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聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

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材料导报 2024年第1期38卷 10-16页

作者：周宇祥施天宇赵晨媛尹海宏宋长青郁可南通大学信息科学技术学院江苏南通226019 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论... 详细信息

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

关键词：锂硫电池硫化锌正极聚苯胺

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固结磨料研磨硫化锌的亚表面损伤预测分析

红外与激光工程 2022年第5期51卷 380-388页

作者：张羽斐王子琨胡伟栋牛凤丽朱永伟南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

研磨抛光后产生的工件亚表面损伤是评价工艺优劣及确定加工余量的主要参考,因此对亚表面损伤准确的预测有助于提高加工效率。采用离散元法对典型的软脆材料硫化锌固结磨料研磨过程中产生的亚表面损伤进行模拟,预测不同粒径金刚石加工工... 详细信息

研磨抛光后产生的工件亚表面损伤是评价工艺优劣及确定加工余量的主要参考,因此对亚表面损伤准确的预测有助于提高加工效率。采用离散元法对典型的软脆材料硫化锌固结磨料研磨过程中产生的亚表面损伤进行模拟,预测不同粒径金刚石加工工件后的亚表面微裂纹层深度。利用角度抛光法将工件抛光出一个斜面,作为亚表面损伤观测平面,通过盐酸的腐蚀使亚表面微裂纹显现,在金相显微镜下寻找微裂纹消失的终点位置并转换成亚表面微裂纹层深度,对仿真结果进行实验验证。结果表明:粒径为5、15、25、30μm的磨粒造成的亚表面微裂纹层深度预测值分别为2.28、3.62、5.93、7.82μm,角度抛光法实测值分别为2.02、3.98、6.27、8.27μm。以上结果表明磨粒粒径对硫化锌亚表面损伤情况有很大的影响,随着磨粒粒径的增大,亚表面微裂纹深度增加,微裂纹数量增多。离散元法预测值与实测值偏差范围处在5%~15%之间,利用离散元法能有较为准确的预测软脆材料硫化锌加工后的亚表面损伤情况,为其研抛工艺的制定提供参考。

关键词：软脆材料硫化锌离散元法亚表面损伤

二硫化钼/硫化锌纳米粉体的制备及其改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2022年第2期42卷 265-274页

作者：何国荣袁军亚李勇吴良飞门学虎兰州大学物理科学与技术学院甘肃兰州730000 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

采用一步水热法设计制备了二硫化钼/硫化锌(MoS_(2)/ZnS)纳米杂化体,并利用热压成型技术得到聚酰亚胺/二硫化钼/硫化锌(PI/MoS_(2)/ZnS)复合材料.采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及光电子能谱仪对所制备材料的形貌... 详细信息

采用一步水热法设计制备了二硫化钼/硫化锌(MoS_(2)/ZnS)纳米杂化体,并利用热压成型技术得到聚酰亚胺/二硫化钼/硫化锌(PI/MoS_(2)/ZnS)复合材料.采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及光电子能谱仪对所制备材料的形貌和化学组成进行表征,结果表明MoS_(2)纳米薄片均匀致密地包覆在ZnS纳米颗粒表面.热重分析和差示扫描量热曲线结果表明,MoS_(2)/ZnS纳米杂化体的引入显著地提升了PI基体的热稳定性能.摩擦磨损测试结果表明,三种填料(MoS_(2),ZnS和MoS_(2)/ZnS)均能有效改善PI基体的摩擦学性能,其中MoS_(2)/ZnS纳米杂化体的增强效应最为显著,这主要归因于MoS_(2)纳米片和ZnS纳米粒子之间的协同增强效应.当MoS_(2)/ZnS纳米杂化体的质量分数为1.5%时,PI/MoS_(2)/ZnS复合材料的摩擦学性能达到最优,相较于纯的PI,复合材料的摩擦系数和磨损率分别下降了15.9%和34.3%.

关键词：聚酰亚胺二硫化钼硫化锌一步水热法摩擦磨损

单相硫化锌量子点制作白光发光二极管(WQLEDs)

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化学学报 2023年第10期81卷 1327-1333页

作者：李奎琛郑开元何静嘉金泽浩何秋王丽丽东北林业大学化学化工与资源利用学院哈尔滨150000 四川大学材料科学与工程学院成都610000

制备不含稀土元素、价格低廉且对环境友好的单相量子点发光材料,对于实现白光量子点二极管(WQLEDs)的大规模商业化应用至关重要.用一步水热法合成了硫化锌量子点(ZnS-QDs),其热分解温度高达680℃,荧光量子产率为16.3%.通过紫外吸收光谱... 详细信息

制备不含稀土元素、价格低廉且对环境友好的单相量子点发光材料,对于实现白光量子点二极管(WQLEDs)的大规模商业化应用至关重要.用一步水热法合成了硫化锌量子点(ZnS-QDs),其热分解温度高达680℃,荧光量子产率为16.3%.通过紫外吸收光谱和理论计算探讨了ZnS-QDs的锌空位发光机理,并制备出发标准白光的WQLEDs,工作电流在300 mA时的国际照明委员会(CIE)坐标为(0.3725,0.4006),显色指数(CRI)为76.6,相关色温(CCT)为4500 K,三色比(R,G,B)为R=14.6%,G=83.5%,B=1.8%,红绿蓝三种颜色中绿光占比最多,蓝光含量最少,有利于眼睛的保护.该研究实现了使用无稀土掺杂的单相量子点制备WQLEDs的目标.

关键词：单相量子点硫化锌发光二极管(LED) 白光量子点二极管

闪锌矿结构的硫化锌修饰隔膜在锂硫电池中的应用

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化工新型材料 2022年第12期50卷 104-108,116页

作者：杨道通吴桐贾铭勋秦小茜刘景海内蒙古民族大学化学与材料学院纳米创新研究院内蒙古自治区纳米碳材料重点实验室锂硫电池储能内蒙古自治区工程研究中心通辽028000

锂硫电池作为新一代锂二次电池拥有更为广阔的发展前景,但其本身也存在一定缺陷。例如,发生在锂硫电池内部的穿梭效应,严重影响了电池的电化学性能。采取适用于工业化生产的简单方法,一步固相法合成硫化锌(ZnS),将其用于隔膜的表面修饰... 详细信息

锂硫电池作为新一代锂二次电池拥有更为广阔的发展前景,但其本身也存在一定缺陷。例如,发生在锂硫电池内部的穿梭效应,严重影响了电池的电化学性能。采取适用于工业化生产的简单方法,一步固相法合成硫化锌(ZnS),将其用于隔膜的表面修饰。结果表明,合成的ZnS是闪锌矿结构,具有不规则的块体形貌,将其涂布在隔膜正极侧表面能够有效抑制锂硫电池的穿梭效应,改善电化学循环寿命,0.1C下首次放电比容量为1090mAh/g, 1C倍率下为600mAh/g,在0.5C下,可以稳定循环1000圈,平均每圈衰减率仅为0.057%。

关键词：锂硫电池穿梭效应隔膜修饰硫化锌

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硫化锌氧压浸出渣硫-银分离的浮选实验研究

矿产综合利用 2023年

作者：王琪淼先永骏刘全军谢庭芳王国栋呼伦贝尔驰宏矿业有限公司昆明理工大学国土资源工程学院

呼伦贝尔驰宏矿业有限公司的硫化锌矿氧压浸出渣堆存量和产量大，其中含硫44.33%，含银192 g/t；硫主要以硫磺（75.24%）的形式存在，银主要呈微细粒分布于铅矾和铅铁矾中，是极具价值的二次资源，有效地分选富集浸出渣中的硫和含银矿... 详细信息

呼伦贝尔驰宏矿业有限公司的硫化锌矿氧压浸出渣堆存量和产量大，其中含硫44.33%，含银192 g/t；硫主要以硫磺（75.24%）的形式存在，银主要呈微细粒分布于铅矾和铅铁矾中，是极具价值的二次资源，有效地分选富集浸出渣中的硫和含银矿物对后续提高浸出渣有价元素的综合提取效率具有重要意义。本文根据浸出渣的性质，结合当前的硫浮选生产工艺，开展硫-银浮选分离实验研究。在优化的实验条件下，小型闭路实验获得精矿硫品位86.24%，硫回收率93.35%；精矿含银67 g/t，银回收率14.93%。工业实验最终获得了含硫81.52%，含银75 g/t，硫和银回收率分别为91.71%和17.37%的精矿；尾矿含硫9.02%，银和铅在尾矿得到了良好富集，品位分别为银436.63 g/t，铅5.74%，实验指标较之前生产得到了显著提高。

关键词：硫化锌氧压浸出浸出渣浮选分离硫磺含银矿物工业实验

硫化锌表面微结构抗反射特性的理论模拟及制备

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光子学报 2023年第7期52卷 67-75页

作者：罗兴李明毛建勇中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 西安交通大学电子科学与工程学院西安710049

针对硫化锌表面微纳米结构在中远红外波段7~10μm的增透性能开展理论及实验研究。基于时域有限差分软件建立物理模型,理论研究微结构参数变化对减反性能产生的影响,依据红外光谱值分布图宏观展示微结构参数与透过率的关系。利用飞秒激... 详细信息

针对硫化锌表面微纳米结构在中远红外波段7~10μm的增透性能开展理论及实验研究。基于时域有限差分软件建立物理模型,理论研究微结构参数变化对减反性能产生的影响,依据红外光谱值分布图宏观展示微结构参数与透过率的关系。利用飞秒激光在空气环境中制备不同规格的微纳米结构阵列,通过实验实现了设计的结构。分别测试样品在中远红外波段7~10μm范围内透过率,其中8μm的网格结构在8.5~10μm波段的平均透过率可提高4%,在10μm波长处透过率提升7%。实验结果表明所制备的结构具有良好的抗反射性能。对比结果显示实验所示透过率变化趋势与仿真结果具有一致性。

关键词：飞秒激光时域有限差分法增透性抗反射微结构硫化锌

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单相硫化锌量子点制作白光LEDs

化学学报 2023年

作者：李奎琛郑开元何静嘉金泽浩何秋王丽丽四川大学材料科学与工程学院东北林业大学化学化工与资源利用学院

制备不含稀土元素，价格低廉且对环境友好的单相量子点发光材料，对于实现白光量子点二极管(WQLEDs)的大规模商业化应用至关重要。本研究用一步水热法合成了硫化锌量子点(ZnS-QDs)，其热分解温度高达680 ℃，荧光量子产率为16.3%。通过... 详细信息

制备不含稀土元素，价格低廉且对环境友好的单相量子点发光材料，对于实现白光量子点二极管(WQLEDs)的大规模商业化应用至关重要。本研究用一步水热法合成了硫化锌量子点(ZnS-QDs)，其热分解温度高达680 ℃，荧光量子产率为16.3%。通过紫外吸收光谱和理论计算探讨了ZnS-QDs的锌空位发光机理，并制备出发标准白光的WQLEDs，工作电流在300 mA时的国际照明委员会(CIE)坐标为(0.3725， 0.4006)，显色指数(CRI)为76.6，相关色温(CCT)为4500 K，三色比(R， G， B)为(R=14.6%， G=83.5%， B=1.8%)，红绿蓝三种颜色中绿光占比最多，蓝光含量最少，有利于眼睛的保护。该研究实现了使用无稀土掺杂的单相量子点制备WQLEDs的目标。

关键词：单相量子点硫化锌 LEDs 白光量子点二极管

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纳米硫化锌的制备及应用研究进展

化工新型材料 2022年第S1期50卷 28-35页

作者：郑勤勤魏士平中国地质大学(北京)海洋学院北京100083

硫化锌是一种重要的Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,其带隙宽度大、电子迁移率高,并且化学稳定性好,在场致发射、光催化、传感器、生物医学等领域具有广泛的应用。如何制备粒径可控、分布均匀、性能优异以及稳定性高的硫化锌纳米材料是当前... 详细信息

硫化锌是一种重要的Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,其带隙宽度大、电子迁移率高,并且化学稳定性好,在场致发射、光催化、传感器、生物医学等领域具有广泛的应用。如何制备粒径可控、分布均匀、性能优异以及稳定性高的硫化锌纳米材料是当前研究的热点之一。综述了纳米硫化锌的制备方法,对物理、化学、物理化学以及生物合成法的优缺点进行比较,阐述了硫化锌纳米材料的特性及其在各个领域的应用现状,并对其发展趋势进行了展望。

关键词：硫化锌纳米材料制备应用