单层Si3N作为钠/钾离子电池的高容量阳极材料的可行性研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了二维单层Si₃N作为离子电池阳极材料的相关性能.零带隙能带结构表明,单层Si₃N具有金属特性,金属的高导电能力有利于其作为阳极材料.计算结果表明,单层Si₃N对于钠和钾的理论容量分别为1 230 mAh·g^-1和889 mAh·g^-1.与此同时,该材料对钠和钾的理论能量密度分别为1 090 mWh·g^-1和576 mWh·g^-1,高于之前一些报道的二维阳极材料.此外,钠、钾原子在单层Si₃N上的扩散势垒分别为0.30,0.38 eV,表明该材料具有非常高的充放电速率,且在吸附过程中,Si₃N一直保持着良好的金属特性和结构完整性,这些性质使其具有良好的电池工作循环性能.以上结果表明,单层Si₃N是理想的钠/钾离子电池阳极材料.     

铷掺杂Na1.25V3O8纳米棒作为锌离子电池正极材料的电化学性能

为了探究作为锌离子电池正极的Na_1.25V₃O₈的电化学性能是否还具有进一步提升的空间，文中通过水热-固相法成功合成了纯Na_1.25V₃O₈和铷掺杂Na_1.25Rb_x V₃O₈纳米棒。根据XRD谱图可以看出，随着铷含量的增加衍射峰向低角度偏移且没有新的衍射峰生成，表明Na_1.25Rb_x V₃O₈样品为纯相且保持空间群为P21/m的结构对称性。这一结果说明铷离子成功进入了Na_1.25Rb_x V₃O₈层状化合物的层间。SEM和TEM形貌分析结果显示，随着Rb⁺掺杂量的增加，纳米棒的形貌变得更大、更厚，会降低材料的比表面积，导致阻抗的增加和Zn²⁺离子扩散系数...     

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。     

Li2SiO3粉体的水热合成

以LiOH·H₂O和正硅酸乙酯（TEOS）为原料,用水热法低温合成了Li₂SiO₃粉体,系统讨论了水热反应时间、温度及pH等因素对粉体合成的影响;采用XRD、sEM和FT-IR等手段对Li₂SiO₃粉体的物相、颗粒形貌及稳定性等进行了表征。结果表明:在100℃下水热反应72 h可以得到纯的Li₂SiO₃粉体,粉体热稳定性较高,煅烧温度达1 100℃时都未有相变发生;扫描照片显示,水热法合成的Li₂SiO₃粉体粒径约为100～200 nm。     

固相反应制备Li2FeSiO4/C及嵌/脱锂性能研究

本文利用直接高温固相反应,合成制备了锂离子电池正极材料Li₂FeSiO₄及Li₂FeSiO₄/C,并研究了碳复合改性对Li₂FeSiO₄的结构、电导率、嵌/脱锂性能、循环比容量等方面的影响。结果表明,材料的制备工艺流程简单易行,有利于规模化生产;碳复合改性有利于提高硅酸盐正极材料的导电性能,改善材料在成相反应后的粒度分布;特别是碳复合改性有利于提高Li₂FeSiO₄的嵌/脱锂性能和循环比容量,Li₂FeSiO₄/C在0.1C倍率下首次放电容量高达120 mAh/g以上,大大高于未经复合改性Li₂FeSiO₄的20 mAh/g。研究表明,Li₂FeSiO₄是一种很有研究价值和开发潜力的锂离子电池正极材料,碳复合改性可显著克服该材料在电导率、电化学性能等诸多方面所存在的不足和局限。     

2种稀土Eu3+,Tb3+配合物的合成与其光致发光性质

设计合成新的三齿有机配体4-（4’-咔唑-9基-丁基氧）-吡啶-2,6-二甲酸（H₂CBODPA）,并以此为配体合成配合物Na₃Eu（CBODPA）₃和Na₃Tb（CBODPA）₃.通过对有机配体分子结构的调控,稀土Eu³⁺和Tb³⁺有机配合物的激发波长明显地向长波长方向移动,与吡啶-2,6-二甲酸配合物的激发波长相比,其有效激发波长向长波长方向移动约70 nm.Na₃Eu（CBODPA）₃和Na₃Tb（CBODPA）₃在近紫外光（350 nm）的激发下,分别得到较强的特征红色发光(Eu³⁺)和特征绿色发光(Tb³⁺).研究结果对合成长波长激发的稀土有机发光探针提供理论依据和应用参考价值.     

高压下Th2N2S的结构相变:第一性原理计算研究

基于第一性原理计算和粒子群优化算法,研究了Th₂N₂S在0～200 GPa压强范围内的晶体结构和物理性质.研究结果成功再现了常压下的实验相:■相,同时预测了2个高压下的新结构,即I4/mmm相和Cmmm相.确定了一系列由压强诱导的结构相变序列:由■.相转变为I4/mmm相,然后转变为Cmmm,相应的相变压强分别为4.8.2 GPa和156.2 GPa.Th₂N₂S材料声子色散曲线及弹性常数的.结果表明,Th₂N₂S的3相是动力学和力学稳定的.力学性质的计算结果表明,■相、I4/mmm相和Cmmm相均为韧性材料,其中,Cmmm相的各向异性程度是3相中最大的.电子结构的计算表明,■相到I4/mmm相的相变是一个半导体-金属相变.     

锂离子电池层状结构三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2研究进展

 三元层状结构LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂具有较高的可逆容量、结构稳定性、热稳定性和相对较低的成本,成为电动汽车领域最具前景的锂离子电池正极材料之一。综述了锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的结构、电化学性能及对其进行性能优化的掺杂、表面包覆和制备特殊纳米结构材料的3 种方法。其中,纳米材料的研究是锂离子电池正极材料的研究热点之一。材料的电化学性能与粒子尺寸、形貌、多孔性、结晶性和比表面积紧密相关。因此,提高正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的电化学性能时,要充分考虑到这些因素的影响。     

钛酸锂负极的相分离机制

尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为锂离子电池负极材料具有长寿命、高稳定性的特点,是高功率锂离子电池的理想选择,对发展电动汽车以及智能电网有重要意义.结合球差校正透射电镜(STEM)、电子能量损失谱(EELS)和理论计算,在原子尺度观测到了尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)的结构,实现了对脱嵌锂过程的直接观测与表征.在锂化过程中,出现一个近似理想的异质界面(Li₄Ti₅O₁₂/Li₇Ti₅O₁₂),界面两侧Ti离子呈不同价态分布(Ti3+/Ti4+).而随着锂离子在材料中的嵌入和脱出,TiO₆八面体里面的Ti—O键会产生相应的收缩或拉伸(“呼吸”模型),而这种键长的变化直接导致材料在不同区域的电子电导率产生质的变化(由绝缘体的Li₄Ti₅O₁₂向近似导体的Li₇Ti₅O₁₂转变),而基本不影响材料的离子电导率,这是材料具有优良倍率性能的重要条件.借助原子分辨的EELS分析研究锂化以后的Li₇Ti₅O₁₂表面, 观测到材料表面的Ti3+自发氧化成Ti4+,这个电荷转移过程可以诱导电极材料界面上的副反应,可以合理解释钛酸锂电池产气的原因.进一步将钛酸锂电池用于储钠研究发现了晶格中存在Li₄Ti₅O₁₂/Li₇Ti₅O₁₂/Na₆LiTi₅O₁₂三相分离机制,深化了对电极材料过程动力学的认识.这些重要研究结果为钛酸锂的工业化应用提供了重要的结构基础与理论指导.     

团簇NiMo3P极化率与催化性质的研究

为了探究团簇NiMo₃P各优化构型的形变情况，并寻找催化性能最优异的团簇NiMo₃P构型，根据拓扑学原理，在B3LYP泛函条件下，采用Lan12dz基组运用密度泛函理论对团簇NiMo₃P进行优化计算，得到4种四重态、5种二重态共9种稳定构型。对团簇NiMo₃P的变形性能进行分析发现：团簇极化率对于几何结构具有很强的依赖性，构型1^（2）的结构最为紧凑，不易发生形变。对前线轨道进行分析发现：金属原子与非金属原子相比具有更好的催化活性；在Ni、Mo、P 3种原子中，Mo原子最有可能是团簇潜在的催化活性位点；在催化反应中，团簇NiMo₃P具有强的电子接受能力，但其提供电子的能力亦不可忽略；构型2^（2）的能隙差值最小，亲电指数值最高，反应活性最强。     

Na2 Ca2.92 Si6 O16:0.08Eu3+荧光粉的制备及其发光特性研究

采用高温固相法制备了一系列Eu3+掺杂的Na₂Ca₃Si₆O₁₆红色荧光粉.用X射线粉末衍射仪表征了荧光粉Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+的结构.研究显示,Eu3+的掺入并未使Na₂Ca₃Si₆O₁₆晶体产生杂相.采用荧光分光光度计分析了Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+ 的光学性质. Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+荧光粉发红光,其中以波长611 nm的发射峰强度最强. Eu3+的掺杂对Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+荧光粉发射光谱的峰形和峰位置无明显影响,但发光强度与Eu3+的掺杂量(摩尔分数)有关,当Eu3+的掺杂量为0.08时,Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆:xEu3+荧光粉的发光强度达到最大值,掺杂量继续增大时会发生浓度淬灭现象,这可能是由多电子偶极相互作用引起的.结果表明:Na₂Ca_2.92Si₆O₁₆:0.08Eu3+荧光粉是一种潜在的可用于白光LED的红色发光材料.     

Na2SiO3/Fenton体系氧化脱除NO的实验研究

针对当前氧化法脱硝所需烟气停留时间过长的问题,采用Na₂SiO₃/Fenton脱硝系统进行了氧化脱除燃煤烟气中NO的实验研究．结果表明：该系统可以在烟气停留时间为3 s的条件下获得94.36%的NO脱除效率．最佳反应条件为：反应温度50℃,H²₂O₂浓度1 mol/L,Na₂SiO₃浓度0.06 mol/L,Fe⁺浓度0.01 mol/L．电子自旋共振技术和抑制剂添加实验说明：Na₂SiO₃的添加抑制了原Fenton系统中·OH自由基的生成,促进了O₂^-·自由基的生成并使其成为NO脱除的主要活性物质．除此之外,反应物(H₂O₂,Fe²⁺和Na₂SiO₃)初始浓度及温度增加对NO脱除具有一定的促进作用,但促进效果有限,而...     

Na0.45La3.16W5O20:Re3+(Re= Eu,Tb)微纳米材料的制备与发光性质研究

采用沉淀法合成了直径约100 nm、呈树枝状的Na_0.45La_3.16W₅O₂₀: Re³⁺(Re = Eu³⁺,Tb³⁺)微纳米材料。采用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM) 研究了所制备Na_0.45La_3.16W₅O₂₀:Eu³⁺、Na_0.45La_3.16W₅O₂₀:Tb³⁺微纳材料的结构、形貌;采用荧光光谱仪研究了所制备材料的激发光谱和发射光谱,并指明了荧光谱图中波峰和跃迁的对应关系。从材料的色坐标图可以看出,随着Eu³⁺掺杂浓度的增加,颜色更趋于红色区域,色坐标从(0.6028,0.3215)变化到(0.6424,0.33);随着Tb³⁺掺杂浓度的增加,颜色更趋于绿色区域,色坐标从(0.303,0.4179)变化到(0.3108,0.5351)。     

Na+掺杂LiNbO3∶Pr3+荧光粉的制备及应力传感性能

采用高温固相法制备了Na+掺杂的荧光粉Li_1-xNa_xNbO₃∶Pr3+. 在不改变晶体结构的条件下,掺杂Na+提高了荧光粉Li_1-xNa_xNbO₃∶Pr3+蓝色光激发的发射强度,其最佳掺杂计量比x=0.05. 将荧光粉负载到铝合金板上,对金属板施加拉力时,LiNbO₃∶Pr3+的光致发光强度随应力的增大发生骤增现象. 随着x的增加,骤增现象逐渐消失,因为Na+的掺杂改变了Pr3+周围的不对称性,影响了LiNbO₃∶Pr3+的力诱导发光特性.     

YBO3∶Ce3+复合NaMgBO3∶Ce3+荧光粉发光性能的改进

采用第二相复合的方法制备了一系列NaMgBO₃∶Ce3+/yYBO₃∶Ce3+(复合比y=0~0.035，摩尔分数)荧光粉，对其物相、形貌和光学特性进行了研究。选择YBO₃∶5%Ce3+作为复合基底，将其复合到NaMgBO₃∶Ce3+荧光粉中时，样品的带隙增加，随着YBO₃∶Ce3+复合比的增加，样品在464 nm处的发射强度逐渐增强，最佳复合比y为0.025。由于YBO₃∶Ce3+在380~400 nm范围内的发射峰与NaMgBO₃∶Ce3+的激发峰有重合，而且复合物样品在该范围内的发射强度会随YBO₃∶Ce3+复合比的增加而降低，证明了YBO₃∶Ce3+和NaMgBO₃∶Ce3+之间存在能量转移。结果表明:该荧光粉在全光谱照明中可作为一种良好的青色填充候选材料。     

基于NH3燃料的Ni-BZCYYb阳极在SOFC中的应用

NH₃作为一种储氢燃料可应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)发电。文章用溶胶-凝胶法合成了Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃(BSCF)和BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O₃(BZCYYb)钙钛矿材料，并对其进行了XRD表征，结果表明两者均呈现单一的钙钛矿相和良好的化学稳定性。对Ni O-BZCYYb|BZCYYb|BSCF单电池的性能、稳定性和表面形貌进行了研究。在NH₃气氛中，单电池在700℃有最大的功率密度(426 mW·cm^-2)。电池稳定性通过在700℃时的长期放电测试情况来反映，结果表明单电池在700℃、313 mA·cm^-2的条件下可以持续放电95 h，说明电池的稳定性较高。以上结果证明以NH₃为直接燃料的H⁺     

单斜和立方Eu2O3的制备及其表面过氧物种的光诱导生成

考察了苯丙氨酸或柠檬酸与硝酸铕的摩尔比对燃烧法制备的Eu₂O₃的物相结构和比表面积的影响,在此基础上制备了纯单斜和立方相的Eu₂O₃.以325 nm激光为激发光源,在30℃和O₂气氛下对单斜和立方Eu₂O₃上过氧物种的光诱导生成情况进行比较考察,结果表明:经325 nm激光照射后,单斜和立方Eu₂O₃样品表面均检测到过氧物种的生成,但以柠檬酸为还原剂制备的单斜和立方Eu₂O₃均比以苯丙氨酸为还原剂制备的相应样品更易于生成过氧物种,其原因可能是前者具有较大的比表面积;两种方法制备的立方Eu₂O₃均比单斜Eu₂O₃更容易生成过氧物种.O₂和CO₂程序升温脱附(O₂-,CO₂-TP...     

热处理调控氧化石墨烯薄膜层间距与离子筛分

采用热处理方法,通过改变热处理时间和温度来调控氧化石墨烯(GO)薄膜的层间距,并考察了Cs~+、K~+、Na~+、Li~+、Sr²⁺、Mg²⁺和Al³⁺离子在不同层间距的GO薄膜中的渗透性.结果发现:热处理后得到的GO薄膜在湿润状态下的层间距范围为0.57～1.31 nm,当薄膜层间距在0.55 nm左右时,水分子很难在薄膜中输运;此外,在不同层间距的GO薄膜中离子渗透性除了与离子水合直径有关之外,还与离子所带电荷以及离子脱水作用有关.该方法实现了Li~+/Mg²⁺和Na~+/Sr²⁺的分离,为离子的精确筛分、促进如盐湖提锂以及核废液处理等提供了参考.     

Cr3+掺杂Y3Al5O12-Al2O3的光致发光和温度传感特性研究

为了开发具有高发光效率和高测温灵敏度的光学温度传感材料,采用高温固相法合成了一系列Cr³⁺掺杂Y₃Al₅O₁₂-xAl₂O₃(x=0,0.5,1.25,2,2.75,3.5)固熔体。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、稳态激发和发射光谱表征,详细研究了Y₃Al₅O₁₂中Al₂O₃的掺杂浓度对其结构和发光性能的影响。研究表明,提高Al₂O₃掺杂量可以增加固熔体中的八面体配位,同时削弱了晶体场强度,有利于Cr³⁺的发光。在303～773 K温度范围内,利用该材料中Cr³⁺荧光寿命以及热耦合能级荧光强度比的温度依赖特性进行测温研究,两种方法的相对测温灵敏度分别在500 K时达到最大值0.802%K^-1,在303 K时达到最大值0.97...     

锂离子电池电极材料Li4Ti5O12@TiO2的制备及性能

用水热法制备Li₄Ti₅O₁₂@TiO₂复合材料与同样方法制备的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂进行对比.对2种材料采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光电子能谱仪(XPS)进行表征;N₂吸附-脱附曲线进行比表面积分析;恒电流充放电测试和电化学交流阻抗(EIS)技术进行电化学性能分析.结果表明Li₄Ti₅O₁₂@TiO₂和Li₄Ti₅O₁₂均呈颗粒状,粒径分别约为50和70 nm.XPS分析显示Li₄Ti₅O₁₂@TiO₂中的Ti为+4价态.电化学测试结果显示Li₄Ti₅O₁₂复合了锐钛型TiO₂...