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。     

水热法制备纳米SnO2电极材料及其储锂性能

以SnCl₂·2H₂O、聚乙二醇400(PEG400)和Na₃C₆H₅O₇·2H₂O为主要原料,采用简单的水热法制备了SnO₂负极材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征其组成和微观形貌,并采用恒流充放电测试、循环伏安法(CV)对样品进行电化学性能测试.结果表明:添加PEG400可以有效改善SnO₂表面形貌,减少其团聚现象并且使其电化学性能明显提高.当添加量为10 mL时,合成的SnO₂具有良好的循环及倍率性能,首次放电比容量为2 774 mAh/g,循环50次后放电比容量为600 mAh/g,电化学性能较改性前的SnO₂有了明显改善.     

氧化石墨烯的还原和烷基化及其储能性能研究

石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的二维周期蜂窝状点阵结构,其特殊的单原子层结构使其表现出许多奇特的物理化学性质,在电子学、生物医学、储能、传感器等领域显示出广阔的应用前景.然而,由于石墨烯易团聚成石墨,使其不能均匀分散在水或常用的有机溶剂中,在很大程度上限制了它的实际应用.本研究首先利用金属锂和萘的四氢呋喃溶液还原氧化石墨烯,然后对其进行循环烷基化反应,获得了烷基功能化程度不同的石墨烯.该方法通过还原除去了氧化石墨烯中大多数的含氧官能团,很大程度上恢复了石墨烯的导电性(1 361S/m),并且,由于在石墨烯表面引入烷基链,改善了石墨烯的分散性,为石墨烯的进一步加工和应用提供新的思路.通过电化学充放电测试等手段研究了制备的石墨烯材料用作锂离子电池负极活性物质的电化学性能.     

MnO/石墨烯复合材料的制备及其作为锂离子电池负极的研究

通过原位复合方法合成碳包覆MnO/石墨烯(C@MnO/GN)复合材料并探究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,MnO纳米颗粒(直径约为30~50nm)均匀分散在石墨烯片层上,且颗粒外面包裹一层厚度约为5nm的碳层.电化学测试结果表明该材料作为锂离子电池负极具有优异的倍率和循环性能.0.2和0.5A/g电流密度下,比容量分别为800和700mAh/g;10A/g电流密度下比容量仍能保持在372mAh/g;当电流密度调回0.5A/g时,其比容量仍能恢复到730mAh/g.该材料也表现出优异的循环性能,在5和10A/g电流密度下依次循环100圈,容量保持率几乎100%.     

硬炭微球的制备及其储锂性能研究

以二乙烯基苯(DVB)为交联剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模版剂,通过自组装,制备聚苯乙烯微球。经过氧化和高温炭化转换成硬炭微球。考察了硬炭微球作为锂离子负极材料的电化学性能。结果表明硬炭微球的首次放电比容量为505 mA·h/g,40次循环后保持在304 mA·h/g。     

三维炭/还原氧化石墨烯纳米片的制备及其电化学性能

采用水热合成法,将间苯二酚甲醛树脂涂覆在还原氧化石墨烯片层上,经冷冻干燥及炭化后构筑三维炭/还原氧化石墨烯纳米片。使用SEM、TEM、FTIR、XPS等对样品的形貌与结构进行表征,利用循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗法测试了样品的电化学性能。结果表明,间苯二酚甲醛树脂成功将还原氧化石墨烯片包覆,二者构筑的三维炭/还原氧化石墨烯复合纳米片厚度为25nm;当循环伏安测试扫描速率为20mV/s时,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料的比电容分别为还原氧化石墨烯与间苯二酚甲醛树脂炭电极材料相应值的1.8和2.8倍;在0.2A/g的充电电流密度下,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料比电容为154.4F/g。     

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%.     

Si/C复合纳米纤维负极材料的制备及其性能表征

以聚丙烯晴（PAN）作为高分子聚合物配体和碳源, 并添加少量纳米硅粉, 利用静电纺丝方法制备Si/C复合负极材料. 用热重分析（TG）研究前驱体的分解过程, 用X射线衍射（XRD）、 Raman光谱和扫描电子显微镜（SEM）研究Si/C复合材料的晶体结构和微观形貌. 结果表明: Si/C复合材料具有纳米纤维结构, 纤维直径约
为350 nm, 呈交错的网状分布; PAN高温分解产物多为无定形碳; 材料在0.1,0.2,0.5,1.0,2.0 C下的放电容量分别为735.6,712.1,685.4,492.3,367.9 mA·h/g, 其倍率性能较好.     

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.     

阳离子调制赤铁矿层级结构的可控制备及其储锂性能研究

采用一步水热法,通过控制反应物中的阳离子（Na＋）浓度,制备出了多种赤铁矿（α-Fe2O3）层级结构。通过X一射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM）、电化学测试等手段对产物的相组成、形貌结构和锂电性能进行了表征,并对其生长机理进行了探讨。研究表明：当反应物浓度较低（c（FeCl3）=0．4mol·L^-1,C（NaCl）=0．2mol·L^-1）时,不同反应时间下的产物均为纯相α-Fe2O3,并且呈现出笼状层级结构;而当反应物的浓度较高（c（FeCl3）=0．8mol·L^-1,c（NaCl）=0．4mol·L^-1）时,随反应时间的延长,产物由花状结构的FeOOH和α-Fe2O3的混合物逐渐演进为鱼卵状α-Fe2O3产物。进一步研究发现：反应体系中阳离子的浓度改变对产物的形貌结构以及相组成产生了较大的影响。此外,电化学测试研究表明：两种反应物浓度下的笼状和鱼卵状α-Fe2O3产物均具有优良的储锂性能,可用作锂离子电池的电极材料。     

g-C_3N_4/RGO/AgI复合光催化剂的制备及性能研究

采用热聚合法制备石墨相氮化碳(g-C_3N_4),超声法制备还原氧化石墨烯/石墨相氮化碳(RGO/g-C_3N_4)二元复合光催化剂,再利用共沉淀法在二元复合光催化剂RGO/g-C_3N_4表面负载AgI,制得g-C_3N_4/RGO/AgI复合光催化剂。运用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis和FTIR等手段对材料进行表征,以罗丹明B(Rh B)作为目标物,用g-C_3N_4/RGO/AgI进行光催化降解实验。结果表明:光照210min后,g-C_3N_4/RGO/AgI光催化剂对Rh B的降解率为96. 52%。相同条件下,RGO/g-C_3N_4和gC_3N_4/AgI对RhB的降解率分别为58. 28%和73. 80%。g-C_3N_4/RGO/AgI复合光催化剂具有优异的光催化性能。     

含铬石墨／铜基复合材料的制备及性能

采用化学反应方法使平均粒径２－３μｍ的铬质点在天然鳞片石墨表面原位生成,由粉末冶金制备的含有这种铬质点的石墨／铜基复合材料的电阻率为９．５μΩ．ｃｍ,且磨损率极低。     

石墨烯负载ZnS光催化材料的制备及其性能

采用水热法在不加与添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的条件下分别制备了硫化锌／石墨烯（ZnS／RGO）和ZnS／RGO—PVP复合材料。通过X射线衍射、Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜等手段对样品的组成与形貌进行了分析表征。以亚甲基蓝为目标降解物在紫外光下研究了各样品的光催化活性。结果表明：ZnS复合RGO后明显提高了ZnS的光催化性能;加入PVP后提高了ZnS在RGO表面的附着量并抑制了ZnS颗粒的团聚,进一步提高了ZnS／RGO的光催化性能。     

RGO/NiCo_2O_4复合电极材料制备及电化学性能研究

采用层-层自组装法制备了前驱体RGO/Ni-Co@Ni-foam(泡沫镍负载石墨烯/镍-钴金属化合物),并在高温下煅烧得到RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合电极材料。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及能谱仪对多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料进行结构表征,并通过循环伏安、恒流充放电等测试方法考察了其作为电极材料的电化学性能。结果表明,制备的多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合电极材料的比电容在电流密度为0.5A/g时可达到444F/g,并且在经过1 000次循环实验后,比电容仍有342F/g。这表明多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料在超级电容器领域具有广阔的应用前景。     

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.     

Au-Ag共掺杂TiO_2纳米片的制备及其光催化性能

为探索Au-Ag共掺杂TiO2纳米片的光催化活性,采用光化学还原法成功地制备了Au-Ag/TiO2纳米光催化材料,并且通过XRD、DRS、TEM手段对制得的催化剂进行了表征.同时以X3B染料为降解对象,紫外灯为光源,比较了催化剂的光催化性能.研究发现Au-Ag/TiO2(HSA)催化效果好于Au-Ag/TiO2(P25)和TiO2(HSA).对比负载量(质量分数Au/Ag/TiO2)分别为1∶1∶100和2∶2∶100二者催化活性的大小,结果表明:负载量为1∶1∶100的光催化活性较好,且其可重复利用性远优于负载量为2∶2∶100的催化剂.     

羟基磷灰石／二氧化钛生物复合涂层的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶工艺在经过微弧氧化预处理的钛基体表面制备HA/TiO2生物复合涂层,观察了涂层的表面及截面微观形貌,测定涂层的表面成分和涂基结合力,并且进行了体外溶解性实验.结果表明:涂层表面涂覆均匀,无明显裂纹;涂层截面层次清晰,涂基结合力较高,可以达到40N左右;涂层在模拟体液中有较好抗体液溶解性和生物相容性,可以提高材料的植入寿命,是一种理想的生物涂层材料.     

Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的制备及其力学性能

以Al和B2O3为原料,采用高频感应加热方法制备出纯的Al2O3/AlB12/Al复合陶瓷粉体,然后在N2保护下1600℃热压烧结2h制备出Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷。采用XRD和SEM技术分别表征了Al2O3/AlB12/Al复合陶瓷粉的相和形貌以及Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的相和断口形貌。采用三点弯曲法和压痕法分别测试了Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性。研究结果表明：由于室温下Al-B2O3体系的绝热温度大于1800K,因此可以采用高频感应加热方法点燃Al-B2O3体系,并制备出纯的Al2O3/AlB12/Al复合陶瓷粉体;Al2O3相和AlB12相是分别通过液-液反应机制和液-固反应机制生成;Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为549.48MPa和5.96MPa·m1/2,分别比纯Al2O3陶瓷的350MPa和4MPa·m1/2高56.99%和49%,这可能是原位反应生成的细小AlN颗粒增强增韧了Al2O3基陶瓷。     

LiAlH4/LiNH2复合材料的储氢特性及其机理研究

为改善金属配位氢化物及金属氮氢化物的储氢性能,采用球磨法制备了LiAlH4/LiNH2复合材料,并运用差示扫描量热法和热重等测试方法对球磨样品的储氢性能进行了表征.实验结果表明,LiAlH4/LiNH2复合材料在球磨过程中体系的放氢量(质量分数)达2.6%以上,加热至400℃时体系的总放氢量达到7%.对LiAlH4/LiNH2复合体系的反应机理进行了初步探讨,认为LiAlH4/LiNH2摩尔比对体系放氢性能和反应机理有较大影响.同时还研究了过渡金属Ti对反应体系的催化作用,结果表明催化剂Ti的添加量(摩尔分数)在3%至5%的范围内对体系性能改善作用较好.