纳米结构水系NiCo/Fe电池材料的制备及电化学性能的研究

可充电的水系电池由于价格低廉、电极材料来源丰富和使用安全等优势而得到研究者们广泛关注.但是其在实用中还存在着能量密度和功率密度不足的问题.该研究以针状NiCo2O4纳米棒为水系电池正极材料,以Fe3O4纳米棒为负极材料组装成了一种NiCo/Fe电池储能器件.该储能器件表现出了优异的可充放电性能,在1.2 kW/kg功率密度下(1 A/g),其最高容量可达207.7 Wh/kg(173 mAh/g),在24 kW/kg(20 A/g)的高速率充放电速率下,其容量仍能保持70.8 Wh/kg(59 mAh/g).此外,得益于正负电极材料均为阵列结构并与基底结合牢固,该储能器件表现出优良的循环性能,即在电流密度为5 A/g下经过2 000次循环后容量仍保持近80%.     

Ce掺杂的NiCo2O4催化氧化甲苯性能研究

NiCo₂O₄是一种很前景的甲苯氧化催化剂。本文以Ce为杂原子,利用水热法制备Ce/NiCo₂O₄催化剂,以提高NiCo₂O₄尖晶石表面活性氧生成速率。采用氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、以及透射电子显微镜(TEM)等表征催化剂。通过改变铈掺杂量,得到最佳掺杂比例。甲苯降解实验表明,在甲苯浓度为2538ppm,空速为10000h^_-1,催化剂体积为0.5mL 时,一次水热法制备得到的15%Ce/NiCo₂O₄催化剂降解性能最优(T₉₉=267℃),在267℃下进行催化反应72h后催化剂性能无显著变化。机理研究发现,掺杂铈可提升催化剂中高价金属含量,同时催化剂良好的氧化还原性能可加快表面活性氧生成速率,从而催化性能得以提升。     

新型NjCo2O4电极析氧反应机理

在贱金属铁基上表面化学镀Ni Co P ,然后通过化学复合镀制得Ni Co P Al2 O3中间层 ,复合镀层用 5mol·L- 1NaOH溶液浸出 ,可制得新型Ni Co P微孔活性中间层 ,在中间层上再涂覆匹配性较好的NiCo2 O4表面活性层 ,该活性层是由一定Ni(NO3) 2 和Co(NO3) 2 的量配比通过高温热解而成 .为考察该电极在碱性溶液的析氧反应机理 ,通过恒电位阶跃实验I～t曲线求出了不同时间下的电量Q ,由Q对t1 / 2 作图得Q t1 / 2 曲线 .结果证明 ,Q t1 / 2 曲线为不通过坐标原点的直线 ,说明该析氧电极反应为典型的不可逆反应 .通过对析氧电极反应假想模型进行动力学推算及实验 ,初步确定了电极反应的速度控制步骤 .     

纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化、水热合成和化学气相沉积制备纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co和NiCo(OH)₂-P复合电极. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征电极材料的物相和形貌结构. 在1 mol·L^－1的KOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗谱(EIS)、循环伏安曲线(CV)等测试电极的电催化析氢性能. 结果表明:纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co、NiCo(OH)₂-P电极材料的析氢性能依次增加,化学气相沉积(CVD)磷化后的纳米多孔NiCo(OH)₂-P在10 mA·cm^－2电流密度下,其过电位为139 mV,Tafel斜率为123.57 mV·dec^－1,双电层电容为30.16 mF·cm^－2. 经过1 000圈循环伏安耐久性实验后,纳米多孔NiCo(OH)₂-P电极在10 mA·cm^－2电流密度下,析氢过电位仅相差7 mV,表现出良好的析氢稳定性.     

NiO nanosheet assembles for supercapacitor electrode materials

In this paper, large scale hierarchically assembled Ni O nanosheets have been favorably fabricated through a facile hydrothermal route. The as-prepared Ni O nanosheet assembles were characterized in detail by various analytical techniques. The results showed these nanosheets present the thickness of about 30 nm and the surface area is 116.9 m~2 g~(-1). These NiO nanosheet assembles were used as the working electrode materials in electrochemical tests, which demonstrated a specific capacitance value of 81.67 Fg ~(-1)at the current density of 0.5 Ag~(-1)and excellent long cycle-life stability with 78.5% of its discharge specific capacitance retention after 3000 cycles at the current density of 0.5 Ag~(-1), revealing the as-synthesized NiO nanosheet assembles might be a promising electrode material for supercapacitor applications.     

煤中脂肪族硫醚结构氧化过程机理

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下研究煤中脂肪族硫醚结构(C_6H_5CH_2SCH_3)吸附O_2分子及氧化反应过程的能量变化,确定分子间氧化反应机制,为预防煤炭自燃奠定理论基础。由计算结果可知,煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构物理吸附O_2分子形成复合物Ⅰ,形成过程是一个无势垒的过程,在热力学上是稳定的。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构与O2分子的相互作用距离dS-O为2.582A,经CP校正后的相互作用能为-20.60kJ/mol。分析复合物Ⅰ的电子密度变化,可确定其相互作用为范德华力,属于物理吸附。当复合物Ⅰ吸收足够的能量,将进一步发生化学反应。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构氧化反应共有5条反应路径,Path 4是反应的主反应路径,其产物P_3(C_6H_5CH_2SOH+CH_2O)是反应的主产物。经分析发现:煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构易发生初步氧化,仅需12.36kJ/mol的能量,物理吸附一个O2分子释放的能量足以提供,但若要深度氧化将Path 4进行下去,需要再从外界吸收相当于物理吸附5个O_2分子释放的能量。     

新型氧分子O4的理论计算研究

基于密度泛函理论的“自由团簇计算法”计算了实验上发现的新型氧分子O4的电子结构.计算了2种可能的空间结构——正方形和正四面体,分别得到了这2种结构的中性分子O4,正一价分子O 4和负一价分子O-4的基态电子结构,并根据能量最低原则确定了各自的结构参数,从而得到了O4分子2种结构的基态总能量、一价电离能及电子亲合势能.与氧原子、普通氧分子O2和臭氧分子O3的计算结果比较,显示O4分子可以以正方形结构或正四面体结构形式存在,其中正方形结构更有可能是O4分子的真实空间结构.     

壳聚糖包覆多孔碳骨架的可控制备及其电催化性能

燃料电池是一种环境友好、转换效率高、能量密度高的能量转换装置,可将化学能直接转换为电能。但目前应用于阴极氧还原（oxygen reduction reaction, ORR）的铂基催化剂价格昂贵、资源稀缺、抗甲醇能力低的缺点限制了它的应用。基于此,以生物质材料壳聚糖为前驱体,通过水热法将壳聚糖包覆到分层多孔氮掺杂碳骨架（hierarchically porous nitrogen-doped carbon, HPC）上,经高温处理得到了高效的铁掺杂壳聚糖包覆HPC催化剂（Fe-HPC@CTS）。研究结果表明：壳聚糖已包覆到HPC上,有效的提升了催化剂的比表面积;壳聚糖包覆HPC,一方面增加了催化剂中的活性位点,另一方面HPC提供了导电性好、比表面积大的基底,从而使得催化剂拥有一个良好的电子传输通道以及暴露更多的活性位点,从而使催化剂的ORR性能有明显的提升;该催化剂在碱性条件下ORR半波电位为0.80 V,极限电流密度为6.50 mA·cm^-2。通过抗甲醇性能测试,该催化剂的抗甲醇性能要优于20% Pt/C催化剂。     

[Fe(H2O)m(OH)n]x配合物电子结构的理论研究

在B3PW91/6-31G(d, p)计算水平上，对铁离子配合物［Fe(H₂O)_m(OH)_n］^x(m+n=4; x=3+,2+,1+,0,1-)的5种可能构型进行优化计算，分析比较了优化结果的几何构型、电荷布居以及能量。计算结果表明：这5种配合物在理论上都有可能稳定存在，配体以氧原子与铁离子配位并形成四面体构型，有部分电荷从氧原子转移到铁离子，OH^-与Fe³⁺的配位作用较强。铁离子的d电子以高自旋的形式排布，形成开壳层的电子结构，其中Fe(OH)₄^-的d电子最难以发生跃迁。比较具有相同数量Fe³⁺、H₂O和OH^-的［Fe(H₂O)_m(OH)_n+jH₂O+kOH^-］体系的能量，发现随着［Fe(H₂O)_m(OH)_n］^x中OH^-数量的增加，H₂O数量的减少，体系的能量逐渐降低。所以，［Fe(OH)₄^-+6H₂O+2OH^-］体系最稳定，与布居分析中OH^-与Fe³⁺的配位作用较强的结果相一致。     

Facile construction of novel CoMoO4 microplates@CoMoO4 microprisms structures for well-stable supercapacitors

A simple and controllable strategy has been developed to fabricate CoMoO_4 microplates/CoMoO_4 microprisms(CMCMs) structures on Ni foam via a facile, cost-effective, two-step hydrothermal route. The as-grown 3D architecture exhibited excellent areal capacitance of 4.33 F cm~(-2)at a galvanostatic chargedischarge current density of 50 mA cm~(-2)(6 Ag~(-1)) and outstanding cycle performance with only 2.8%degradation over 6500 cycles in the 3 M KOH solution. The asymmetric all-solid-state supercapacitors based on activated carbon(AC) and CMCMs exhibited much better electrochemical performance than the symmetric counterpart, showing an areal capacitance of 95.22 mF cm~(-2)at the current density of 12 m A cm~(-2)and excellent cycling stability with 92.27% of the initial capacitance after 5000 cycles. These results may provide useful guidelines for materials selection and configuration designs for the novel energy storage devices based on Co Mo O4 components and substrates.     

Nanostructured LiMn2O4 and their composites as high-performance cathodes for lithium-ion batteries

Improvement of the energy density and power density of the lithium-ion batteries is urgently required with the rapid development of electric vehicles and portable electronic devices. The spinel LiMn2O4 is one of the most promising cathode materials due to its low cost, nontoxicity, and improved safety compared with commercial LiCoO2. Developing nanostructured electrode materials represents one of the most attractive strategies to dramatically enhance battery performance, such as capacity, rate capability and cycling life. Currently, extensive efforts have been devoted to developing nanostructured LiMn2O4 and LiMn2O4/carbon nanocomposites to further improve the rate capability of lithium-ion batteries for high-power applications. In this paper, recent progress in developing nanostructured LiMn2O4 and LiMn2O4/carbon nanocomposites is reviewed, and the benefits to the electrochemical performance of LiMn2O4-based cathodes by using these electrode materials are also discussed.     

XNO2(X=F,Cl,Br,I)异构体的结构与异构化研究

通过密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法进行优化计算,得到了卤素氮氧化物XNO2(X=F,Cl,Br,I)三种异构体的平衡几何构型,预测了各异构体的相对稳定性.其中,异构体XNO2的能量最低,其次是cis-XONO.同时讨论了它们的互变异构反应及其相互转化的活化能垒,得到了过渡态的结构.在B3LYP和QCISD(T)计算水平上,确定了各异构体中X-N与X-O键的解离能.     

2,4,6-三{[4-(4-羟乙氧基)苯亚甲胺基]苯乙烯基}均三嗪的结构、光谱及热力学性质

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31+ G+水平下研究了2,4,6-三((4-(4-羟乙氧基)苯亚甲胺基)苯乙烯基)均三嗪(BJZJSQ)分子的几何结构、红外光谱、电子吸收光谱及热力学性质.结果显示;BJZJSQ分子中心的2,4,6-三苯乙烯基均三嗪几乎在一个平面,各支链中的乙氧基苯亚甲胺基构成另一个平面,整个分子呈现出三叶扇形结构;气相分子的最强吸收峰位于416 nm处,源于HOMO→ LUMO、HOMO-1 →LUMO及HOMO-2→LUMO+1的混合跃迁,溶剂极性使其红移12 ～ 15 nm,溶剂的极性不影响最强吸收峰的跃迁性质;在溶剂相,355 nm处的弱吸收峰对应S0→S8电子跃迁;在298.15 K、标准大气压下,BJZJSQ分子标准摩尔生成焓和标准摩尔生成自由能分别为-2680.23和-1349.67kJ·mol-1.     

NiCo/纳米SiO2复合镀层的耐腐蚀及其摩擦学性能研究

采用电沉积法在铜基底上沉积了NiCo/纳米SiO2复合镀层和NiCo合金镀层,用扫描电子显微镜、CHI660A电化学工作站及UMT-2M摩擦磨损测试机考查了镀层的表面形貌、磨损形貌、耐腐蚀性能及摩擦学性能.结果表明,纳米SiO2颗粒的加入抑制了NiCo晶体的增长,使得镀层中NiCo颗粒明显得到细化,镀层更加均匀致密;在相同的腐蚀和摩擦条件下,纳米复合镀层的耐蚀性、耐磨性能明显高于NiCo合金镀层;随着镀液中纳米颗粒悬浮量的增加,复合镀层的摩擦系数先降低后增大,当镀液中SiO2纳米颗粒含量为5 g/L时复合镀层的摩擦系数最小.     

H2O2异构化反应的密度泛函理论研究

采用量子化学中的密度泛函理论B3LYP方法,在6-311＋＋G（3df,2pd）水平上,全优化得到了H2O2线型和分叉型两种异构体的平衡结构.对可能发生的分子内原子迁移过程异构化的过渡态进行了考察,并采用内禀反应坐标（IRC）加以证实.计算结果表明,从能量角度看,线型的HOOH为稳定构型.热力学和动力学计算表明,分子内的原子转移需要较高的活化能,并且速度很慢.     

甲烷水合物(H_2O)_(20)…CH_4稳定性的量子化学研究

采用密度泛函理论PBE方法和二级微扰(MP2)理论,对甲烷水合物(H2O)20…CH4两种不同构型512(H2O)20…CH4和435663(H2O)20…CH4进行了理论研究。在PBE/6-31++G(d,p)水平下进行结构优化,得到了它们的平衡稳定结构;在MP2/aug-cc-pVTZ水平下,结合基函数重叠误差(BSSE)完全均衡校正法,对其复合物进行能量计算。通过计算得出:512(H2O)20…CH4和435663(H2O)20…CH4的结合能分别为-4.75 kcal/mol和-4.44 kcal/mol,大约是相同水平下单一H2O…CH4结合能的8~9倍;512(H2O)20…CH4构型较435663(H2O)20…CH4稳定。     

溶液浓度对前驱体FePO_4·xH_2O及LiFePO_4性能的影响

以NH4H2PO4和FeSO4.7H2O为原料,H2O2为氧化剂,通过液相法合成FePO4.xH2O前驱体,将FePO4.xH2O,Li2CO3和葡萄糖球磨混合以低温固相法合成正极材料LiFePO4,研究溶液浓度对前驱体FePO4.xH2O和LiFePO4的影响;采用X线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品的晶体结构和形貌进行表征,采用比表面积分析和原子发射光谱分析等手段比较不同的溶液浓度对产物性能的影响。研究结果表明:当溶液浓度为0.1,0.3,0.5,1.0和1.5 mol/L时制备的FePO4.2H2O均为纯相,在溶液浓度为1.0 mol/L时合成的FePO4.xH2O含2个结晶水,即x=2;溶液浓度为1.0 mol/L时合成的FePO4.xH2O制备的LiFePO4具有良好的电化学性能;充放电容量为0.1C(其中,C为充、放电倍率)首次放电容量达154.4 mA.h/g,循环30次后容量保持率为99.7%。     

Characterization of MCrAlY/nano-Al2O3 nanocomposite powder produced by high-energy mechanical milling as feedstock for high-velocity oxygen fuel spraying deposition

Al2O3 nanoparticles and MCrAlY/nano-Al2O3 nanocomposite powder (M = Ni, Co, or NiCo) were produced using high-energy ball milling. The MCrAlY/nano-Al2O3 coating was deposited by selecting an optimum nanocomposite powder as feedstock for high-velocity oxy-gen fuel thermal spraying. The morphological and microstructural examinations of the Al2O3 nanoparticles and the commercial MCrAlY and MCrAlY/nano-Al2O3 nanocomposite powders were investigated using X-ray diffraction analysis, field-emission scanning electron microscopy coupled with electron dispersed spectroscopy, and transmission electron microscopy. The structural investigations and Williamson–Hall res-ults demonstrated that the ball-milled Al2O3 powder after 48 h has the smallest crystallite size and the highest amount of lattice strain among the as-received and ball-milled Al2O3 owing to its optimal nanocrystalline structure. In the case of developing MCrAlY/nano-Al2O3 nanocompos-ite powder, the particle size of the nanocomposite powders decreased with increasing mechanical-milling duration of the powder mixture.     

Zn2SiO4电子结构及光学性质的第一性原理计算

使用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,对三斜结构的Zn2SiO4的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.能带计算结果表明,Zn2SiO4是具有能隙为1.086 eV的直接带隙半导体;其价带主要是由Zn的3d态电子和O的2P态电子构成,导带在6.5～7.5 ev之间,起主要贡献的是Zn的3p和4s...     

非限域单体天冬酰胺分子的手性转变机制

基于密度泛函理论B3LYP,在6-311+G(2df)基组水平上研究非限域单体天冬酰胺(Asn)分子手性转变第二反应通道过程,寻找反应过程中各极值点结构,绘制完整的Asn分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:S型Asn分子手性C原子上的4H原子以羧基上的10O原子为桥梁,转移至手性C原子的另一侧,实现从S型到R型Asn分子的手性转变;该路径有2个中间体和3个过渡态,最大的反应能垒为313.222 1kJ/mol.