多孔氮化钛用于高效限硫载体
刘瑞卿, 刘文秀, 谢坤, 刘逸然, 程慧, 王筱瑜, 田辰旭, 林秀婧, 冯晓苗
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20230441
通过简便、高效、可规模化的一步高温氮化法,利用高温烧结使二氧化钛(TiO2)粉末在转化成氮化钛(TiN)的同时形成连续的三维多孔网络,具有良好的导电性和高孔隙率。作为高效限硫载体,连续的三维多孔TiN网络不仅能有效增加电子传输路径、增强电子转移、促进离子迁移,而且能够从物理限域和化学吸附两方面对多硫化锂的穿梭效应进行强有力的限制,同时有效提高了硫的负载量。制备的高导电性、高硫负载硫正极展现出较高的放电容量和优异的循环稳定性能。
关键词: 锂硫电池, 高温烧结, 二氧化钛, 氮化钛, 三维多孔材料
Constructing a one-dimensional Cu-coordination polymer-based cathode material for Li-ion batteries
Qingyan JIANG, Yanyong SHA, Chen CHEN, Xiaojuan CHEN, Wenlong LIU, Hao HUANG, Hongjiang LIU, Qi LIU
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240004
A novel one-dimensional (1D) polycarbonyl coordination polymer [Cu(BGPD)(DMA)(H2O)]·DMA (named Cu-BD, H2BGPD=N, N′-bis(glycinyl)pyromellitic diimide; DMA=dimethylacetamide) was synthesized, and evaluated as a cathode material for lithium - ion batteries (LIBs) for the first time. The electrochemical performance study revealed that the Cu-BD cathode exhibited better cycling stability and a specific capacity of 50 mAh·g-1 after 100 cycles at a current density of 50 mA·g-1. The study of the reaction mechanism for the Cu-BD electrode discloses that both BGPD2- ligands and Cu(Ⅱ) ions may take part in the electron-transfer process during charging and discharging.
关键词: Cu(Ⅱ), coordination polymer, carbonyl compound, lithium-ion battery, electrode material
Nitrogen-doped 3D graphene-carbon nanotube network for efficient lithium storage
Jie XIE, Hongnan XU, Jianfeng LIAO, Ruoyu CHEN, Lin SUN, Zhong JIN
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240216
A 3D nitrogen-doped graphene/multi-walled carbon nanotube (CS-GO-NCNT) crosslinked network material was successfully synthesized utilizing chitosan and melamine as carbon and nitrogen sources, concomitant with the incorporation of multi-wall carbon nanotubes and employing freeze drying technology. The material amalgamates the merits of 1D/2D hybrid carbon materials, wherein 1D carbon nanotubes confer robustness and expedited electron transport pathways, while 2D graphene sheets facilitate rapid ion migration. Furthermore, the introduction of nitrogen heteroatoms serves to furnish additional active sites for lithium storage. When served as an anode material for lithium-ion batteries, the CS-GO-NCNT electrode delivered a reversible capacity surpassing 500 mAh·g-1, markedly outperforming commercial graphite anodes. Even after 300 cycles at a high current density of 1 A·g-1, it remained a reversible capacity of up to 268 mAh·g-1.
关键词: graphene, carbon nanotube, hybrid material, anode, lithium-ion battery
多组分二共轭金属有机骨架的研究进展
霍然, 张兆辉, 苏熹, 陈龙
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240195
多组分二维共轭金属有机骨架(MTV 2Dc-MOFs)是一类由多种有机配体和金属节点通过配位键周期性组装而成的新型多孔晶态材料,由于具有可预测的拓扑结构、可调的孔隙率、高电导率和高电催化活性等优点,受到了广泛关注。同时,利用多金属离子或有机配体之间的协同作用,可以有效调节材料的电化学活性和选择性,为制备新型的功能性更强的2D c-MOFs提供了新的思路和方向。在这篇短综述中,我们小结了近年来报道的具有多金属节点或有机配体构建的MTV 2D c-MOFs的研究进展,并对其设计策略(双组分和三组分)、骨架优势和面临的挑战做出了展望。
关键词: 多组分金属有机骨架, 电导率, 电催化
纳米铋颗粒修饰三多孔碳的制备及其储钠性能
王卓, 李晓彤, 胡志鹏, 潘俊乔
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240223
通过将纳米Bi颗粒与三维多孔碳(3DPC)材料复合制备得到Bi/3DPC复合材料,有效提高了Bi的电化学性能。3DPC作为碳框架能缓冲充放电过程中Bi的体积膨胀以及提升材料导电性,且其微孔和介孔能够增加材料的比表面积,为吸附钠离子提供活性位点。Bi和3DPC发挥协同效应,在钠离子电池中展现出良好的倍率性能和长期循环稳定性。在5 A·g-1的电流密度下,Bi/3DPC在循环1 000圈后仍保持268.52 mAh·g-1的比容量。
关键词: 三维多孔碳, , 钠离子电池, 负极材料
单层BiOI纳米片的晶格热导率与声子输运机制
谢欢欢, 宋英楠, 李磊
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240281
针对二维单层BiOI纳米片的晶格热导率及其声子输运性质进行了深入探究。通过结合第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论,系统地分析了单层BiOI纳米片在不同温度下的声子群速度、格林艾森参数、三声子散射率和散射相空间等关键物理量。计算结果显示,单层BiOI纳米片在室温下的本征晶格热导率约为4.71 W·m-1·K-1,当温度升高至800 K时,其热导率显著降低至1.74 W·m-1·K-1。面外声学支(ZA)、横向声学支(TA)和纵向声学支(LA)声子模式在所研究的温度范围内对晶格热导率的贡献几乎相等。低晶格热导率的物理根源归结于低声子群速度、强烈的声子-声子散射过程以及较低的德拜温度。此外,还探讨了单层BiOI纳米片的电子结构,确认了其具有半导体特性,并且间接带隙约为2.16 eV。
关键词: 单层BiOI纳米片, 晶格热导率, 声子输运, 第一性原理计算
High-performance supercapacitor based on 1D cobalt-based coordination polymer
Hongren RONG, Gexiang GAO, Zhiwei LIU, Ke ZHOU, Lixin SU, Hao HUANG, Wenlong LIU, Qi LIU
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250034
A low-cost 1D cobalt-based coordination polymer (CP) [Co(BGPD)(DMSO)2(H2O)2] (Co-BD; H2BGPD=N, N'-bis(glycinyl)pyromellitic diimide; DMSO=dimethyl sulfoxide) was synthesized by a simple method, and its crystal structure was characterized. In a three-electrode system, Co-BD, as the electrode material for supercapacitors, achieved a specific capacitance of 830 F·g-1 at 1 A·g-1, equivalent to a specific capacity of 116.4 mAh·g-1, and exhibited high-rate capability, reaching 212 F·g-1 at 20 A·g-1. Impressively, Co-BD||rGO (reduced graphene oxide), representing an asymmetrical supercapacitor, owns a higher energy density of 14.2 Wh·kg-1 at 0.80 kW·kg-1, and an excellent cycle performance (After 4 000 cycles at 1 A·g-1, the capacitance retention was up to 94%).
关键词: supercapacitor, cobalt compound, coordination polymers, crystal structure, electrode materials, electrochemical performances
S型异质结光催化剂
闫俊涛, 韦良
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202312024
外加物理场调控二材料的HER和OER性能
秦春玲, 陈爽, GomaaHassanien, ShenashenMohamed A., El-SaftySherif A., 刘倩, 安翠华, 刘熙俊, 邓齐波, 胡宁
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202307059
长期以来,氢燃料一直被认为是一种有前途和可行的传统化石燃料的替代品,可以支撑我们未来的能源格局。电催化水分解是一种可用于大规模高效生产高纯度氢气的可持续和环保的技术。该技术的工业化需要我们不断地提高两个电极上的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的反应动力学。此外,催化剂催化活性和结构稳定性的持续优化对于该技术的实际实施同样关键。因此,合适的催化剂的选取是影响电催化水分解的关键因素之一。二维(2D)纳米材料由于其独特的物理化学性质和丰富的活性位点成为了电解水领域的热点。此外,2D材料独特的物理化学特性能与外加物理场之间高度契合,可以产生一些独特的效果来增强电催化性能。因此,近些年,外加物理场在辅助改善HER和OER方面的作用和机制越来越受到关注。外加物理场,如电场,磁场,应变,光,温度和超声波,可以应用于催化剂合成和电催化过程。本文首先总结了物理场辅助电解水催化剂合成的研究。随后,根据外场在电催化过程中作用机制的不同,对外场辅助HER和OER的研究进行了分类。最后,本文指出了本领域快速发展所面临的主要挑战和前景。
关键词: 外加物理场, 析氢反应, 析氧反应, 合成, 二维材料
亚稳态自组装网格主客体识别中的催组装
薛仁杰, 马超, 何晶, 李雪超, 唐雁宁, 迟力峰, 张海明
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202309011
催组装是用于描述催组剂帮助下的分子组装的新概念,目前还未报道过催组装过程的分子水平表征。本文中,我们利用扫描隧道显微镜(STM),在辛酸和高序热解石墨之间的液固界面,观察到了1, 3, 5-三(4-羧基苯基)-苯(BTB)亚稳态自组装网格在主客体识别过程中的催组装过程。实验中采用的是低浓度的客体分子酞菁铜(CuPc),以及晕苯(COR)分子。我们对比了单客体(COR/BTB或CuPc/BTB)体系和多客体(COR & CuPc/BTB)体系中客体分子在主客体组装过程中的不同吸附特征。在多客体分子(COR & CuPc/BTB)体系中,晕苯分子优先填入主体六边形网络中,随着组装的进行逐渐被酞菁铜分子取代。晕苯分子在组装过程中发挥了催组装剂的作用,帮助低浓度酞菁铜完成了其本身无法形成的、大面积的CuPc/BTB共组装。这是首次在分子尺度观察到的完整的催组装过程,有助于指导构建更高复杂度的二维分子组装单层膜。
关键词: 催组装, 自组装网格, 主客体现象, 扫描隧道显微镜, 选择性识别

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