纳米碳管复合及聚苯胺包覆Sb2MoO6复合材料的制备及储锂性能研究

以三氟化锑和钼酸铵为锑源和钼源,采用水热法制备出锑钼锑(Sb₂MoO₆)和Sb₂MoO₆/纳米碳管(CNTs)复合物,利用苯胺聚合在Sb₂MoO₆和Sb₂MoO₆/CNTs上继续包覆聚苯胺(PANI)得到Sb₂MoO₆@PANI (Sb₂MoO₆/CNT)@PANI。采用XRD、SEM、EDX等手段对样品结构和形貌进行表征,结果发现制备的Sb₂MoO₆为不均匀的长为10μm的棒状形貌,而CNTs复合后的Sb₂MoO₆形貌变成厚约为100 nm的片状。作为锂离子电池负极材料,对所有合成的样品进行电化学性能测试,探讨CNTs复合和聚苯胺(PANI)包覆对Sb₂MoO₆样品的电化学性能的影响。结果表明：...     

微氧化MXene/MoS2复合膜分离净化效能及稳定性增强机制研究

二维纳米材料由于优异的理化性质和易于调控的特点,在新型膜材料的开发与应用中受到了广泛关注.基于二维材料层层堆叠可以制备二维膜,而如何对二维膜进行结构性能上的改进是目前该领域聚焦的前沿问题.MXene膜是一种新型二维膜,在分离净化领域具有较大应用潜力.然而,目前MXene膜的分离净化效能主要受到膜的结构稳定性和改性方法的限制.本研究采用了通过异质纳米材料MoS₂插层,随后进行温和且快速预氧化,可获得稳定的纳米层状结构,从而得到一种MXene(Ti₃C₂T_x)/MoS₂高性能复合膜.MXene/MoS₂复合膜的水通量显著提高,对目标污染物染料的去除率高达99.9%.与未氧化的MXene膜相比,复合膜对NaCl和MgCl₂的渗透抑制效率分别提高了48.4%和82.0%.此外,复合膜在结构/外观和通量方面表现出长期的稳定性.因此,利用预氧化/插层法制备的复合膜对MXene膜结构调控和性能优化提供了新策略和新思路.     

MoS2/TiO2纳米复合材料的制备与可见光光催化性能研究

采用TiO2溶胶-凝胶法制备了复合半导体MoS2/TiO2纳米材料,用XRD、UV-VIS-DRS、BET等手段对样品进行了表征,并以亚甲基蓝染料为探针分子详细讨论了MoS2掺杂量、染料初始浓度等对其光催化性能的影响.结果表明:MoS2/TiO2复合半导体纳米材料具有较好的可见光催化活性;当染料浓度为0.284mmol·L-1,催化剂用量为0.5 g·L-1,亚甲基蓝染料的光催化降解率为96.5%.     

MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料的制备及电化学性能研究

利用水热法合成了MoS₂/Ti₃C₂T_x异质复合材料,采用SEM、XRD、XPS和电化学工作站对所制样品的形貌、结构、成分和电化学性能进行了表征。结果表明,当Ti₃C₂T_x引入量为30 mg时,所制MoS₂/Ti₃C₂T_x异质复合电极具有最优的电化学性能和较好的循环稳定性,在1 A/g电流密度下的比电容达到262.54 F/g,且经10 000次循环后仍保持82.1%的初始比电容。     

PVA诱导Ti3C2Tx MXene交联构筑三维结构电极及其储锂性能研究

MXene因其二维层状结构在锂离子电池负极材料研究领域展现出独特的优势,然而MXene片层间有很强的范德瓦尔斯力,导致了其发生堆叠,制约了其储锂性能表现.基于冷冻干燥技术制备了不同PVA含量的Ti3 C2 Tx MXene气凝胶,构筑了具有三维结构的电解液输运通道.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)对气凝胶的微观结构与形貌进行了表征.储锂性能评估表明P400样品具有最高的比容量,其值为252.702 mA·h/g,在200圈充放电循环后,比容量依然能够保持在154.410 mA·h/g.发现随着PVA引入量增加使MXene交联行为增强,Ti3C2Tx MXene气凝胶空隙增大,有序度提高,进而优化了离子输运行为,提高了其储锂性能.该工作为基于二维MXene纳米片构筑三维结构电极提供了基础设计指导,为开发多孔结构电极提供了设计思路.     

通过构建Li2ZnTi3O8@LiAlO2复合物来实现高性能的储锂材料

立方尖晶石结构的Li₂ZnTi₃O₈（LZTO）具有成本低和安全性高的优势,被认为是代替碳材料作为锂离子电池负极材料的理想选择。然而,Li+和Zn2+离子位于LZTO的四面体位点,在一定程度上阻碍了离子的迁移,导致LZTO电导率差,锂离子扩散系数低。LiAlO₂的包覆有效避免了电极表面与有机电解质的接触,从而减少了副反应的发生。因此,本文采用简单的高温固相法合成了Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂复合材料。结果表明:LiAlO₂改性未改变LZTO的形貌和粒径,但是提高了其结构稳定性、锂离子脱嵌的可逆性和电化学活性,促进了锂离子的迁移。Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂ (8wt%)在0.5 C、1 C、2 C、3 C和5 C时的充电容量分别为203.9、194.8、187.4、180.6和177.1 mAh·g?1,表现出良好的倍率性能。然而,在相同的倍率下,纯LZTO仅有134.5、109.7、89.4、79.9和72.9 mAh·g?1的容量。即使在较大的充放电倍率下,Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂(8wt%)材料也表现出良好的循环性能。在5 C倍率循环150次后后,Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂(8wt%)仍具有263.5/265.8 mAh·g?1的充放电容量。LiAlO₂的引入增强了LZTO材料的电子导电性,使Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂复合材料具有优异的电化学性能。     

MoS2/PMMA纳米复合材料动态力学性能

以液相溶剂热合成和表面改性技术制备的纳米MoS2作为减磨与增强剂,耐磨性差的PMMA为聚合物基,借助超声分散与溶液热流延技术制备MoS2/PMMA纳米复合材料.通过动态力学热分析研究MoS2对PMMA动态力学行为的影响,并探讨材料的宏观组成、微观结构与动态力学性能之间的关系.实验表明,在低温段(<110℃),MoS2对PMMA动态储能模量E’在质量分数0~15%范围呈现出随粒子加入量增加而升高,≥15%又呈下降的趋势,对动态损耗模量E″则随MoS2加入量增加呈下降趋势.在高温段(>110℃),MoS2对E’和E″有提升作用,加入量越高E’和E″温升衰减越趋缓,E’相对稳定平台区间拓宽趋势越明显.MoS2/PMMA复合材料玻璃化转变温度tg和进入粘流态转变温度tf也随MoS2加入量增加向高温偏移,耐热性提高.     

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.     

多孔Ti3C2Tx/SnSe复合材料的制备及其储钾性能

采用原位氧化-刻蚀法和水热合成法制备了多孔MXene复合材料(Ti₃C₂T_x/SnSe),并对所制备的材料进行了结构表征与电化学性能测试. 结果表明:在0.05 A/g的电流密度下,多孔Ti₃C₂T_x/SnSe电极具有381.9 mA ·h/g的储钾容量,而相同情况下SnSe电极的比容量仅为119.2 mA ·h/g. 在1 A/g的电流密度下,多孔Ti₃C₂T_x /SnSe电极的初始可逆比容量为118.5 mA ·h/g,循环500次的比容量仍保持在35.4 mA ·h/g. 多孔Ti₃C₂T_x/SnSe电极材料优异的电化学性能得益于多孔Ti₃C₂T_x材料的高导电性,它不仅缓解了SnSe的体积膨胀,而且为离子的转移提供了良好的通路.     

环状Fe2O3晶体的制备及其储锂性能

研究具有高容量的负极材料是提高锂离子电池性能的重要方向.采用水热反应法制备环状Fe2O3晶体颗粒,环状Fe2O3晶体是由微米尺寸颗粒组成,环状晶体颗粒的内径约1μm,外径约1.5 μm,平均高度为2.5 μm.在0.01～3.0 V(Li+/Li)的电压区间内,采用动电流循环考察电极材料的储锂性能和循环性能.在100 mA/g的电流密度下稳定循环100次,环状Fe2O3晶体颗粒电极表现出高的可逆储锂容量480.8 (mA· h)/g,和良好的循环稳定性能.Fe2O3晶体颗粒高的储锂性能和优异的循环性能是由于其特殊的环状结构形成了良好的导电网络,并有效地缓冲了锂离子嵌/脱反应过程中造成的电极材料巨大的体积变化.     

花状LiMnO2正极材料的制备及其性能研究

LiMnO₂正极材料因具有高比容量、高能量密度、低成本等优点而被广泛关注,但其较差的循环稳定性影响了进一步大规模应用。采用控制合成Mn₂O₃立方块前驱体后锂化的方法制备花状LiMnO₂正极材料。结果表明,花状LiMnO₂呈现出较好的循环稳定性,在100 mA·g^-1的电流密度下,循环100圈后比容量仍能维持在123 mAh·g^-1。     

热还原法制备LiFePO4/C复合材料的电化学性能

使用廉价的三价铁Fe2O3为铁源,以蔗糖为还原剂和导电剂,通过热还原法制备了LiFePO4/C复合材料。运用TGA-DAT曲线对反应机制进行了分析,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电和循环伏安测试等测试手段对不同覆碳量合成材料进行了表征和电化学性能检测。结果表明:所合成的LiFePO4均为纯相,其中含碳1.07%的样品0.2C倍率下的放电比容量为143.32 mAh/g。     

MoS2纳米复合中空纤维膜的制备及渗透汽化性能

二维纳米材料复合膜是目前膜分离领域的研究热点。通过在具有不规则大孔结构的陶瓷中空纤维基膜上引入TiO₂过渡层,有效地降低了基膜的孔径和粗糙度。在复合膜外表面构筑MoS₂/PVA(聚乙烯醇)分离层,用于异丙醇脱水,通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征了复合膜的微观形貌,考察了分离层厚度、操作温度及料液浓度对复合膜分离性能的影响。在50℃下分离质量分数为90%的异丙醇水溶液时,MoS₂/PVA-30复合膜表现出了较优的分离性能,其渗透通量为486 g/(m²·h),分离系数为445。     

Si/C复合材料的制备及作为锂离子电池负极的性能研究

硅基材料以其超高的理论容量(～4 200 mAh/g,Li4.4Si)受到广泛关注. 但是锂的嵌入会造成硅的晶格结构发生巨大变化(>300%),并逐渐粉化,导致材料循环性能很差. 该研究通过高能球磨、水热以及焙烧等处理方法制备Si/C复合材料,有效改善其性能.     

钼片上少层MoS2薄膜制备及其结构性能研究

采用气-固法在Mo基片制备高结晶质量的少层MoS₂薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和光学显微镜(OM)对样品的结构和形貌进行表征,研究生长温度对薄膜结构、形貌和光致发光性能的影响。结果表明：在温度为800,900,1000℃生长的大面积薄膜呈现枝状晶结构;随着生长温度的增加制备的薄膜结晶性能越来越好;所有样品特征拉曼峰均位于385.7 cm^-1和410.8 cm^-1附近,这两个特征峰的差值为25.1 cm^-1,表明生长的薄膜为少层MoS₂膜;所有样品在693 nm处出现发光峰,对应带隙1.789 eV属于直接带隙半导体。该方法制备的薄膜在实现具有宽波段吸收和高光响应度的光电探测器件方面具有重要的应用价值。     

δ-MnO2/Ti2CTx复合材料的制备与电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体、LiF-HCl的水溶液为刻蚀液、KMnO₄为氧化剂和锰源,采用溶液-沉积法制备了δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料.分别采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱等方法对试样进行了表征; 以镍网为对电极、银/氯化银为参比电极、2 mol·L^-1 KOH溶液为电解质溶液,在3电极体系中采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了复合材料的电化学性质.结果表明:当δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料在电流密度为1 A·g^-1时,复合材料的比电容高达227 F·g^-1.δ-MnO₂/Ti₂CT_x是一种性能良好的电化学电极材料,具有潜在的应用前景.     

MnO2@ZnO/C复合材料的制备及电化学性能

金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物是一类由金属离子和通过配位键连接在一起的有机配体组成的晶体材料.作为一种具有立体空间结构的功能材料,凭借其较大的比表面积、较高的孔隙率及品种的多样性,引起了各领域研究者的广泛关注.以β-MnO_2纳米棒为模板制备出MnO_2@ZIF-8杂化纳米结构,在惰性气氛中分步煅烧处理,得到MnO_2@ZnO/C复合材料. ZIF-8中的有机配体由于高温煅烧发生裂解而产生孔道,进而为锂离子的嵌入和脱出提供更多离子传输路径.同时,由于高温裂解伴随着碳的产生,因此当使用这种复合结构物质作为电极材料时,可以提高材料的导电率. MnO_2@ZnO/C纳米复合材料的首次放电比容量为1 873 mA·h·g~(-1),在电流密度为100 mA/g的条件下完成100次充放电后比容量维持在658 mA·h·g~(-1),展现出了优良的电化学储能特性.     

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。     

具有微纳结构的FeS_2的制备及其储锂性能研究

金属硫化物具有较大的理论容量,有望成为下一代的锂电池负极材料,但是充放电过程中材料发生严重的膨胀/收缩、晶体粉化,使得材料的比容量迅速衰减.本文以铁醇盐为原料制备具有花状微纳结构的FeS_2,以达到抑制材料粉化效果.结果显示,300℃热处理得到的FeS_2样品能够充分保持中间体铁醇盐的花状微纳结构,结晶度高.450℃处理得到的样品表面为多孔状结构,而800℃处理未得到目标产物,样品分子式是Fe_9S_(10).电化学测试结果表明:300℃所得产物具有1 484.3mA·h/g的放电比容量,高于450℃的产物(1 326.7mA·h/g);在电流密度为200mA/g条件下,100次充放电循环后,300℃所得产物的放电比容量为480.8mA·h/g,远高于450℃所得产物的放电比容量(215.8mA·h/g).研究结果表明具有花状微纳结构对材料的粉化现象有较好的抑制作用.     

SiO_x/C复合材料的制备及电化学循环性能

采用酸碱溶胶凝胶法、高温热解法以及高能球磨法,制备了SiOx/C复合材料,并探索了其最优化的制备条件.结果表明,在一定的盐酸与氨水浓度下,分别以摩尔比为4/1、4/1、30/1的水/正硅酸乙酯、葡萄糖/正硅酸乙酯、乙醇/正硅酸乙酯为原料,在氩气中850℃下焙烧30min后再球磨5h即可制备得到电化学循环性能良好的SiOx/C复合材料.XRD结果表明,该复合材料主要组成为低结晶度的SiO2和C.所制备的复合材料首周充、放电容量分别为653.5mAh/g和972.7mAh/g,循环20周后仍保持在671.4mAh/g,具有良好的循环稳定性.