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钠电负极材料:三维SnS2@C空心纳米球
nanomicrolett 2019-4-11 12:38
Three-dimensional SnS 2 @C hollownanospheres with robust structural stability as high-performance anodes for sodium ion batteries Shuaihui Li, Zhipeng Zhao, Chuanqi Li, Zhongyi Liu*, Dan Li* Nano-Micro Lett. (2019) 11: 14 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0243-7 本文亮点 1 采用溶剂热法和煅烧法合成了 三维 SnS 2 @C 空心纳米球。 2 均匀包覆的碳层 和 空心结构 使复合材料具有良好的结构稳定性和优异的钠离子电化学性能。 内容简介 由于钠储量丰富、价格低廉, 钠离子电池 被视为一种极具潜能的替代锂离子电池的储能材料。然而,较大的钠离子半径和较低的反应动力学使钠离子电池的发展面临极大的挑战。因此,合成出具有有效结构和良好的结构稳定性的钠离子材料是提高钠离子电化学性能的关键所在。 在负极材料中, 锡基硫化物 展现了良好的电化学性能。然而目前的研究主要集中在锡基硫化物的二维结构的构造上,三维结构的锡基硫化物钠电负极材料鲜有报道。 👇 郑州大学李丹课题组 采用 溶剂热和煅烧法制备出了三维的具有完整、均匀的碳包覆的二硫化锡空心球钠离子负极材料。 碳包覆 可以有效抑制二硫化锡在电化学过程中产生的较大的体积变化并提高复合物的电导率,而 内部空心结构 可以为嵌钠导致的体积膨胀提供空间并提供更多的反应活性位点。该复合材料展现了优异的倍率性能和循环寿命。 图文导读 三维 SnS 2 @C 空心纳米球的微观形貌 本文以 SnO 2 空心球为模板,采用聚多巴胺的热裂解进行碳包覆,并采用硫代乙酰胺为硫源进行硫化得到最终的 SnS 2 @C 复合材料。从 SEM 及 TEM 图可以看出所得到的 SnS 2 空心球的直径在 300 nm 左右,并且空心球表面均匀包覆了碳层。 图 1 SnO 2 空心纳米球前驱体的 (a, b) SEM 图和 (c) TEM 图; SnO 2 @C 空心纳米球中间体的 (c, d) SEM 图和 (f) TEM 图; SnS 2 @C 空心纳米球的 (g, h) SEM 图和 (i, j) TEM 图; (k) 碳、硫和锡的元素分布图。 👇 三维 SnS 2 @C 空心纳米球负极材料的电化学性能 如图二所示,相比于 SnS 2 /C 块体,均匀包覆的碳层和空心结构的协同作用使 SnS 2 @C 空心纳米球展现了良好的倍率性能、循环稳定性以及电导率。同时,通过在不同扫速下的 CV 分析, SnS 2 @C 复合材料的储钠性能体现了一定比例的电容贡献。 图 2 SnS 2 @C 空心纳米球负极材料的电化学性能。 (a) SnS 2 @C 空心球在 0.1 mV s -1 下的 CV 图; (b) SnS 2 /C 块体和 SnS 2 @C 空心球的倍率性能图; (c) SnS 2 @C 的充放电曲线图; (d) SnS 2 /C 块体和 SnS 2 @C 空心球的循环性能图; (e) SnS 2 /C 块体和 SnS 2 @C 空心球的阻抗图; (f) SnS 2 @C 空心球在不同扫速下的 CV 图; (g) SnS 2 @C 的阴极峰和阳极峰的 log i 和 log v 关系图; (h) SnS 2 @C 空心球在不同扫速下的电容贡献比例图; (i) SnS 2 @C 空心球在 1 mV s -1 扫速下的电容贡献 CV 图。 👇 三维 SnS 2 @C 空心纳米球负极材料储钠的反应机理 图 3 结合了原位 XRD 和非原位 TEM 说明 SnS 2 @C 在充放电过程中以合金 - 去合金反应机理进行反应。通过在 0.5 A g -1 的电流密度下循环 100 圈后的 TEM 图说明均匀且完整的碳包覆和空心结构的协同作用有效地保持了 SnS 2 @C 复合材料的结构稳定性。 图 3 SnS 2 @C 复合材料的反应机理。 (a) SnS 2 @C 空心球在充放电过程中的原位 XRD 图; (b) SnS 2 @C 空心球放电到 0.01 V 下的 HRTEM 图; (c) SnS 2 @C 空心球充电到 3.0 V 下的 HRTEM 图; (d, e, f) SnS 2 @C 空心球在 0.5 A g -1 的电流密度下循环 100 圈后的 TEM 图; (g) 锡、硫和碳的元素分布图。 作者简介 李丹 (本文通讯作者) 副教授 郑州大学化学与分子工程学院 Email : danli@zzu.edu.cn 李丹副教授主要研究方向为 锂离子电池、钠离子电池、电容器等。 致力于石墨烯/纳米金属及金属氧化物复合材料的制备及电化学性能研究;三维多孔材料的制备及电化学性能研究;金属氧化物/金属硫化物材料的制备及电化学性能研究。 李帅辉 (本文第一作者) 博士研究生 郑州大学化学与分子工程学院 E-mail: lishuaihui@gs.zzu.edu.cn 主要研究方向: 电化学,催化化学等方向。 关于我们 Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在 Springer 开放获取( open-access )出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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琳达·纳萨尔:世界电池领域中的女豪杰
热度 3 zhpd55 2014-10-22 10:57
琳达·纳萨尔:世界电池领域中的女豪杰 诸平 加拿大滑铁卢大学( Department ofChemistry , University of Waterloo )化学、电子及计算机工程教授琳达·纳萨尔( Linda F. Nazar , Email: lfnazar@uw-aterloo.ca )是一位世界电池领域的女杰出科学家,主要研究 Energy Storage Materials - Solid State (Electro)Chemistry 。 2014 年琳达·纳萨尔入选为汤森路透的高引作者 ( Thomson Reuters Highly Cited Researcher )之列。有人称 琳达·纳萨尔 为 锂离子电池界的 古迪纳夫( Goodenough ) ,实际上就是 约翰 · 巴尼斯特 · 古迪纳夫 ( John B. Goodenough , 1922- )。古迪纳夫是一位 美国 教授 和著名的 固体物理学 家,是二次电池产业的重要学者。他虽然目前是美国 德州大学奥斯汀分校 任 机械工程 和 材料科学 教授,但是同时也是 麻省理工学院 和 牛津大学 的教授。 磷酸锂铁 LFP 正极材料的专利起源来自 德州大学 ,真正发现者便是其奥斯丁学区的机械工程教授古迪纳夫博士。古迪纳夫教授是 美国国家工程学院 、 美国国家科学院 、 法国科学院 和西班牙皇家学会的院士成员。他撰写了 550 多篇文章, 85 本书的章节和评论, 5 本书,其中包括 2 个开创性著作, Magnetism and the ChemicalBond (1963) 和 Les oxydesdes metaux de transition (1973) 。古迪纳夫是一个 2009 年 恩里科 · 费米奖 ( Enrico Fermi Award )的共同获得者。这个总统大奖是一种美国政府最古老和最负盛名的奖励,并有一个 37.5 万美元的奖金。他在 2010 年当选为英国 皇家学会 外籍会员。在 2013 年 2 月 1 日 ,古迪纳夫获得 美国国家科学奖章 。 将滑铁卢大学琳达·纳萨尔( Linda F. Nazar )教授比喻为古迪纳夫( Goodenough ),足以可见其中世界电池界的影响力之大。她除了入选 2014 年汤森路透的高引作者之外, 2009 年曾经获得国际电化学会电池部研究奖, 2010 年获得加州研究所摩尔杰出学者奖, 2011 年获国际锂电池学会奖, 2011 年获国际纯粹化学会化学工程杰出女性科学家奖( 2011 Distinguished Women in Chemistry or Chemical Engineering Award )。 2011 年 琳达·纳萨尔博士 被评为加拿大皇家学会会员。 2012 年 琳达·纳萨尔 博士被聘为加拿大固体储能材料研究首席科学家( Canada Research Chair in Solid State Energy Materials ), 7 年资助 140 万美元。 2012 年下半年 琳达·纳萨尔博士 将其注意力转移到 Li-S 电池和 Li-O 2 电池的研发方面。加拿大自然资源部( NRCan ) 2013 年 3 月初对外宣称,在 4 年之内对于琳达·纳萨尔博士的电动车用高密度储能电池的研发,提供 180 万美元的研发经费。参与此项目的合作伙伴还有魁北克电力公司( Hydro-Québec ) , 韩国能源技术评估与规划研究所( Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning )以及 BASF 公司等。 琳达·纳萨尔博士的谷歌学术搜索结果如下: 200篇(项/部)的研究成果累计被引超过1.45万次,2009年以来被引约1.1万次;H指数61,2009年以来的H指数达到50,更多信息见下截图和部分高引(100次)论著: 标题 1–200 引用次数 发表年份 Approaching theoretical capacity of LiFePO4 at room temperature at high rates H Huang, SC Yin, LF Nazar Electrochemical and Solid-State Letters 4 (10), A170-A172 1421 2001 A highly ordered nanostructured carbon–sulphur cathode for lithium–sulphur batteries X Ji, KT Lee, LF Nazar Nature materials 8 (6), 500-506 993 2009 Nano-network electronic conduction in iron and nickel olivine phosphates PS Herle, B Ellis, N Coombs, LF Nazar Nature materials 3 (3), 147-152 850 2004 Positive Electrode Materials for Li-Ion and Li-Batteries† BL Ellis, KT Lee, LF Nazar Chemistry of Materials 22 (3), 691-714 681 2010 Nanostructured composites: A high capacity, fast rate Li3V2 (PO4) 3/carbon cathode for rechargeable lithium batteries H Huang, SC Yin, T Kerr, N Taylor, LF Nazar Advanced Materials 14 (21), 1525-1528 404 2002 Advances in Li–S batteries X Ji, LF Nazar Journal of Materials Chemistry 20 (44), 9821-9826 392 2010 Challenges Facing Lithium Batteries and Electrical Double ‐ Layer Capacitors NS Choi, Z Chen, SA Freunberger, X Ji, YK Sun, K Amine, G Yushin, ... Angewandte Chemie International Edition 51 (40), 9994-10024 355 2012 A multifunctional 3.5 V iron-based phosphate cathode for rechargeable batteries BL Ellis, WRM Makahnouk, Y Makimura, K Toghill, LF Nazar Nature materials 6 (10), 749-753 353 2007 Electrochemical property: structure relationships in monoclinic Li3-y V2 (PO4) 3 SC Yin, H Grondey, P Strobel, M Anne, LF Nazar Journal of the American Chemical Society 125 (34), 10402-10411 332 2003 Review on electrode–electrolyte solution interactions, related to cathode materials for Li-ion batteries D Aurbach, B Markovsky, G Salitra, E Markevich, Y Talyossef, M Koltypin, ... Journal of Power Sources 165 (2), 491-499 233 2007 Synthesis of nanocrystals and morphology control of hydrothermally prepared LiFePO 4 B Ellis, WH Kan, WRM Makahnouk, LF Nazar Journal of Materials Chemistry 17 (30), 3248-3254 231 2007 Spherical ordered mesoporous carbon nanoparticles with high porosity for lithium–sulfur batteries J Schuster, G He, B Mandlmeier, T Yim, KT Lee, T Bein, LF Nazar Angewandte Chemie International Edition 51 (15), 3591-3595 227 2012 Concurrent polymerization and insertion of aniline in molybdenum trioxide: formation and properties of a 0.24 MoO3 nanocomposite TA Kerr, H Wu, LF Nazar Chemistry of materials 8 (8), 2005-2015 225 1996 A reversible solid-state crystalline transformation in a metal phosphide induced by redox chemistry DCS Souza, V Pralong, AJ Jacobson, LF Nazar Science 296 (5575), 2012-2015 203 2002 Screening for superoxide reactivity in Li-O2 batteries: effect on Li2O2/LiOH crystallization R Black, SH Oh, JH Lee, T Yim, B Adams, LF Nazar Journal of the American Chemical Society 134 (6), 2902-2905 197 2012 Sodium and sodium-ion energy storage batteries BL Ellis, LF Nazar Current Opinion in Solid State and Materials Science 16 (4), 168-177 190 2012 Charge ordering in lithium vanadium phosphates: electrode materials for lithium-ion batteries SC Yin, H Grondey, P Strobel, H Huang, LF Nazar Journal of the American Chemical Society 125 (2), 326-327 189 2003 Stabilizing lithium–sulphur cathodes using polysulphide reservoirs X Ji, S Evers, R Black, LF Nazar Nature communications 2, 325 186 2011 Electrochemical Li insertion into conductive polymer/V 2 O 5 nanocomposites F Leroux, G Goward, WP Power, LF Nazar Journal of The Electrochemical Society 144 (11), 3886-3895 176 1997 Electrochemical lithium intercalation into a polyaniline/V 2 O 5 nanocomposite F Leroux, BE Koene, LF Nazar Journal of the Electrochemical Society 143 (9), L181-L183 169 1996 Rhombohedral form of Li3V2 (PO4) 3 as a cathode in Li-ion batteries J Gaubicher, C Wurm, G Goward, C Masquelier, L Nazar Chemistry of materials 12 (11), 3240-3242 163 2000 Reversible lithium uptake by CoP sub 3 at low potential: role of the anion V Pralong, DCS Souza, KT Leung, LF Nazar Electrochemistry communications 4 (6), 516-520 161 2002 Li2. 5V2 (PO4) 3: A room-temperature analogue to the fast-ion conducting high-temperature γ-phase of Li3V2 (PO4) 3 SC Yin, PS Strobel, H Grondey, LF Nazar Chemistry of materials 16 (8), 1456-1465 158 2004 Nanocrystalline intermetallics on mesoporous carbon for direct formic acid fuel cell anodes X Ji, KT Lee, R Holden, L Zhang, J Zhang, GA Botton, M Couillard, ... Nature chemistry 2 (4), 286-293 149 2010 Poly (pyrrole) and poly (thiophene)/vanadium oxide interleaved nanocomposites: positive electrodes for lithium batteries GR Goward, F Leroux, LF Nazar Electrochimica acta 43 (10), 1307-1313 148 1998 High “C” rate Li-S cathodes: sulfur imbibed bimodal porous carbons G He, X Ji, L Nazar Energy Environmental Science 4 (8), 2878-2883 142 2011 Aging processes of alumina sol-gels: Characterization of new aluminum polyoxycations by aluminum-27 NMR spectroscopy G Fu, LF Nazar, AD Bain Chemistry of Materials 3 (4), 602-610 142 1991 Proof of supervalent doping in olivine LiFePO4 M Wagemaker, BL Ellis, D Lutzenkirchen-Hecht, FM Mulder, LF Nazar Chemistry of Materials 20 (20), 6313-6315 140 2008 Small Polaron Hopping in Li x FePO4 Solid Solutions: Coupled Lithium-Ion and Electron Mobility B Ellis, LK Perry, DH Ryan, LF Nazar Journal of the American Chemical Society 128 (35), 11416-11422 136 2006 Speciation and thermal transformation in alumina sols: structures of the polyhydroxyoxoaluminum cluster 18+ and its δ-Keggin moieté J Rowsell, LF Nazar Journal of the American Chemical Society 122 (15), 3777-3778 135 2000 Graphene-enveloped sulfur in a one pot reaction: a cathode with good coulombic efficiency and high practical sulfur content S Evers, LF Nazar Chemical Communications 48 (9), 1233-1235 132 2012 Surface chemistry of LiFePO4 studied by Mössbauer and X-ray photoelectron spectroscopy and its effect on electrochemical properties YH Rho, LF Nazar, L Perry, D Ryan Journal of The Electrochemical Society 154 (4), A283-A289 130 2007 Recent progress in nanostructured cathode materials for lithium secondary batteries HK Song, KT Lee, MG Kim, LF Nazar, J Cho Advanced Functional Materials 20 (22), 3818-3834 129 2010 Nanostructured materials for energy storage LF Nazar, G Goward, F Leroux, M Duncan, H Huang, T Kerr, J Gaubicher International Journal of Inorganic Materials 3 (3), 191-200 125 2001 Synthesis and characterization of polypyrrole/vanadium pentoxide nanocomposite aerogels H áP Wong Journal of Materials Chemistry 8 (4), 1019-1027 122 1998 Insertion of poly (p-phenylenevinylene) in layered MoO3 LF Nazar, Z Zhang, D Zinkweg Journal of the American Chemical Society 114 (15), 6239-6240 115 1992 Crystal Structure and Electrochemical Properties of A2MPO4F Fluorophosphates (A= Na, Li; M= Fe, Mn, Co, Ni)† BL Ellis, WRM Makahnouk, WN Rowan-Weetaluktuk, DH Ryan, LF Nazar Chemistry of Materials 22 (3), 1059-1070 114 2009 Synthesis of a metallic mesoporous pyrochlore as a catalyst for lithium–O2 batteries SH Oh, R Black, E Pomerantseva, JH Lee, LF Nazar Nature chemistry 4 (12), 1004-1010 105 2012 Tavorite Lithium Iron Fluorophosphate Cathode Materials: Phase Transition and Electrochemistry of LiFePO4F–Li2FePO4F TN Ramesh, KT Lee, BL Ellis, LF Nazar Electrochemical and Solid-State Letters 13 (4), A43-A47 104 2010 Reversible lithium uptake by FeP2 DCC Silva, O Crosnier, G Ouvrard, J Greedan, A Safa-Sefat, LF Nazar Electrochemical and solid-state letters 6 (8), A162-A165 104 2003 More on the performance of LiFePO sub 4 electrodes—The effect of synthesis route, solution composition, aging, and temperature M Koltypin, D Aurbach, L Nazar, B Ellis Journal of Power Sources 174 (2), 1241-1250 103 2007 Highly Reversible Li Insertion at 4 V in ε ‐ VOPO 4/α ‐ LiVOPO4 Cathodes TA Kerr, J Gaubicher, LF Nazar Electrochemical and Solid-State Letters 3 (10), 460-462 103 2000 New approaches for high energy density lithium–sulfur battery cathodes S Evers, LF Nazar Accounts of chemical research 46 (5), 1135-1143 100 2012 更新信息请浏览: http://www.science.uwaterloo.ca/~lfnazar/people.html#nazar
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热物性方面的新书--《低维材料热物理》谢华清与奚同庚 编著
yuweiyu2000 2009-11-11 08:28
2008年,谢华清教授与奚同庚研究员编著了一本热物性方面的新书--《低维材料热物理》,对于热物性方面的入门者非常有帮助,以下是本书的内容: 内容提要: 本书将突出介绍低维材料热物理性质特有的基本理论和实验研究方法。全书结构安排如下:第一章简要介绍三维材料的热物理性质一般规律和常用测试技术,帮助读者对材料热物理研究快速入门;第二章介绍低维材料内的热输运过程,这是决定低维材料热物理性质的基本理论;第三章至第五章分别介绍二维材料、一维材料和零维材料的热传导性质;第六章介绍低维材料的比热容;第七章介绍低维材料的热膨胀性质;第八章介绍低维材料的热发射性质;第九章介绍低维材料的热电性质;第十章介绍低维材料热物性的理论分析方法。该书是我国第一本专题介绍低维材料热物理性质的著作,而同类书籍往往着墨于微/纳米尺度传热、纳米结构输运等等,相比而言,本书可读性更强,更切合实际。 目录: 第一章 三维材料热物理性质概述 1.1 引言 1.2 固体材料热物理性质研究的科学内涵 1.3 固体材料的热传导性质 1.3.1 固体热传导机理概述 1.3.2 影响材料导热系数的物理和化学因素 1.3.3 材料导热系数测试方法 1.3.4 应用导热性质研究材料显微结构和组织变化的若干实例 1.4 固体材料的比热容 1.4.1 基本理论概述 1.4.2 电子比热容 1.4.3 磁比热容 1.4.4 比热容的实验研究 1.4.5 比热容测试方法 1.5 固体材料的热膨胀性质 1.5.1 基本理论概述 1.5.2 热膨胀性质与其他物性的关联性及影响因素 1.5.3 计算热膨胀系数的经验方程 1.5.4 热膨胀系数测试方法 1.6 固体材料的热发射性质 1.6.1 概述 1.6.2 固体热发射率变化规律及其影响因素 1.6.3 热发射率测试方法 参考文献 第二章 低维材料内的热输运过程 2.1 概述 2.2 热载流子与能级 2.2.1 热载流子 2.2.2 能级 2.3 输运理论概述 2.3.1 玻尔兹曼方程的简单推导 2.3.2 弛豫理论 2.3.3 统计分布 2.3.4 热输运方程 2.4 尺度和边界效应 2.5 二维材料内的热输运过程 2.5.1 平行于边界方向 2.5.2 垂直于边界方向 2.6 一维材料内的热输运过程 2.7 零维材料的热输运过程 参考文献 第三章 微/纳米薄膜的热传导性质 3.1 概述 3.1.1 薄膜制备方法 3.1.2 薄膜结构特点  3.2 几类常见薄膜的热传导特点   3.2.1 金属薄膜   3.2.2 介电薄膜   3.2.3 超导薄膜   3.2.4 超晶格结构  3.3 稳态测试方法   3.3.1 悬膜法   3.3.2 微桥法   3.3.3 双热偶法   第四章 纳米管/线的热传导性质 第五章 纳米颗粒复合物的热传导性质 第六章 低维材料的比热容 第七章 低维材料的热膨胀性质 第八章 低维材料的热发射性质 第九章 低维材料的热电性质 第十章 低维材料热物性的分子动力学模拟方法 基本符号表
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