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柔性W-O-C/碳气凝胶电极的制备和电催化氧化性能

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稀有金属材料与工程 2023年第4期52卷 1303-1310页

作者：沈忠伟张健力唐谊平曹华珍郑国渠侯广亚浙江工业大学材料科学与工程学院浙江杭州310014

本研究使用细菌纤维素为前驱体制备碳气凝胶(CA),以其作为载体,通过浸渍和高温处理制得了柔性W-O-C/CA和WC/CA复合电极材料,研究了制备工艺对材料形貌、物相和对甲醇电催化氧化性能的影响。随着高温处理温度的上升和保温时间的延长,物... 详细信息

本研究使用细菌纤维素为前驱体制备碳气凝胶(CA),以其作为载体,通过浸渍和高温处理制得了柔性W-O-C/CA和WC/CA复合电极材料,研究了制备工艺对材料形貌、物相和对甲醇电催化氧化性能的影响。随着高温处理温度的上升和保温时间的延长,物相变化为:钨前驱体→钨氧化物(WO_(3)、WO_(3-x)、WO_(2))→W→WCx→WC。在700℃保温2 h制得的柔性电极,负载颗粒主要物相为缺氧钨氧化物(WO_(3-x))、WO_(2)和少量碳化钨(WC),具有良好的甲醇电催化性能和长循环稳定性,0.8 V下电流密度为76.5 mA·cm^(-2),1000次循环后峰电流密度保持初始值的88%,有望用于便携式或微型甲醇燃料电池阳极。

关键词：甲醇电氧化碳气凝胶催化电极碳化钨

纳米金刚石/竖立石墨烯复合三维电极的制备及电化学性能研究

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物理学报 2022年第19期71卷 328-337页

作者：蒋梅燕王平陈爱盛陈成克李晓鲁少华胡晓君浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

金刚石/石墨烯复合电极因能发挥金刚石组分的低背景电流和宽电势窗口,且兼具石墨组分的高电化学活性,引起了人们的广泛关注.本文采用热丝化学气相沉积方法,通过调控短时生长时间,在纳米金刚石单颗粒层表面的竖立石墨烯片中嵌入纳米金刚... 详细信息

金刚石/石墨烯复合电极因能发挥金刚石组分的低背景电流和宽电势窗口,且兼具石墨组分的高电化学活性,引起了人们的广泛关注.本文采用热丝化学气相沉积方法,通过调控短时生长时间,在纳米金刚石单颗粒层表面的竖立石墨烯片中嵌入纳米金刚石,形成复合三维电极.结果表明,当竖立石墨烯片顶部生长了纳米金刚石时,电极显示较宽的电势窗口(3.59 V)和极低的背景电流(1.27 mA/cm^(2)),片层顶部少层石墨包覆纳米金刚石晶粒的复合结构是拓宽电势窗口和降低背景电流的关键.随着生长时间延长,竖立片层长大,纳米金刚石晶粒嵌入到片层中,构建了新型的纳米金刚石/石墨烯复合竖立片层结构;有序的石墨结构使得电化学活性面积增大为677.19μC/cm^(2)和比电容增至627.34μF/cm^(2),石墨组分增多使得电势窗口变窄,嵌入片层中的纳米金刚石有效地降低背景电流.本研究提供了一种热丝化学气相沉积方法制备纳米金刚石/石墨烯复合三维电极的新方法,并为充分发挥金刚石/石墨烯复合薄膜的协同效应提供了一种新思路.

关键词：纳米金刚石竖立石墨烯电极电化学性能

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生物质炭材料在金属锂负极中的应用

新型炭材料（中英文） 2022年第4期37卷 658-674页

作者：刘奥刘铁峰袁华栋王垚刘育京罗剑敏佴建威陶新永浙江工业大学材料科学与工程学院浙江杭州310014

金属锂具有超高理论容量和最低还原电位,被认为是高能量密度电池负极材料的“圣杯”。然而,由于金属锂无宿主、锂枝晶不可控生长、固态电解质界面膜(SEI膜)不稳定以及“死锂”累积等一系列问题,严重制约着金属锂负极的实用化进程。生物... 详细信息

金属锂具有超高理论容量和最低还原电位,被认为是高能量密度电池负极材料的“圣杯”。然而,由于金属锂无宿主、锂枝晶不可控生长、固态电解质界面膜(SEI膜)不稳定以及“死锂”累积等一系列问题,严重制约着金属锂负极的实用化进程。生物质炭材料具有高机械强度、高导电性、高比表面积和良好的化学稳定性等特性,是金属锂宿主材料的理想候选者之一。本文综述了近年来利用生物质炭材料构建金属锂沉积骨架的研究进展。通过讨论生物质炭材料的结构、孔隙大小、孔隙率及亲锂基团修饰等对抑制金属锂枝晶生长,构筑循环稳定金属锂负极的影响,总结生物质炭材料的合理设计和应用,提出了生物质炭材料未来发展的趋势以及所面临的挑战。

关键词：锂金属负极生物质炭材料 SEI膜锂枝晶

超临界CO_(2)流体辅助合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料及储锂性能

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复合材料学报 2023年第1期40卷 171-179页

作者：卢铚航马俊凯杨刚锋夏阳甘永平张俊张文魁黄辉浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

硅碳负极是未来锂离子电池材料发展的重点方向之一,本文针对传统球磨法制备硅碳负极复合不均匀、界面融合差等问题,提出了一种超临界二氧化碳(scCO_(2))流体介质球磨合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料的新方法。研究发现,纳米硅和中间相... 详细信息

硅碳负极是未来锂离子电池材料发展的重点方向之一,本文针对传统球磨法制备硅碳负极复合不均匀、界面融合差等问题,提出了一种超临界二氧化碳(scCO_(2))流体介质球磨合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料的新方法。研究发现,纳米硅和中间相碳微球(MCMB)在scCO_(2)介质球磨混合过程中,CO_(2)和Fe反应先得到均匀分散的Si-FeCO_(3)-C前驱体,然后FeCO_(3)原位高温固相分解得到Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料。同时,在scCO_(2)流体渗透下,MCMB剥离成石墨片,并与纳米硅和Fe-Fe_(3)O_(4)实现较好的界面融合,Fe-Fe_(3)O_(4)的引入显著提升了硅碳负极的储锂容量、循环稳定性和倍率性能,Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料在0.2 A·g^(-1)下100次循环后可逆容量保持在1065 mA·h·g^(-1)。本方法利用超临界流体渗透性好、扩散能力强等特点,合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发潜力。

关键词：硅碳负极超临界流体 CO_(2) Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料储锂性能

基于TNTs中间层的钌铱钽氧化物阳极制备及强化寿命研究

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表面技术 2022年第2期51卷 384-391页

作者：俞益航王新令励蓉曹华珍浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

目的通过TNTs(TiO_(2)纳米管阵列)中间层的引入以及涂层成分调控,制备具有优异析氯性能的长寿命金属氧化物阳极。方法采用阳极氧化法及热处理工艺,在钛基体上原位生长导电性良好、化学性质稳定的TiO_(2)纳米管阵列,进而通过涂覆、热分... 详细信息

目的通过TNTs(TiO_(2)纳米管阵列)中间层的引入以及涂层成分调控,制备具有优异析氯性能的长寿命金属氧化物阳极。方法采用阳极氧化法及热处理工艺,在钛基体上原位生长导电性良好、化学性质稳定的TiO_(2)纳米管阵列,进而通过涂覆、热分解法制备不同组成的RuIrTa氧化物复合电极。利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)等仪器,对电极的微观形貌、成分及晶体结构进行表征。借助循环伏安曲线、加速腐蚀试验研究电极的析氯活性及强化寿命,重点考察了涂覆液配比以及涂覆量等对电极性能的影响,并通过析氯实验研究了所制备的氧化物阳极对水体中氯离子的降解效率。结果TNTs中间层可以有效减小电极表面涂层的裂纹数量及裂缝间隙,所制备的含TNTs中间层的RuIrTa氧化物电极强化寿命优于无中间层氧化物电极。涂层中Ta的引入可进一步提高电极的强化寿命,但会导致电极的电化学活性降低。此外,适宜的涂覆量是制备均匀涂层的关键,涂覆量过多将导致活性成分利用低、涂层龟裂。综合考虑,涂覆量为4.5 g/m^(2)、Ru∶Ir∶Ta(物质的量比)=3∶7∶1的复合电极的综合性能较佳,不仅析氯活性高,且强化寿命长,可用于水体中微量氯的电解。结论基于TNTs中间层的钌铱钽氧化物阳极具有优异的稳定性和电化学活性。

关键词：金属氧化物电极 TNTs中间层钽析氯强化寿命

高硼/钇合金化提高FeAl基金属间化合物多孔材料的抗氧化性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第8期32卷 2620-2633页

作者：张惠斌余航马俊良王龙飞徐圣航郑国渠浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

利用反应合成法制备高铬(Cr)、硼(B)、钇(Y)复合合金化的B2结构FeAl基金属间化合物多孔材料,通过研究FeAl基多孔材料氧化后的孔结构演变、氧化动力学和氧化膜构型,探讨其高温氧化行为。结果显示,添加高含量合金元素Cr、B和Y后,FeAl多孔... 详细信息

利用反应合成法制备高铬(Cr)、硼(B)、钇(Y)复合合金化的B2结构FeAl基金属间化合物多孔材料,通过研究FeAl基多孔材料氧化后的孔结构演变、氧化动力学和氧化膜构型,探讨其高温氧化行为。结果显示,添加高含量合金元素Cr、B和Y后,FeAl多孔材料在600~800℃下氧化增质显著降低。富集在氧化膜表面的B和偏聚在氧化膜与基体界面处的Y共同促进多孔材料表面形成薄且具有优异防护性的结节状α-Al_(2)O_(3)氧化膜。研究表明,引入较高含量的活性元素如B和Y有利于FeAl金属间化合物在较低氧化温度和无预处理的情况下选择性生长单一的α-Al_(2)O_(3)氧化膜。

关键词： FeAl 金属间化合物钇高温滤材氧化多孔材料

不同h-BN含量Ni-P-WS_(2)-BN化学镀层的组织结构及磨损性能

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表面技术 2022年第8期51卷 284-290页

作者：杨芳儿蔡晨镔黄寅迪郑晓华浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

目的通过化学镀共沉积技术在Ni-P-WS_(2)镀层中引入六方氮化硼(h-BN)纳米粉末,以进一步提升其硬度和耐磨性,改善其摩擦学性能。方法将六方氮化硼(h-BN)纳米粉末与二硫化钨(WS_(2))纳米粉末共沉积制备Ni-P-WS_(2)-BN复合镀层,并对其进行... 详细信息

目的通过化学镀共沉积技术在Ni-P-WS_(2)镀层中引入六方氮化硼(h-BN)纳米粉末,以进一步提升其硬度和耐磨性,改善其摩擦学性能。方法将六方氮化硼(h-BN)纳米粉末与二硫化钨(WS_(2))纳米粉末共沉积制备Ni-P-WS_(2)-BN复合镀层,并对其进行400℃×1 h的惰性气氛热处理。采用扫描电镜、X射线衍射仪、摩擦磨损试验机等对镀层的化学成分、组织结构及摩擦学性能进行表征,考察h-BN用量及热处理对复合镀层的影响。结果随着镀液中h-BN用量的增加,镀层中h-BN含量持续上升,镀层的表面粗糙程度先升高、后降低,胞块结构有致密化倾向,硬度由321HV_(0.1)上升至522HV_(0.1),磨损率从1.82×10^(-13)m^(3)/(N·m)降至0.95×10^(-13)m^(3)/(N·m),平均摩擦因数介于1.61~2.00,且呈先降后升的趋势(h-BN用量为3.0 g/L时达到最小值)。经热处理后,镀层硬度可达457~822HV_(0.1),磨损率从1.24×10^(-13)m^(3)/(N·m)降至0.31×10^(-13)m^(3)/(N·m),平均摩擦因数降至0.93~1.29。复合镀层的磨损以磨粒磨损机制为主。结论h-BN粉末的共沉积和400℃退火处理可显著提高复合镀层的硬度和耐磨性,大幅度降低摩擦因数和磨损率,改善复合镀层的综合性能。

关键词：六方氮化硼二硫化钨镍磷合金化学镀热处理磨损率

氧化对单颗粒层纳米金刚石薄膜硅空位发光和微结构的影响

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物理学报 2019年第16期68卷 335-343页

作者：陈隆陈成克李晓胡晓君浙江工业大学材料科学与工程学院

制备了单个颗粒(domain)组成的纳米金刚石薄膜,薄膜中单个颗粒由尺寸超过 100 nm 的金刚石晶粒与非晶碳复合而成.对薄膜进行氧化处理后,其硅空位色心的光致发光强度增强了 22.7 倍.扫描电镜及拉曼光谱测试结果表明,不同时间氧化后的样... 详细信息

制备了单个颗粒(domain)组成的纳米金刚石薄膜,薄膜中单个颗粒由尺寸超过 100 nm 的金刚石晶粒与非晶碳复合而成.对薄膜进行氧化处理后,其硅空位色心的光致发光强度增强了 22.7 倍.扫描电镜及拉曼光谱测试结果表明,不同时间氧化后的样品中存在由尺寸超过 100 nm 的晶粒组成的花瓣状金刚石聚集体,这些金刚石在较长氧化时间下仍能保持稳定.氧化后的薄膜内非晶碳大大减少,金刚石含量增大,纳米金刚石晶粒充分暴露引起了薄膜发光强度大幅增强,其发光半峰宽为 5.6 6.0 nm.继续增加氧化时间,薄膜的光致发光会因为部分细小纳米金刚石晶粒的损失而略微降低,但是稳定的大尺寸金刚石晶粒的存在使得薄膜的发光强度依然维持在氧化前的 8.3 倍以上.

关键词：金刚石硅空位色心氧化光致发光

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银纳米线透明导电薄膜的失效机理研究

无机材料学报 2019年第12期34卷 1257-1264页

作者：叶长辉顾瑜佳王贵欣毕丽丽浙江工业大学材料科学与工程学院

银纳米线透明导电薄膜材料作为新兴的无铟电极材料,以其优越的光电性能和力学柔韧性,在显示器件、触控面板、太阳能电池、智能加热和电磁屏蔽等领域崭露头角,吸引越来越多的来自科研界及产业界的关注。然而,银纳米线透明导电薄膜在应用... 详细信息

银纳米线透明导电薄膜材料作为新兴的无铟电极材料,以其优越的光电性能和力学柔韧性,在显示器件、触控面板、太阳能电池、智能加热和电磁屏蔽等领域崭露头角,吸引越来越多的来自科研界及产业界的关注。然而,银纳米线透明导电薄膜在应用中面临着较为严重的稳定性问题,主要表现为容易被痕量含硫气体腐蚀,在300℃以上的温度下纳米线出现断裂和球形化等结构失稳现象,在紫外光照条件下腐蚀及球形化加剧,在加载电场条件下出现离子迁移并产生孔洞及断裂现象。本文详细介绍了以上各种失效现象,分析了失效的微观机制,介绍了解决各种失效现象的具体措施。银纳米线透明导电薄膜失效行为的研究,有助于进一步推动该材料的实际应用进程。

关键词：银纳米线透明导电薄膜失效机理电迁移硫化综述