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Nano Energy:Ni0.85Co0.15WO4纳米片电极用于超级电容器

导读: 近日,西安电子科技大学黄云霞副教授联合美国华盛顿大学曹国忠教授(共同通讯作者)报道了一种通过简单的化学共沉淀方法合成了Ni0.85Co0.15WO4固溶体。

二、Energy Storage Materials:高能量密度的杂化锂离子电容器

近日,南京大学的金钟教授课题组采用分步热解双金属有机骨架(ZnCo-ZIF)合成的氮掺杂碳包裹Co3ZnC纳米颗粒多面体(Co3ZnC@NC)作为负极材料,以生物质松针叶衍生的高比表面积微孔碳(MPC)作为正极材料(图1),创新性地研发了高能量密度的杂化锂离子电容器。该研究成果发表在储能领域的重要国际期刊Energy Storage Materials上。

研究表明,Co3ZnC@NC复合材料具有优异的电化学性能(图2)。在2 mV/s的扫速下,其电容贡献可达75%,说明其储锂过程主要是赝电容机理。通过不同电流密度下的倍率测试,表明Co3ZnC@NC复合材料具有优异的倍率性能。

生物质松针衍生的微孔碳同样具有优异的电化学性能(图3)。当电流密度为100 mA/g时,其容量为59.6 mAh/g,要高于目前商业化的活性炭(35 mAh/g)。在电流密度1000 mA/g循环1500圈之后,容量为初始容量的93%,体现了优秀的循环性能。

Nano Energy:Ni0.85Co0.15WO4纳米片电极用于超级电容器

图1. (a-c)Co3ZnC@NC的SEM、TEM图像,(d-f)MPC的SEM、TEM图像。

Nano Energy:Ni0.85Co0.15WO4纳米片电极用于超级电容器

图2. Co3ZnC@NC复合材料的电化学性能。(a)不同扫速下的循环伏安曲线,(b)峰电流与扫速之间的关系图,(c)扫速为2 mV/s的循环伏安曲线,红色区域为电容贡献。(d)在500至5000 mA/g下的倍率性能。

Nano Energy:Ni0.85Co0.15WO4纳米片电极用于超级电容器

图3. MPC电极的电化学性能。(a)不同扫速下的循环伏安曲线,(b)不同电流密度下的恒流充放电曲线,(c)在100至6000 mA/g下的倍率性能,(d)在1000 mA/g电流密度下进行1500次循环的循环性能。

Nano Energy:Ni0.85Co0.15WO4纳米片电极用于超级电容器

图4. (a)杂化锂离子电容器结的构示意图。(b)能量密度与功率密度图。

在1-4.5 V的工作电压范围内,该杂化锂离子电容器在275 W/kg的功率密度下,能量密度高达141.4 Wh/kg(基于活性材料计算),而在15.2 Wh/kg的能量密度下,其功率密度可达10.3 kW/kg(图4)。该杂化锂离子电容器表现出优异电化学性能的原因可以简略归结于:(1)Co3ZnC@NC复合材料的赝电容特性提高了Co3ZnC@NC电极的动力学,同时其分级多孔结构促进了电子和离子的快速传导。(2)MPC具有大的比表面积、丰富的微孔结构,有助于保障快速的电荷传输以及高的比容量。(3)Co3ZnC@NC负极材料和MPC正极材料之间电化学动力学的良好匹配性保证了高性能的杂化锂离子电容器。该研究成果为研发下一代先进储能材料和器件提供了新的视角。

三、Chem:首个可用于Fenton反应分解双氧水的“无机助催化剂”

最近,华东理工大学张金龙教授和邢明阳副教授研究团队与美国加州大学河滨分校的殷亚东(Yadong Yin)教授研究团队通力合作,开发了首个可用于Fenton反应高效分解双氧水的“无机助催化剂”——以硫化钼(MoS2)为代表的“表面缺陷态硫化物”。MoS2协同光催化实现了Fenton反应中铁离子的高效循环以及H2O2的快速分解。研究发现,当H2O2和Fe2+浓度分别控制在0.4 mmol/L和0.07 mmol/L时,MoS2、WS2、Cr2S3、CoS2、PbS及ZnS等硫化物表面暴露的还原态金属活性中心促进了Fe3+/Fe2+的循环(如上图)。此外,光催化可以进一步促进H2O2的分解及有机分子的敏化,使得H2O2的分解效率从28%提高至75%。高效的铁离子循环效率及较低的H2O2和Fe2+用量不仅有效抑制了铁泥的生成,还使得硫化物无机助催化体系在10次循环反应后依旧保持对苯系有机污染物分子90%以上的TOC矿化率,远高于传统Fenton体系以及有机助催化体系的矿化率(~20%),甚至在无氧条件下,依旧保持对有机污染物分子96%的降解率。在工业应用方面,MoS2助催化Fenton体系还被用来直接处理工业苯系物废水(初始COD:10400 mg/L)。反应1h后,苯系废水的COD去除率达到65%,远远高于传统Fenton反应的活性(12%),反应7小时后,COD值降低至360 mg/L,去除率达97%。

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