【摘 要】
:
随着我国经济社会的进步,环境污染和能源短缺等问题也在不断加剧,寻找更多清洁能源成为解决这些问题的重要手段。锂离子电池因其具有良好的循环稳定性、高能量密度、环保等特点,在新一代能源材料中引起了广泛关注。然而,目前我国大多数商业化的石墨负极因其较低的理论比容量(372 m A·h/g),很难满足人们的需求。硅是一种最有希望取代传统工业石墨负极的材料,它具有储量丰富、绿色环保等显著优势,其理论比容量高达
论文部分内容阅读
随着我国经济社会的进步,环境污染和能源短缺等问题也在不断加剧,寻找更多清洁能源成为解决这些问题的重要手段。锂离子电池因其具有良好的循环稳定性、高能量密度、环保等特点,在新一代能源材料中引起了广泛关注。然而,目前我国大多数商业化的石墨负极因其较低的理论比容量(372 m A·h/g),很难满足人们的需求。硅是一种最有希望取代传统工业石墨负极的材料,它具有储量丰富、绿色环保等显著优势,其理论比容量高达4200 m A·h/g,但是当它在锂化/脱锂过程中,会带来300%的体积膨胀,直接导致硅颗粒的粉碎和容量的迅速衰减。为了改善硅基材料的缺陷,更好地推动其商业化应用,本文合成了氮化碳载体材料,将硅颗粒负载在氮化碳片层的缝隙以及孔洞中,制备出了硅/氮化碳复合材料(Si@C3N4),并通过葡萄糖混合、碳掺杂、碳纳米管掺杂来对Si@C3N4复合材料的导电性进行改善,来提高硅负极的电化学性能。以尿素、硫脲、三聚氰胺为前聚体,采用热缩聚法制备了三种氮化碳,与硅粉复合后合成Si@C3N4-u、Si@C3N4-t、Si@C3N4-m三种材料。通过比较三种材料的物化性能和电化学性能得出,以硫脲为前聚体合成的氮化碳有着更加合适的片层以及多孔结构,C3N4-t上残留的含S基团还能与硅颗粒能形成氢键,部分硅可以进入片层之间以及大的孔洞中,从而缓解了硅的体积膨胀,使电极的电化学稳定性有所提高。随后探究了不同制备工艺对材料物化性能、电化学性能的影响,优化出最佳的制备方法、原材料比例。当m(Si):m(C3N4)=1:1,采用热缩聚两步法时,以硫脲为前聚体合成的氮化碳与硅复合后的材料(Si@C3N4-t)在500 m A/g的电流密度下,充放电循环200次后,容量可以保持在971.7 m A·h/g。为改善Si@C3N4材料的导电性,分别制备了葡萄糖混合型Si@C3N4-p以及碳掺杂型C/Si@C3N4复合材料,并探究了不同比例的葡萄糖混合对原材料物化性能、复合材料电化学性能的影响。采用葡萄糖混合法制备的Si@C3N4-p(m(葡萄糖):m(硫脲)=0.2:10)材料,孔径大小适中,分布均匀,导电性较好。选用适当比例的葡萄糖混合,不仅可以增加氮化碳片上的孔洞,有利于缓解硅材料的体积膨胀以及电解液的浸润和锂离子的传输,而且葡萄糖碳化后形成的无定形碳掺杂还会提高材料整体的导电性,有利于电子的迁移,提高电化学性能。Si@C3N4-p(m(葡萄糖):m(硫脲)=0.2:10)材料在500 m A/g的电流密度下,充放电循环200次后,容量可以保持在980.7 m A·h/g。为进一步同时提高Si@C3N4材料的导电性以及循环稳定性,在氮化碳中加入了碳纳米管,制备了Si@C3N4/CNT复合材料,并探究了不同比例碳纳米管/氮化碳对于复合材料电化学性能的影响。丰富的CNT与氮化碳片层紧密相连,形成导电框架,这种架构可以很好的提高材料整体的导电性,为电子传输提供丰富的通道。当m(CNT):m(C3N4)=1:1时,形成的三维空间结构稳定,且有足够多的电子传输通道,在500 m A/g的电流密度下,充放电循环200次后,可逆比容量可以保持在1108.1 m A·h/g,容量保有率为63.1%。
其他文献
在结晶过程中,使用有效的方法调控晶体的形貌对工业生产有着十分重要的意义。本文基于溶液结晶过程,以氟啶虫酰胺为模型物质,采用实验和模拟相结合的方法,主要研究了溶剂和添加剂对氟啶虫酰胺晶体形貌的调控作用。为了系统地研究氟啶虫酰胺的结晶过程,本文首先研究了氟啶虫酰胺在不同溶剂中溶解过程的热力学性质,对结晶溶剂进行了初步筛选。采用重量法测定了氟啶虫酰胺在12种纯溶剂(甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异
葡萄糖是人体内最重要的碳水化合物之一,是日常活动的重要能量来源。目前,随着社会的进步和人们生活水平需求的提高,世界上越来越多的人受到糖尿病的困扰。为了有效预防糖尿病的危害并且保障人们的日常生活,有必要监测人们日常生活中血液和食物中的葡萄糖水平,来控制人们的饮食。而传感器是监测葡萄糖水平的重要器件,其中传感器的电极材料为其核心部件。目前,许多传感器材料被广泛的研究,而其中的金属Ni是一种具有良好电化
锂离子电池作为一种新型绿色储能器件已被广泛应用于人们日常生活中。其中,便携式电子设备、电动汽车领域和电网储能技术的不断进步对锂离子电池的性能要求越来越高。富镍三元正极材料(Li NixCoyMn1-x-yO2,x≥0.8),因其具备容量高,成本低等优点引起了人们的广泛关注。然而富镍三元正极材料在使用过程中面临着循环寿命短和热稳定性差等问题,限制了其大规模应用。本文针对上述问题,以LiNi0.8Co
二氧化碳的过量排放引发了全球气候变暖、海平面上升、海洋酸化等一系列环境问题,2020年9月我国在第七十五届联合国大会上提出努力争取在2060年前实现“碳中和”,因此发展绿色经济可持续的方法减少二氧化碳势在必行。利用电化学还原方法将二氧化碳转化为有附加值的化学品是缓解温室效应,实现碳循环的有效途径。尽管近年来电催化还原二氧化碳的研究取得了较大的进展,但走向大规模的生产应用还有很长的发展道路。开发高选
本论文基于大肠杆菌克隆表达体系,通过分子生物学手段对目的蛋白(赖氨酸脱羧酶和漆酶)进行高效表达,并应用于戊二胺的制备和抗生素的降解,为戊二胺的中试放大和其他有机污染物的降解提供有益参考。本论文的主要研究内容如下:(1)赖氨酸脱羧酶的高效表达及其催化合成戊二胺的工艺开发:来源于大肠杆菌(Escherichia coli)的一种名为Cad A的赖氨酸脱羧酶被用来催化赖氨酸制备1,5-戊二胺。基于酶的分
离子液体作为一种绿色环保的溶剂和催化剂,已被应用于化学工业的多个研究领域,尤其在酯交换反应研究中得到了广泛应用。离子液体催化反应精馏结合了离子液体和反应精馏各自的优势,既能提高反应的转化率、降低设备投资,又能减少环境污染,是一种绿色高效的新型反应分离方法。本文研究了磺酸功能化离子液体的酸性,并进行了单一和复盐离子液体催化乙酸甲酯和正己醇酯交换反应的研究,在此基础上进行了以复盐离子液体为催化剂的酯交
生物质转化利用可缓解能源和环境问题,脂肪酸酯经加氢脱氧可制备柴油类烃。通常,加氢脱氧是在外部提供氢气的条件下进行,但氢气在储存和运输等过程中存在安全问题。将原位水相重整制氢和加氢脱氧耦合的原位加氢脱氧技术可避免外部供氢存在的问题。本文开展了以棕榈酸甲酯为模型反应物、甲醇为供氢剂的水相原位加氢脱氧催化剂制备和性能研究。由于苛刻的水热条件易导致催化剂烧结、活性组分流失及结构破坏,本文设计制备了碳包覆镍
低温CO氧化同时具备关键的应用价值和研究意义。铜锰复合氧化物作为常用的CO氧化催化剂,廉价易得且性能优异,通过调控其结构,改变催化剂的物理化学性质及铜锰物种之间的协同效应均能提高CO氧化反应的活性。据此,本论文研究了铜锰基复合氧化物的改性对于CO氧化反应的影响,探究其构效关系。本论文通过对铜锰基复合氧化物的制备条件的探索,得到最优催化剂及其处理条件。对催化剂的结构和表面特征进行了N2吸附-脱附、X
离心萃取是化工过程中重要的单元操作,在过程工业中有着广泛的应用。萃取器的结构对萃取效率有重要影响,然而,目前关于萃取效率的研究较少。本文使用3D打印技术自制的环隙式离心萃取器,以环己烷-异丙醇-水为实验物系,探究了不同结构参数下萃取效率的变化。实验结果表明,当环隙宽度分别为3.0 mm、4.0 mm和5.0 mm时,萃取效率分别为94.5%、89.6%和85.5%。间隙高度从3.0 mm增加到5.
近年来,作为大气污染中的主要污染物之一,一氧化氮(NO)已经引起了严重的环境问题,比如光化学烟雾、酸雨以及臭氧层的破坏等。而当前,去除NO最为广泛的方式是选择性催化还原(SCR)技术,通过使用该技术可以将NO转化为无毒无害的氮气并释放出来。但是,由于SCR技术主要以宝贵的氨(NH3)或氢(H2)作为还原剂,而不是一个理想的方法。因此,借鉴电催化水分解析氢反应(HER)的思路,利用水中的氢源在温和条