NCO@BCNNTs作为锂空气电池的双功能型催化剂_李旭方.pdf
《NCO@BCNNTs作为锂空气电池的双功能型催化剂_李旭方.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《NCO@BCNNTs作为锂空气电池的双功能型催化剂_李旭方.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年 第 5 期 化学工程与装备 2023 年 5 月 Chemical Engineering&Equipment 17 NCOBCNNTs 作为锂空气电池的双功能型催化剂 NCOBCNNTs 作为锂空气电池的双功能型催化剂 李旭方1,2,乔雯雯2(1平顶山工业职业技术学院尼龙化工学院;2尼龙化工学院,河南 平顶山 467001)摘 要:摘 要:本文提出了一种高分散 NiCo2O4(NCO)颗粒对 BCN 材料的改性研究方法以及复合材料(NCOBCNNTs)作为双功能催化剂首次在锂空气电池中的应用。通过进一步对催化机理研究,把性能提高的原因归结于特殊的管状结构以及显著的协同效应,这有
2、利于电子快速传输及增加反应活性位点,因此电化学性能会大幅改善。关键词:关键词:BCN 纳米管;NiCo2O4纳米颗粒;NCOBCNNTs 复合材料;锂空气电池催化剂 考虑到现代社会对能源储备技术的需求越来越高,可充电锂空气电池已经引起了科研工作者们的广泛关注。可充电锂空气电池性能远超传统的锂离子电池,并且由于其超高的能量密度有希望成为电动车领域的“明日之星”1。但是,锂空气电池也面临着诸多挑战,例如低的循环性能、高的过电压、电解液的不稳定性等问题。在非水系的锂空气电池中,氧氧化反应(ORR,O2+2Li+2e-Li2O2)以及氧化还原反应(OER,Li2O2O2+2Li+2e-)在动力学中扮演
3、着重要角色,但是二者都受到了限制2。鉴于以上原因,开发出一种有效的电催化剂对于锂空气电池的发展是迫在眉睫的。在过去的数年里,许多锂空气电池的科研工作者们致力于开发优异的 ORR 和 OER 双功能型电催化剂,例如过渡金属氧化物、贵金属和合金、碳材料等催化剂。这些研究虽然提高了锂空气电池的电极性能,但是高花费、低效率、低导电性能等阻碍了其在电池中的实际应用。BCN 作为一种类石墨烯材料可采用不同的技术与方法制得,并且在制取过程中不添加任何金属材料。研究表明,BCN 材料有很多优点,例如价格低廉、多孔、质量轻、高稳定性及耐受性等。在近几年的研究中,科研工作者研究了BCN 的热导率、力学性能、场发射
4、性能和结构特性。由于 BCN材料的诸多优点,它已广泛应用于光学、力学和电化学领域。但是,鲜有 BCN 材料应用于锂空气电池电极催化剂的研究。NiCo2O4(NCO)是过渡金属氧化物,价格低廉,有着优异的 OER 催化性能3。有研究表明,引入电负性较低的 N 可以缩小带隙,有利于金属氧化物中的电子传递。此外,由于电荷平衡,它可以赋予催化剂更多的氧空位。因此,BCN 与 NCO结合理论上可以提高导电性能和电催化活性。本文结合 BCN 和 NCO 材料的优异特性,采用传统方法合成了 BCN 纳米管和 NCO 纳米颗粒。在此之后,我们通过一系列的实验得到了最佳的质量比(BCN 占总质量比的 35%)和
5、两种材料经水热处理后完美结合为复合材料(NCOBCNNTs),通过表征技术可以明显观察到NCO纳米颗粒均匀分布在BCN纳米管表面。在我的研究中,首次将最佳质量比的复合材料(NCOBCNNTs)作为非水电解质可充电锂-空气电池的阴极催化剂。结果表明,该复合催化剂对可充电锂空气电池的电催化活性显著提高。1 实 验1 实 验 管状 BCN 的合成:采用热裂解法制备了 BCN 纳米管。化学试剂按尿素:PEG-2000:硼酸=5:0.5:0.15 的质量比称重,溶于 50 mL水中。将溶液在 120烘箱中干燥 8 小时,然后在 900Ar气氛下热解 6 小时。NiCo2O4纳米颗粒的合成:采用水热煅烧的
6、方法制备 NiCo2O4纳米颗粒,将 0.7 g Ni(NO3)26H2O 和 1.38 g Co(NO3)26H2O 溶于 90 mL 乙二醇中,搅拌 30 min。然后缓慢溶解 0.96 g 尿素。随后将溶液转至50 mL 高压釜中,于 180保存 24 h。将沉淀离心,用去离子水和酒精洗涤 3 次。置于真空箱内 90干燥 10 h,最后在马弗炉中 400退火 3 h。NCOBCNNTs 复合材料的合成方法:将 BCN 和 NiCo2O4按适当比例混合加入乙醇:水=1:2(v/v)的溶剂中,制备不同质量比的 NCOBCNNTs 复合材料。接下来的步骤与制备纳米 NiCo2O4相似,只是高压
7、釜处理时间为 15 h。2 结果与讨论 2 结果与讨论 图 1(a)BCN、NiCo图 1(a)BCN、NiCo2 2O O4 4、NCOBCNNTs 和 NiCo、NCOBCNNTs 和 NiCo2 2O O4 4标准 PDF 的XRD 图;(b,c)不同拍摄角度的 BCN 纳米管;(d)NiCo标准 PDF 的XRD 图;(b,c)不同拍摄角度的 BCN 纳米管;(d)NiCo2 2O O4 4纳米颗粒的 FE-SEM 图 纳米颗粒的 FE-SEM 图 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.05918 李旭方:NCOBCNNTs 作为锂空气电池的双功能型催化剂 图
8、 1a 显示了 BCN 的 XRD 图(红线)。可以看出,BCN 在约26和约43处显示出两个特征XRD峰,可以索引为(002)和(100)衍射平面,并证明 BCN 作为石墨结构存在4。图 1a(黑线、紫线和蓝线)显示了标准 NiCo2O4的 PDF 卡、制备的 NiCo2O4纳米颗粒和 NCOBCNNTs 复合物的 XRD 图像。2处的典型反射峰为 68.3、65.0、59.1、55.4、48.9、44.6、38.4、36.7、31.1、28.7、18.9,分别对应于(531)、(440)、(511)、(422)、(331)、(400)、(222)、(311)、(220)、(111),可以被
9、索引到面心立方 NiCo2O4(a0=8.803,空间群 Fd-3m(227),PDF#73-1702)5。从蓝线可以直接观察到 25.2的 2 处的峰值归因于 BCN。显然,在复合材料中制备的上述两种成分的共存已经得到证实。图 1b 和 1c 显示了不同角度 BCN 的 SEM 图像。FE-SEM图像清楚地显示 BCN 以纳米管状结构存在,管长一般在 1um以上,平均直径约 100nm。这种特殊的管状结构具有较大的比表面积,不仅可以为三种组分(电解质中,O2和 Li2O2)提供更多的催化剂位点,还能促进 Li+离子的迁移和 Li2O2的分解6。鉴于此,初步估计良好的催化效果与上述原因有关。从
10、图 1d 可以看出,NiCo2O4纳米粒子分散均匀,直径为30-50nm。结合两种材料的尺寸因素,这为成功结合提供了前提条件。然而可能是因为超声不充分,图像显示 NiCo2O4纳米颗粒发生了团聚。图 2 NCOBCNNTs 复合材料的 FE-SEM 图像(a),不同放大倍率下的 TEM 图像(b,c)和 HR-TEM(d)图 2 NCOBCNNTs 复合材料的 FE-SEM 图像(a),不同放大倍率下的 TEM 图像(b,c)和 HR-TEM(d)图 2a 显示 NiCo2O4纳米颗粒负载在管状 BCN 的表面上,而管状结构仍然保持。为了进一步验证微观结构并获取有关 NCOBCNNTs 复合材
11、料的更多信息,我们进行了高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)。在图 2b 和 2c 中,可以清楚地观察到 NiCo2O4纳米颗粒均匀分布在管状 BCN 上,这与 SEM 分析一致。此外,由于在 TEM 制备过程中无法通过超声处理将 NiCo2O4纳米颗粒与管状 BCN 分离,这两种材料的结合非常好。图 2d 显示了 NiCo2O4纳米颗粒负载在 BCN 纳米管上并且具有清晰的晶格条纹。NiCo2O4纳米颗粒的(111)和(220)晶面分别对应 0.469nm 及 0.234nm 晶面间距。因此,我们可以根据 TEM分析与 XRD 和 SEM 分析紧密结合,确认两种材料复合成功。图 3 BCN
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- NCO BCNNTs 作为 空气 电池 功能型 催化剂 李旭方
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。