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钠离子电池正负极材料研究新进展作者：周云来源：《时代汽车》2022年第20期摘要：对钠离子电池正负材料的研究始于20世纪，经历了由盛变衰的转变过程，但与此形成对比的是，钠离子元素明显显示出优势和发展前景。
钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，但其成本更低、也更安全，研究钠离子电池的正负材料尤为重要。
本文对现有钠离子正负材料进行了系统的综述。
首先介绍了各种正负材料的电化学结构和特性，并分析了钠离子电池正负材料的局限性。
钠离子电池储能过程中，较大的离子对材料结构有重要影响，导致能量密度损失，以及由于缓慢的反应动力学造成的功率密度下降。
在此基础上总结了目前的改性方法，如掺杂、镀层等。
通过对改性材料的研究，材料的电化学性能可以得到提高，为今后钠离子电池正负材料的应用奠定基础。
关键词：钠离子电池正负极材料研究进展1 引言具有高能量密度和寿命的锂离子电池已发展成为大规模应用的蓄电池，随着社会经济的发展，需求迅速增长。
未来锂离子电池的成本、开发和应用将受到极大的限制。
目前，全世界研究人员关注的焦点是可以取代锂离子电池，能够大规模生产和应用的电池。
钠离子电池与锂离子电池相似，含有钠离子电池的正极材料非常广泛，包括金属氧化物和氟化物等。
由于钠离子电池容量密度低，研究对象广，钠储量大，成本相对较低，可进行各种实验。
例如，金属氧化物包括单金属氧化物、多金属氧化物等。
在正材料离子钠电池充电实验中，通过电解液提取为负材料，电子也从负极变成正极材料。
放电过程虽然相反，但大体上类似于锂离子电池的嵌入和脱嵌机理。
本文主要分析了常规钠离子电池的一些正负材料及应用前景。
2 钠离子电池的研究背景早在150多年前，铅酸电池就已经开始广泛使用，具有较低的储能成本，没有记忆效应，可靠性高，但其使用寿命较短，能量密度低，污染问题严重。
高温钠硫电池发展了约50年，技术较为成熟。
钒氧化还原元素容量大，寿命长，安全性高，然而在应用过程中会受到低能量密度、高成本和钒毒性等特性的限制。
材料研究与应用 2024，18（2）：195‐206Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn 普鲁士蓝类钠离子正极材料的制备及改性研究进展杨志豪1,李昌明1*,吴智谋1,钟华3,谈灵操2（1.五邑大学机械与自动化工程学院，广东 江门 529020； 2.五邑大学/江门市高分子材料智能制造重点实验室，广东 江门 529020； 3.广州云通锂电池股份有限公司，广东 广州 510800）摘要： 普鲁士蓝类似物（PBAs ）具有较高理论比容量和开放式三维框架结构，被认为是最具应用前景的钠离子正极材料之一。
然而，大部分通过水溶液反应合成的PBAs ，普遍存在[Fe(CN)6]3−/[Fe(CN)6]4−空位，水分子不可避免进入PBAs 框架中形成配位水，占据了原本Na +的容纳点位，影响了Na +的正常传输，降低了PBAs 材料的比容量。
PBAs 晶体框架受空位影响，其离子导电性和循环稳定性在长时间循环下退化并变差，同时配位水与电解液发生副反应，进一步降低了电池的电化学性能。
为解决上述问题，提高钠离子电池中PBAs 基正极的比容量、循环稳定性、倍率性能和整体能量密度，重点介绍了PBAs 正极材料的制备及改性方法，并总结了各制备及改性方法的特点及效果。
PBAs 的制备方法包括水热法、共沉淀法和单一铁源自分解法。
改性方法包括制备工艺优化和材料复合改性，其中制备工艺优化包括螯合剂、脱水、提高前驱液Na +浓度和结构纳米化，材料复合改性包括元素掺杂、表面涂层、异质结构和复合材料。
研究表明，在富含Na +的前驱液中，采用螯合剂辅助共沉淀法，通过合成过程的水浴加热及样品制备后的真空干燥，可获得空位少、水分少的高结晶度PBAs 。
将制备的PBAs 样品与导电剂进行复合，可进一步改善其电子导电率及倍率性能，有望获得高容量、高循环特性及满足高倍率需求的正极材料 。
金属硫化物还原氧化石墨烯纳米复合物的制备及光电化学性质研究分类号鱼§番级公珏编号塑曼§江艨大擎硕士学位论文金属硫化物/还原氧化石墨烯纳米复合物的制备及光电化学性质研究/作者姓名芒堡焦垃??指导教师王玉查【丝堂申请学位级别亟±学科专业论文答辩日期】墨生鱼旦论文提交日期至】圣生垒旦学位授予单位和日期江菱太堂至】圣生鱼旦】旦答辩委员会主席评阅人年月独创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中己注明引用的内容以外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果,也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
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学位论文作者签名:日年月学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊光盘版电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
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本学位论文属于不保密口。
学位论文作者签名: 指导教师签名:日年月日年月江苏大学硕士学位论文摘要本论文首先以改进的法制备的氧化石墨烯为起始原料,采用原位法分别制备了/还原氧化石墨烯/和.。
/.两种石墨烯基金属硫化物纳米复合物,然后分别评价了它们的光电化学性能,最后分别探索了所制备的两种复合物的应用,包括:在可见光照条件下,以/为催化剂,光催化降解模型有机污染物亚甲基蓝;以。
.。
/酊纳米复合物为敏感材料,成功构建了基于../纳米复合物的光电化学传感器,实现了对的选择性测定。
研究背景上世纪70年代末，钠离子电池（SIB）的研究几乎与锂离子电池（LIB）同时进行。
然而，由于当时钠离子电池面临的能量密度和循环性能限制，锂离子电池受到了人们更多的关注。
近年来，随着锂资源稀缺性和分布不均等问题的逐渐暴露，钠离子电池因其钠资源丰富、成本低且分布广泛等优点重新回到人们的视野。
叠加宽工作温度范围和高安全属性，钠离子电池有望在储能领域大展拳脚。
得益于开放的骨架结构、丰富的氧化还原活性中心和优良的结构稳定性，普鲁士蓝（PB）似乎是钠离子电池最理想的正极材料之一。
通过对PB的化学组成、骨架结构和表面形貌等多方面修改而获得的一系列新化合物，通常称为普鲁士蓝类似物（PBA）。
由于目前的生产工艺不完善，晶体材料中总是存在缺陷和无序结构。
从改进合成方法和电化学过程的角度进行合理的缺陷构筑，可以改善PBA 的内部/表面形貌，调整其电子结构，获得良好的新功能。
近年来，围绕缺陷结构进行改性被认为是改善其电化学性能的有效方法，通过缺陷工程策略设计高性能PBA正极材料具有重要的科学意义和现实意义。
迄今为止，关于普鲁士蓝及其类似物的一些综述主要集中于合成方法及其在钠离子电池中的应用，在钠离子电池领域少有从缺陷工程角度对PBAs进展开展综述的。
在这篇综述中，天津大学教授等人总结了PBA的缺陷工程及其在SIB方面的最新进展（图1），并将PBA的缺陷工程可以分为四类，包括空位调控、阳离子掺杂、减少位错和引入孔隙。
此外，讨论了基于缺陷工程的PBA正极电化学性能增强的机理，包括增加钠的储存位置、增强离子扩散和电子转移动力学以及增强结构稳定性。
本综述旨在全面了解PBA缺陷工程，指出了改善SIB中PBA 阴极材料性能的多种策略，这将有助于克服PBA材料的发展障碍。
图1普鲁士蓝及其类似物的缺陷工程构筑策略及其对储钠性能提升的作用机制成果简介该文综述了针对普鲁士蓝所进行的诸多缺陷工程设计，如构建/抑制阳离子或阴离子空位、阳离子掺杂/引入、减少位错缺陷以及构建孔隙工程等。
普鲁士蓝纳米酶mof结构普鲁士蓝，乍一听，大家会不会想到深蓝色的油画？但说到普鲁士蓝纳米酶MOF结构，嘿，这可就不是单纯的颜料了。
听名字可能有点让人摸不着头脑，仿佛跟我们日常生活八竿子打不着，但它可是科技界最近的“新宠”，而且它的用途大得很，完全能改变一些传统技术的玩法。
让我来给你慢慢捋一捋这背后的故事。
先说说“普鲁士蓝”这个东西吧，很多人可能只知道它在油画颜料里出现过，也有不少人听过它在一些艺术品中出现的名字。
其实它最早是18世纪的化学家偶然发明的，谁知道那个小小的实验室意外，居然成了历史上的一个“伟大发现”。
但这蓝色的物质在今天的科技界，特别是在纳米技术和材料学中，居然能发挥出意想不到的效果。
你可能会问，这蓝色的东西跟纳米酶MOF有什么关系？好吧，耐心听我继续讲。
MOF，其实全称是金属有机框架，这听起来像是化学课上学到的概念，不是吗？但要知道，MOF就像一个能装各种“宝物”的神奇容器，它的“框架”是由金属离子和有机分子组成的，非常特殊。
这个“框架”结构不仅稳定，还可以灵活地“装填”很多不同的物质。
换句话说，它像个万能的储物箱，能根据需要装入不同的分子、离子等。
更妙的是，这个MOF的结构能帮助它在某些化学反应中像“催化剂”一样，加速反应速度。
但说到纳米酶嘛，它可比你想象的还要酷。
纳米酶其实是一种人工合成的酶，它并不像天然酶那样依赖于生物体内的蛋白质。
而是通过纳米材料的特殊结构和性质，模拟出天然酶的催化能力。
像普鲁士蓝这样的小颗粒，一旦被放进MOF结构中，它就能发挥出惊人的催化作用，帮助加速一些化学反应，甚至能在一些环境污染物的去除、疾病检测等方面大显身手。
你想象一下，如果有一天，我们的环境问题、空气质量、甚至水质污染都能通过这种纳米酶MOF结构来净化，那岂不是太厉害了？普鲁士蓝纳米酶MOF正是因为这种神奇的“框架结构”，使得它在许多领域都有了潜力。
例如，在水处理中，它可以将污染物快速分解，减少对环境的危害。
Ni-Fe普鲁士蓝的离子交换选择性研究
李俊;沈舞婷;戴耀东
【期刊名称】《材料导报：纳米与新材料专辑》
【年(卷),期】2015(029)001
【摘要】研究了Ni—Fe普鲁士蓝对不同价态金属离子的交换选择性。
在Ni—Fe 普鲁士蓝与一价Cs＋溶液反应中，Ni—Fe普鲁士蓝主要由K＋与Cs＋进行离子交换；而在与二价和三价的离子溶液反应中，离子交换主要是通过目标离子（Cr3＋、Sr2＋、Cu2＋）与K＋和Ni2＋发生交换。
结合全谱等离子直接光谱（ICP）和穆斯堡尔谱分析得出，在以上4种离子存在的情况下，Ni—Fe普鲁士蓝对Cs＋具有最高的离子选择性，Ni—Fe普鲁士蓝对这4种离子选择性顺序为Cs＋〉Sr2＋〉Cr3＋〉Cu2＋。
【总页数】4页(P69-71,76)
【作者】李俊;沈舞婷;戴耀东
【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.用选择性离子交换剂从稀土元素中选择性分离钪（Ⅲ）的研究 [J], Hubi.,Z.;曹淑清
2.新型Ni-Fe（Ⅱ）普鲁士蓝／碳纳米管海绵去除 Cs ＋的研究 [J], 沈舞婷;李俊;
康斌;常树全;戴耀东
3.Ni-Fe/C催化剂制备及其催化苯酐选择性加氢制苯酞 [J], 顾运江;王维;李振斌;魏作君;刘迎新
4.普鲁士蓝正极材料的离子交换法制备及电化学储钾性能 [J], 孙云坡; 谢健; 赵新兵; 庄大高; 张根林
5.脱水Ni-Fe类水滑石的制备及其作为环保型催化剂用于生物质糠醛的高选择性缩醛化反应 [J], 程淑艳;寇佳伟;程芳琴
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铁氧化物与普鲁士蓝类化合物的形貌可控合成与非经典结晶机理研
究
【摘要】：随着材料科学的持续发展,新材料的开发与材料性能的提高成为研究热点。
已有研究表明,通过对材料的形貌可控合成,可提高材料性能,并可望以形貌均一的材料为筑块,构成多功能复合材料。
由于材料的形貌可控合成涉及到材料学、材料化学、材料物理、结晶学以及仿生学等诸多领域,已成为一个跨学科的基础性研究课题。
随着材料形貌可控合成研究的深入开展,已取得了丰富的研究成果,但仍有一些重要问题有待解决。
如：开发通用的形貌可控乃至成分可控的简易液相合成方法；合成结构有序的分级材料,并对其组装方式和原因进行深入探讨；研究非经典结晶现象,并推动非经典结晶理论的完善等。
为开发较具普适性的无机物形貌可控合成方法,合成结构有序的分级无机材料以及研究形貌可控合成过程中的经典与非经典结晶现象,厘清其机理。
本文以水热法、固相热分解法和离心助界面沉淀法等进行无机材料的形貌可控合成；采用X射线衍射分析(XRD)、穆斯堡尔谱、选区电子衍射(SAED)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外可见光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)及全自动比表面积及微孔物理吸附分析仪等多种分析测试手段,对合成产物的结构、成分、形貌、分级结构的组装方式、磁学性能及多孔材料的比表面积与孔径分布等进行了表征和分析。
通过研究,得出了如下主要结果：1.以亚铁氰化钾为单源母体,以水热法为合成方法,通过调节各项反应参数,制备成份与
形貌可控的铁氧化物与普鲁士蓝类化合物。
(1)当NaOH浓度为0.1mol/L时,产物为片状四氧化三铁。
这种四氧化三铁面积大,其边长约为数十微米。
通过对产物形貌随时间变化的研究表明,片状四氧化三铁由纳米颗粒定向组装而成,表现出单晶体的衍射特征。
当NaOH 浓度为1mol/L时,产物为类八面体状四氧化三铁,SAED表明其为单晶结构。
通过对产物形貌随时间变化的研究表明,类八面体状四氧化三铁由片状四氧化三铁溶解后再结晶形成。
(2)在中性环境中,制得了普鲁士白微晶。
穆斯堡尔图谱分析表明,这是首次成功合成能在空气中稳定存在的普鲁士白产物。
SEM表明产物为立方状普鲁士白微米颗粒,边长约为2-5微米,且部分晶体内部含立方状大孔。
分析表明,普鲁士白立方体由层层组装缓慢生长形成,其中大孔的形成是受溶解作用的影响。
(3)在酸性环境中,制得了普鲁士蓝介晶。
研究表明,当盐酸浓度超过1mol/L时,可获得八面体状介晶。
此八面体介晶的长轴长度约为7微米左右,由数百纳米的颗粒组装构成。
SAED表明其表现出单晶的衍射行为特征,说明产物为有序分级组装体。
研究表明,由于在酸性条件下,普鲁士蓝易被腐蚀,当对普鲁士蓝的腐蚀作用使纳米粒子达到一个适中的浓度时,形成普鲁士蓝介晶。
(4)在酸性环境中,在添加聚乙二醇(PEG)的前提下,制得了普鲁士蓝介晶。
产物为赝截角立方体,两端距离约为5-6微米。
由纳米颗粒与亚微米立方体组装而成。
(5)在酸性环境中,在添加CTAB的前提下,制得了突出立方体状普鲁士蓝微晶。
研究表明,CTAB可抑制普鲁士蓝的成核,使产物尺寸均一性提高,并可吸附在普鲁士蓝晶体的表面,引发盐酸对其普鲁士蓝立方体边、角的
选择性侵蚀,使普鲁士蓝立方体转化为突出立方体。
2.以铁氰化钾为单源母体,以水热法为合成方法,在碱性环境中,利用水合肼的还原作用,通过添加表面活性剂,制得了四氧化三铁微晶。
当表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)时,CTA+可在晶体表面发生选择性吸附,从而诱导晶体进行缓慢的择优取向生长,形成树枝状四氧化三铁。
SAED 表明产物为单晶结构。
当表面活性剂为柠檬酸钠与CTAB的混合物时,产物为球形颗粒组装而成的四氧化三铁链。
3.以突出立方体状普鲁士蓝微晶为前驱体,通过固相热分解,使其转化为突出立方体状氧化铁。
研究表明,此氧化铁为β-Fe2O3与γ-Fe2O3的混合物。
同时,由于普鲁士蓝前驱体中C、N元素均被氧化,以气体形式释放,氧化铁晶体中形成了大量的孔隙,构成突出立方状介孔氧化铁。
4.在油相(正己烷与无水乙醇)与水相界面,通过沉淀反应生成普鲁士蓝。
利用离心可辅助控制普鲁士蓝的结晶过程。
当离心速度较高(5400转/分钟)时,得到无定形纳米颗粒,其粒径小于5nm。
当离心速度较低时(3600转/分钟)时,得到结晶纳米立方体,其粒径约为10-30nm。
不同离心速度所得产物可被视作普鲁士蓝结晶不同阶段的产物。
5.发现了普鲁士蓝介晶不同的组装方式：在不加入表面活性剂的酸性环境中,由尺寸接近的普鲁士蓝纳米立方体可有序组装形成八面体介晶；在PEG的帮助下,为减小表面积,具有不同尺度的普鲁士蓝纳米颗粒和亚微米立方体可有序组装在一起形成赝截角立方体介晶。
6.利用离心辅助结晶法,研究了无定形普鲁士蓝转化为结晶普鲁士蓝的过程。
结果表明,无定形普鲁士蓝颗粒通过聚集、结晶、结晶取向调整的途径形成晶体,而不由传统的溶
解-再结晶途径转化为结晶态颗粒。
在转化过程中还可观察到“结晶态@无定形态”的核壳结构纳米颗粒,这可被视为无定形纳米颗粒由非经典结晶过程转化为晶体的重要标志。
【关键词】：水热法形貌可控合成氧化铁普鲁士蓝类化合物介晶非经典结晶表面活性剂磁性材料穆斯堡尔谱热分解法多孔材料
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB383.1
【目录】：摘要6-9Abstract9-15第一章绪论15-521.1纳米材料形貌可控合成研究15-311.2亚微米和微米材料的形貌可控合成研究31-401.3本文的选题思路和主要研究内容40-42参考文献42-52第二章形貌可控磁性氧化铁的水热合成52-712.1引言52-532.2片状和八面体四氧化三铁的水热合成研究53-592.3表面活性剂助枝状四氧化三铁的水热合成研究59-672.4本章小结67-68参考文献68-71第三章普鲁士白立方体的水热合成研究71-833.1引言71-723.2合成过程和表征手段723.3结果与讨论72-793.4本章小结79-81参考文献81-83第四章普鲁士蓝介晶的水热合成研究83-1004.1引言834.2普鲁士蓝介晶的合成与机理研究83-894.3聚合物助普鲁士蓝介晶的合成与机理研究
89-974.4本章小结97-98参考文献98-100第五章侵蚀法可控合成普鲁士蓝晶体及以其为前驱物合成多孔氧化铁100-1125.1引言100-1015.2合成方法和表征手段1015.3结果与讨论101-1085.4本章小结108-110参考文献110-112第六章离心辅助纳米可控合成中的非经典结晶机理研究112-1216.1引言112-1136.2实验原理、方法和表征手段113-1146.3结果与讨论114-1176.4本章小结117-119参考文献119-121第七章总结与展望121-1247.1总结121-1227.2展望122-124博士期间论文与专利发表情况124-126致谢126 本论文购买请联系页眉网站。
