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锰基金属有机框架材料的合成及其电化学性能

锰基金属有机框架材料的合成及其电化学性能

作者：熊佩勋福州大学

学位级别：硕士

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs),具有高的比表面积、可调的孔尺寸、丰富的金属活性位点、有序的晶体结构等特点,被广泛地应用于催化、气体分离、药物运输、成像感应等诸多领域。近年来,由于MOFs材料具有固有的孔道结... 详细信息

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs),具有高的比表面积、可调的孔尺寸、丰富的金属活性位点、有序的晶体结构等特点,被广泛地应用于催化、气体分离、药物运输、成像感应等诸多领域。近年来,由于MOFs材料具有固有的孔道结构和氧化还原特性,在太阳能电池、锂离子电池、超级电容器、锂硫电池、燃料电池等领域也引起了关注。本学位论文旨在设计合成系列新型MOFs材料,并应用于锂离子电池中,以考察它们的电化学性能。进一步,探究和揭示材料组成、结构、表面状态等固有特性与电化学性能之间的内在关系。本学位论文的研究结果将丰富金属有机框架化合物材料的研究体系,为设计合成新型负极材料和研制高性能储能器件提供了新思路。研究工作主要包括以下几个方面:(1)以硫酸锰和铁氰化钾为原料,采用共沉淀法合成了普鲁士蓝类似物Mn[Fe(CN)6］0.6667·nH2O(Mn-PBA),通过 XRD、XPS、SEM 和 TEM 等手段进行表征,确定了所制备的产物为纯相的普鲁士蓝类似物。该类似物由边长为500～600 nm规则的立方块组成。进一步,将这种材料作为锂离子电池的负极,并研究其电化学性能。结果表明,Mn-PBA展现出良好的电化学性能。在200 mA g-1的电流密度下,其初始放电比容量为1123.7mAhg;循环100圈以后,容量为295.7 mA h g-1。其原因可能是三维网状晶体结构不仅拥有稳定的Mn-CN-Fe-CN-Mn架构,还存在大量的空隙,这样Li+的脱嵌更容易。同时,骨架中的过渡金属具有不同价态,可以发生氧化还原反应,能够提供电子的转移。(2)以3,4,9,10-苝四羧酸酐和无机锰盐的混合溶液为前驱体,经过水热反应后,得到了层状结构的锰基金属有机框架化合物。基于一系列的表征,确定了所制备的产物为Mn-ptcda。作为锂离子电池负极材料,考察其储锂性能。结果表明,Mn-ptcda具有优异的电化学性能。在200mAg-1的电流密度下,循环100圈后比容量还有566mAhg。另外,以无机钻盐、镍盐为添加剂,在Mn-ptcda反应体系中,合成了掺杂不同金属离子的Mn-ptcda。研究还发现,这些掺杂材料在保持Mn-ptcda层状结构的同时,具有更大的层间距。首次作为锂离子电池电极材料展现比Mn-ptcda更高的比容量,且具有良好的倍率性和循环稳定性。这可归于这些材料具有较大的层间距,能够提供更快的离子扩散通道,也能满足电极材料内部氧化还原反应的需要,从而提高了活性材料的利用率。

关键词：锂离子电池金属有机框架普鲁士蓝类似物负极材料电化学性能

原位电化学聚合方法制备稳定且高倍率的锂离子电池双极性有机正极材料

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Science China Materials 2021年第12期64卷 2938-2948页

作者：王微赵晨杨继兴熊佩勋苏海许运华 School of Materials Science and Engineering Key Laboratory of Advanced Ceramics and Machining Technology(Ministry of Education)and Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional MaterialsTianjin UniversityTianjin 300072China

为了解决有机电极材料的溶解问题并提高电化学性能,本文通过原位电化学聚合的方法制备了双极性对氨基苯基咔唑萘二酰亚胺(APCNDI)有机正极材料.该正极由能够储存锂离子的n型1,4,5,8-萘四甲酰基二酰亚胺基团和吸附阴离子的p型的咔唑基团... 详细信息

为了解决有机电极材料的溶解问题并提高电化学性能,本文通过原位电化学聚合的方法制备了双极性对氨基苯基咔唑萘二酰亚胺(APCNDI)有机正极材料.该正极由能够储存锂离子的n型1,4,5,8-萘四甲酰基二酰亚胺基团和吸附阴离子的p型的咔唑基团组成,其中咔唑基团同时可以充当电化学聚合反应位点.由原位电化学聚合方法制备的该正极材料有效解决了有机材料在电解质中的溶解问题,表现出双极性特征的氧化还原反应,并具有出色的倍率性能和稳定的循环性能.该有机正极材料循环1000次后的容量仍能保持为92 mA h g^(-1),在10 A g^(-1)的大电流密度下比容量剩余72 mA h g^(-1).同时,通过多种表征手段对APCNDI正极材料的双极性特征和反应机理进行了系统的研究和验证.该发现为发展高性能的有机电极材料提供了一种新颖的设计思路和制备方法.

关键词：锂离子电池正极材料双极性倍率性能聚合方法电化学聚合大电流密度氧化还原反应

硫脲基聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合正极:碱金属离子储存机理的综合研究

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Science China Materials 2020年第10期63卷 1929-1938页

作者：熊佩勋尹慧敏陈子峰赵晨杨继兴黄淑萍许运华 School of Materials Science and Engineering Key Laboratory of Advanced Ceramics and Machining Technology(Ministry of Education)and Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional MaterialsTianjin UniversityTianjin 300072China Fujian Provincial Key Laboratory of Electrochemical Energy Storage Materials College of ChemistryFuzhou UniversityFuzhou 350108China Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin) Tianjin 300072China

尽管有机电极材料具有资源丰富、结构多样及环境友好等特点,但是它们的电化学性能仍然不理想.本文通过缩聚法合成了一种硫脲基聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合物.当其作为正极材料应用于锂离子电池时,展现出优异的电化学性能,如高可逆比容... 详细信息

尽管有机电极材料具有资源丰富、结构多样及环境友好等特点,但是它们的电化学性能仍然不理想.本文通过缩聚法合成了一种硫脲基聚酰亚胺/还原氧化石墨烯复合物.当其作为正极材料应用于锂离子电池时,展现出优异的电化学性能,如高可逆比容量(144.2 mA h g^−1),高放电电压(∼2.5 V)和长循环寿命(在500 mA g^−1电流密度下超过2000次),可以和其他发展较好的无机正极材料相媲美.当其作为正极材料应用于钠离子电池时,也可获得较好的电化学性能(在500 mA g^−1电流密度下循环寿命达800次),但是作为钾离子电池正极材料时的性能较差.理论计算表明羰基是和三种碱金属离子结合的活性位点,且插入的金属离子被邻位的两个羰基共用.更重要的是,硫原子和钾之间的作用力要远远大于和锂/钠之间的作用力,使得该聚合物在钾离子电池中表现出较差的可逆性和循环稳定性.我们的发现不仅为聚酰亚胺基的聚合物电极的设计和开发提供了理论基础,同时也为高性能的碱金属离子电池有机电极材料的设计和开发提供了帮助.

关键词：钠离子电池正极材料锂离子电池长循环寿命碱金属离子还原氧化石墨烯放电电压聚酰亚胺

FLASH技术在《中医学四诊》教学中的运用

cnki会议

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时珍国医国药 2007年第7期18卷 1798-1798页

作者：陈爱平熊佩华田寿福王翼勋苏州大学江苏苏州215000

《中医学》在医学本科教育中的地位不容忽视。现代的医学教育需要《中医学》教学手段的多元化。我们用FLASH等技术完成了《中医学四诊》的CAL课件,并已启用,除了用活动控键大量插入临床典型病例照片、录像外,在舌诊原理、诊脉指法、脉... 详细信息

《中医学》在医学本科教育中的地位不容忽视。现代的医学教育需要《中医学》教学手段的多元化。我们用FLASH等技术完成了《中医学四诊》的CAL课件,并已启用,除了用活动控键大量插入临床典型病例照片、录像外,在舌诊原理、诊脉指法、脉象等教学难度大的章节中运用FLASH动画解析,收到了良好的效果。[第一段]

关键词：《中医学四诊》 FLASH