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核技术 2024年第4期47卷 1-20页

作者：樊亚磊周靖胡志伟王建强张林娟中国科学院上海应用物理研究所上海201800 马克斯-普朗克固体化学物理研究所德国德累斯顿01187 中国科学院大学北京100049

3d过渡金属化合物具有部分填充的3d壳层,展现出丰富多变的物理化学性质,在传感器、磁存储器、光电子器件、光催化以及电化学方面都有着广泛的应用,因此确定和理解它们的电子结构是极其重要的。软x射线吸收谱学的定量解析依赖基于晶体场... 详细信息

3d过渡金属化合物具有部分填充的3d壳层,展现出丰富多变的物理化学性质,在传感器、磁存储器、光电子器件、光催化以及电化学方面都有着广泛的应用,因此确定和理解它们的电子结构是极其重要的。软x射线吸收谱学的定量解析依赖基于晶体场理论和杂化理论的全原子多重态的理论计算方法,可以获取过渡金属及其配体的精细电子结构信息。在这篇综述中,首先简要介绍了软x射线吸收谱学的理论计算的基本原理,关键参数以及谱学计算软件等;随后,讨论了谱学理论计算在解析3d过渡金属化合物电子结构方面的应用,并着重介绍了其在电化学领域的应用。最后,对这一领域未来的发展提出了一些展望。

关键词：软x射线吸收谱过渡金属组态相互作用自旋态晶体场

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硫化锰电子结构的软x射线共振非弹性散射研究

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物理学报 2007年第5期56卷 2986-2991页

作者：周克瑾 Yasuhisa Tezuka E-mail：Cuimq@***崔明启马陈燕赵屹东吴自玉 Akira Yagishita 崔明启中国科学院高能物理研究所北京100049 Department of Advanced Physics Faculty of Science and Technology Hirosaki University Aomori 036-8561 Japan Photon Factory Institute of Materials Structure Science High Energy Accderator Research Organization Oho 1-1 Tsukuba 305-0801 Japan

利用软x射线共振非弹性散射谱(resonant inelastic soft x-ray scattering,RIxS)对3d过渡金属硫化物中的硫化锰(MnS)电子结构进行了研究.通过分析Mn2+的2p63d5→2p53d6→2p63d5二次光子过程,得到了共振非弹性散射谱中的两类非弹性峰,d-... 详细信息

利用软x射线共振非弹性散射谱(resonant inelastic soft x-ray scattering,RIxS)对3d过渡金属硫化物中的硫化锰(MnS)电子结构进行了研究.通过分析Mn2+的2p63d5→2p53d6→2p63d5二次光子过程,得到了共振非弹性散射谱中的两类非弹性峰,d-d电子跃迁和电荷转移(charge-transfer)跃迁.这两部分跃迁分别共振增强于L边附近及伴随峰附近.基于Hartree-Fock方法的多重态计算分别模拟了原子近似下和立方体Oh对称群下共振非弹性散射谱及吸收谱.计算得MnS实际晶体场10Dq值介于0.80eV—0.85eV之间.对MnS和MnOCT跃迁差异的讨论表明MnS较强的CT跃迁来源于其较窄的能隙宽度.

关键词：软x射线共振非弹性散射软x射线吸收谱 d-d跃迁电荷转移

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钴基金属有机框架负极在锂/钠离子电池中的应用

钴基金属有机框架负极在锂/钠离子电池中的应用

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作者：宁艳群华东师范大学

学位级别：硕士

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和充当电子供体的有机配体通过配位键进行组装得到的多孔有机无机杂化材料。由于MOFs具有结构灵活、孔道大小可调以及功能多样等特点,它在近二十年受到了广泛关注。在本文中,我们首先报道了一种通... 详细信息

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和充当电子供体的有机配体通过配位键进行组装得到的多孔有机无机杂化材料。由于MOFs具有结构灵活、孔道大小可调以及功能多样等特点,它在近二十年受到了广泛关注。在本文中,我们首先报道了一种通过简单溶剂热法合成的适用于钠离子电池的花瓣状Co-TDA(TDA=噻吩-2,5-二羧酸)MOF材料。在50 mA g的电流密度下循环100次仍可保留328 mAh g的可逆容量。据我们所知,这是MOFs材料第一次被直接用作钠离子电池负极,并且其循环性能比众多文献报道过的用于钠离子电池的碳材料性能更好。在上述研究的基础上,我们又通过超声法合成了具有超薄纳米片结构的u-CoTDA,并且用于锂离子电池负极。由于u-CoTDA相对于块状b-CoTDA具有结构优势(更薄、比表面积更高),u-CoTDA表现出更高的可逆容量(在1 A g电流密度下循环300次后容量保持在790 mAh g;在2 A g电流密度下循环400次后容量为548 mAh g)以及卓越的倍率性能。最后我们通过硬x射线吸收精细结构谱(xANES)、软x射线吸收谱(sxAS)以及电子顺磁共振谱(EPR)系统地研究了u-CoTDA的氧化还原机制。主要结论如下:(1)xANES研究证明随着Li的嵌入,Co被还原成Co;(2)EPR研究证明在充放电过程中,有离域传导电子生成;(3)O K-edge sxAS的研究证明放电过程中O 2p和Co 3d轨道会重新杂化,且配位氧周围的局域环境在充电时可以逐渐恢复。

关键词：金属有机框架钠离子电池锂离子电池硬x射线吸收精细结构谱电子顺磁共振软x射线吸收谱氧化还原机制

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高性能层状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备与改性研究

高性能层状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备与改性研究

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作者：杨梦楚华东师范大学

学位级别：硕士

发展绿色清洁能源已成为人们解决日益突出的能源和环境问题的重要战略选择。作为一种高效的储能和转化装置,锂离子电池由于工作电压高、能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点已被普遍应用于电动汽车、智能电网等领域。锂离子电池... 详细信息

发展绿色清洁能源已成为人们解决日益突出的能源和环境问题的重要战略选择。作为一种高效的储能和转化装置,锂离子电池由于工作电压高、能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点已被普遍应用于电动汽车、智能电网等领域。锂离子电池的整体性能在很大程度上取决于正极材料,本文通过分析总结锂离子电池正极材料的研究进展及其现状,选择高能量密度、高电压、低成本的层状富锂锰基正极材料xLiMnO·(1-x)LiMO(M=Ni,Co,Mn)为研究对象,针对其充放电循环过程中层状结构向尖晶石相的不可逆转变导致的循环稳定性差、电压衰减快等问题,采用钾离子掺杂对材料进行了改进。我们首先以KCl为钾源,通过混合球磨煅烧合成了表面钾离子掺杂的LiNiMnO。电化学测试表明,该材料在0.1 C(1 C=200 mA g)的电流密度下循环100圈仍可保留260 mAh g的放电比容量,并且原始材料的电压衰减问题也有一定程度的改善。软x射线吸收光谱(sxAS)的研究表明,钾离子表面掺杂可能会促进材料表面产生O,并能促进Mn还原至Mn,从而缓解循环过程中尖晶石相的生成,提高材料循环稳定性。在上述研究基础上,我们采用含钾离子的α-MnO作为前驱体,通过固相法合成了体相掺钾的LiNiMnO,并研究了在900℃温度下不同煅烧时间对最终材料性能的影响。结果表明,烧结时间为12 h时,可得到最优电化学性能的体相掺钾样品,该材料在1 C下循环150次放电比容量仍可达到173.2 mAh g。通过与未掺杂样品比对可发现,钾离子体相掺杂可极大程度抑制层状结构向尖晶石相的转变,缓解电压衰减,提高材料的循环稳定性和倍率性能。

关键词：锂离子电池富锂锰基正极材料层状/尖晶石钾离子掺杂表面掺杂软x射线吸收谱

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