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化学研究 2019年第3期30卷 301-309页

作者：钟佳来庆学苏齐唐泽明严嘉诚梁彦瑜南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏省能量转换材料与技术重点实验室江苏南京211106 江苏省先进无机功能复合材料协同创新中心江苏南京211816

通过静电纺丝辅助后处理策略开发了Co和N掺杂碳纳米纤维(N-Co@CNFs)的高效ORR催化剂.该方法可以有效提高氮的掺杂水平,优化氮掺杂位的状态,生成高活性的石墨氮主导位点,提高碳纳米纤维骨架的石墨化程度.同时,在一维碳纳米纤维的独特高... 详细信息

通过静电纺丝辅助后处理策略开发了Co和N掺杂碳纳米纤维(N-Co@CNFs)的高效ORR催化剂.该方法可以有效提高氮的掺杂水平,优化氮掺杂位的状态,生成高活性的石墨氮主导位点,提高碳纳米纤维骨架的石墨化程度.同时,在一维碳纳米纤维的独特高度开放的骨架上实现高活性的氮掺杂位点和钴基位点合理整合.这种独特的纳米结构使得制备的N-Co@CNF具有优异的电催化活性、四电子选择性和在碱性电解质中的稳定性.

关键词：氮掺杂碳静电纺丝合成后处理氧还原反应电催化

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钒基和磷基负极材料的合成、改性及电化学性能研究

钒基和磷基负极材料的合成、改性及电化学性能研究

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作者：胡玲湖北大学

学位级别：硕士

随着现代社会的快速增长,能源需求日益加剧,带来了能源枯竭、环境污染等严重问题。在这种情况下,以风能、太阳能和生物乙醇等新的清洁可再生能源受到了人们的关注,因而良好的储能设备自然也成为全球关注的焦点。由于锂离子电池(LIBs)具... 详细信息

随着现代社会的快速增长,能源需求日益加剧,带来了能源枯竭、环境污染等严重问题。在这种情况下,以风能、太阳能和生物乙醇等新的清洁可再生能源受到了人们的关注,因而良好的储能设备自然也成为全球关注的焦点。由于锂离子电池(LIBs)具有很高的比能量以及较高的工作电压,因而在手机、电动工具等储能设备中得到广泛应用。而制约着锂离子电池性能的因素很多,比如负极材料。负极材料的选择对电池的比容量起着关键的作用。因而开发性能优良的替代负极材料是是实现锂离子电池广泛应用中的一项关键任务。而储存丰富、价格低廉的钒基和磷基负极材料比如钒酸盐材料以及具有稳定结构的磷酸盐材料受到了大家的广泛关注。本文以BiVO、Bi PO以及Sb PO材料为实验对象,通过合成及其他相关的改性实验和电化学性能测试得出了系列结论,具体内容如下:(1)采用混合溶剂热法制备了纯的BiVO材料。其中原料使用的是Bi(NO)·5HO和NHVO。并对制备的BiVO材料进行了相关的电化学方面的测试,结果发现在电流密度为0.1 A/g的测试条件下,BiVO材料的初始放电比容量为824.5 m A h/g。然而经过200圈后衰减至112.6 m A h/g。因此BiVO材料的循环性能较差,需要对其进行改性。本文通过合成的BiVO与不同质量的碳纳米管(CNTs)复合,形成相应的BiVO/CNTs(BVO/C)复合材料。对所期望的化合物进行了表征,并对其电化学性能进行了测试。结果发现BVO/C复合材料在充放电过程中由于材料在充放电过程中电极的活化导致电池的比容量均存在先下降后上升的情况,并且当BiVO与CNTs的质量比为1:0.1时所形成的BVO/C-2复合材料,用于电池负极材料时所产生的电化学性能是最好的,其初始比容量为956 m A h/g。在此之后,它的比容量降至502.3 m A h/g后不断上升。当循环200次后,BVO/C-2复合材料的比容量保持在984.3 m A h/g左右。在电流为1 A/g的测试条件下,BVO/C-2复合材料即使在充放电循环700圈后,它仍然可以达到340 m A h/g的比容量。可见,通过与适量的碳纳米管(CNTs)复合可以改善其电化学性能,因此BVO/C-2复合材料是具有探究价值的负极材料。(2)以Bi(NO)·5HO和Na HPO·2HO为原料,水和乙二醇为混合溶剂,在温度160℃的条件下进行混合溶剂热反应,反应时间为18 h,合成了纯的Bi PO材料。通过对其进行电化学性能测定。结果表明:Bi PO材料的电化学性能比较差,当电流密度为0.1 A/g时,Bi PO材料的初始放电比容量仅仅为728.5 m A h/g。而当它循环200圈后,比容量仅剩326.8 m A h/g。因此,需要对Bi PO材料进行改性。本课题以过硫酸铵为引发剂,通过与不同质量的吡咯单体混合溶剂热反应合成了磷酸铋/聚吡咯(Bi PO/PPy)前驱体,然后在氩气环境下400℃加热3 h,得到了Bi PO/NC复合材料。对所期望的化合物进行了表征,并对其电化学性能进行了测试。结果发现当Bi PO与吡咯的质量比为0.1:0.291,在所有材料中BPO/NC-3的电化学性能是最好的。它的初始放电比容量为1101.1 m A h/g,并且材料在充放电循环过程中由于电极的活化现象因而比容量出现先下降后上升的情况。循环200圈后材料的放电比容量可达到780.4 m A h/g,相比于纯的BPO材料来说,BPO/NC-3材料的放电比容量大大提升,因此BPO/NC-3复合材料是有应用前景的负极材料。(3)以SbCl和NHHPO为原料,乙二醇为溶剂,在180℃的条件下进行溶剂热反应合成纯的Sb PO材料。将聚丙烯腈(PAN)与不同含量的Sb PO在DMF溶剂中混合后所得的溶液在一定条件下,采用静电纺丝的方法合成了相应的前驱体。然后将合成的前驱体在400℃时,控制氩气氛的条件下煅烧4 h合成了Sb PO/NC(SPO/NC)复合材料。对所期望的化合物进行了表征,并对其电化学性能进行了测试。结果发现:当Sb PO与聚丙烯腈(PAN)的质量比为0.2:0.4时,所得到的SPO/NC-2复合材料的性能是最好的。在电流控制为0.1 A/g的测试条件下,SPO/NC-2复合材料可以获得1255.7 m A h/g的初始比容量。此外,在循环200次后,SPO/NC-2复合材料仍能维持855.9 m A h/g的比容量。并且在1 A/g时,循环500次,SPO/NC-2复合材料的比容量可保持在458 m A h/g左右。因此,通过静电纺丝结合煅烧法所合成的SPO/NC-2复合材料是具有发展潜力的负极材料。

关键词：锂离子电池溶剂热合成静电纺丝合成负极材料电化学性能

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