~(-1)的功率密度下获得了8.2 W·h·kg~(-1)的优异能量存储能力,这样显著的电化学性能主要因其具有高比表面积的三维结构和高赝电容活性的氮掺杂水平(10.13%),使其在超级电容器、锂离子电池等能量存储领域具有潜在的应用前景.     

氮掺杂碳包覆的蛋黄壳结构硅负极材料

采用间苯二酚-甲醛为碳源,三聚氰胺为氮源,以NaOH为蚀刻剂,成功合成氮掺杂碳包覆的蛋黄壳结构硅(Si@void@N-C)锂离子电池复合负极材料.对样品进行XRD、 SEM和X射线电子能谱,透射电子显微镜(TEM)和电化学测试等表征及测试.结果表明,成功合成了蛋黄壳结构的Si@void@N-C复合负极材料.同时,该复合材料具有优异的电化学性能,以0.1 A/g的电流密度进行充放电,首次容量可达1 282.3 mAh/g,经过100次循环后,其比容量仍高达994.2 mAh/g,其容量保持率为77.5%,表现出了良好的循环性能.Si@void@N-C材料中,氮掺杂的碳壳可以增加复合材料的导电性,同时,蛋黄壳结构可有效缓解硅的体积效应,有利于形成稳定的SEI膜,从而提高电池的循环稳定性.     

氧化亚硅/石墨/碳复合材料的制备及其电化学性能

采用高能球磨法和高温焙烧法,以氧化亚硅、石墨和葡萄糖为原料,制备了氧化亚硅/石墨/碳(SiO/G/C)复合材料,研究了其最佳制备条件和电化学性能.结果显示,在氩气中700℃下焙烧2h后所制得的SiO/G/C负极材料在质量比为SiO∶G∶C=34∶51∶15时具有最佳的电化学性能.该复合材料首次放电容量为803.5mAh/g,50周时放电容量仍保持在592mAh/g.XRD结果表明,该复合材料主要组成为SiO、石墨和无定形碳.石墨和无定形碳的添加对SiO的电化学性能有显著改善作用.     

碳锡复合材料在锂离子电池负极中的应用

碳材料是目前广泛采用的负极材料,但是低电化学容量一直制约着锂离子电池的发展。锡基材料由于高电化学容量,是一种有巨大发展潜力的锂离子电池负极材料,但仍存在充放电过程中循环寿命差、材料体积变化大、易粉化等问题。因此,需要寻找一种可以结合两种材料优势的方法。简要介绍了碳基、锡基材料的发展现状及存在的问题,并简述了碳锡复合材料的研发方向及前景。     

MoS2/C/MXene复合材料的制备及储锂性能研究

通过简单的水热结合退火的方式合成了MoS₂/C/MXene复合材料,其中MoS₂为1T晶型。MoS₂/C纳米片均匀地生长在MXene薄片上,呈现出独特的多孔异质结构,这种结构不仅有效抑制了MXene薄片的重新堆积,还缓解了MoS₂充放电过程中的体积膨胀。无序碳的引入提高了复合材料的导电性,并使MoS₂的晶型从2H转变为1T。将MoS₂/C/MXene复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优秀的循环性能。在1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后拥有574.2 mA·h·g^-1的比容量。这项研究为制备具有良好电化学性能的锂离子电池负极材料提供了一种设计策略。     

生物炭负载金属硒化物复合材料的储锂性能

通过高温对膨化大米进行炭化处理得到米炭(Puffed Rice Carbon, PRC),以米炭(作为生物炭)和商业Sn、Se粉为原材料,采用高能球磨法在氩气保护气氛中球磨48 h,制备了SnSe/PRC锂离子电池负极材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜(含能谱分析)、恒流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗谱等技术对材料进行结构、形貌表征和电化学性能测试.结果表明:在高能机械力作用下,米炭与Sn、Se相互挤压形成合金/碳复合镶嵌结构,提升了体系的导电性能,缓冲了材料的体积膨胀效应,改善了纯合金相的结构稳定性.在电流密度500 mA/g、电压范围0.01~3.00 V条件下进行充放电循环,SnSe/PRC的首次放电比容量较高(704.00 mAh/g),经50次充放电循环后比容量稳定保持在608.90 mAh/g.该材料还具有良好的倍率性能,在较大电流密度下容量仍保持稳定,当恢复至初始电流密度时,容量能恢复到原有水平.利用环境友好且易制得的生物炭材料能有效地改善了SnSe的储锂性能,对金属硒化物在锂离子电池方面的应用有很好的参考价值.     

金属Ni和NiO纳米颗粒复合结构的制备与储锂性能

以C4H₆O₄Ni·4H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O为原料,分别在空气气氛下低温热解制备了金属Ni和NiO纳米颗粒复合结构(Ni@NiO)和NiO.利用XRD,SEM,循环伏安法和恒电流充放电法表征了两种样品的微观结构与电化学性能.结果表明,两种材料都含有晶体NiO.Ni@NiO是由粒径20~110 nm的球形颗粒堆积而成,而NiO是由不规则微米颗粒构成.Ni@NiO储锂性能更好,当电压为0~3 V、电流为0.1 A/g时,Ni@NiO的首次充电比容量高达827.7 mAh/g,首次库伦效率为77.1%.