【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100189
铁酸锂(Li5FeO4)是一种极具前景的锂离子电池正极预锂化添加剂,但其易与空气中的二氧化碳和水分发生副反应而导致失效。针对这一问题,本研究提出了一种基于PF5热诱导改性的高效路易斯酸再生策略。该策略可有效去除Li5FeO4表面惰性杂质,并原位构建Li3PO4与LiF的复合包覆层。再生后的Li5FeO4表现出优异的分散性、空气稳定性和电解液界面相容性,能有效抑制浆料凝胶化和界面副反应。当添加1.5% (wt)再生Li5FeO4时,LiFePO4正极在200次循环后仍保持135.0 mAh g−1的容量和95.3%的保持率;而对照组(未添加Li5FeO4)仅保留113.7 mAh g−1容量(保持率92.2%)。该研究为Li5FeO4的实际应用提供了新思路,将在长循环锂离子电池领域获得广泛应用。
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202305016
固态锂电池(SSLBs)因采用金属锂负极和固体电解质,具有提高能量密度和安全性的潜质。固体电解质作为固态锂电池的关键材料,对电池性能有重要影响。其中,聚合物-石榴石型复合固态电解质因结合了聚合物电解质的易加工性以及石榴石电解质的热稳定性和高离子电导率的优点,在固态电池规模化制造中具有良好的应用前景。然而,由于纳米固体电解质粉体的表面能高、与有机物的界面兼容性差,导致纳米锂镧锆氧颗粒在聚合物基体中容易发生团聚,进而导致复合电解质的离子电导率降低。本工作引入硅烷偶联剂3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)的表面进行改性,旨在改善LLZTO颗粒在溶剂和聚合物基体中的分散性。LLZTO纳米颗粒表面的羟基与GPTMS分子反应形成共价键,在颗粒表面形成一层厚度约5 nm的GPTMS修饰层。GPTMS中具有亲脂性的环氧基团,使改性后的LLZTO纳米颗粒(LLZTO@GPTMS)在有机溶剂中均匀分散。粒度分布实验表明,LLZTO纳米颗粒的分散性与溶剂的极性呈正相关。采用均匀分散的LLZTO悬浮液,制备的PEO: LLZTO复合电解质的室温离子电导率可以达到2.31 × 10−4 S∙cm−1。使用优化后的PEO: LLZTO@GPTMS电解质组装的锂对称电池以及以LiFePO4 (LFP)为正极、金属锂为负极的SSLBs均表现出更长的循环寿命。此外,GPTMS的修饰有助于LLZTO纳米颗粒在聚乙烯(Polyethylene,PE)隔膜上的均匀涂覆。采用LLZTO@GPTMS涂覆PE隔膜的LFP|Li电池比采用未修饰LLZTO涂覆PE隔膜的电池展现出更优异的循环稳定性。结果表明,GPTMS能够有效提高LLZTO纳米颗粒在有机溶剂和聚合物基质中的分散性,对其他有机-无机复合材料体系具有指导意义。
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2026.100310
缺陷调控是开发新型吸收材料的关键。如何精确控制缺陷的浓度和数量以优化材料的损耗机制仍然是一项重大挑战。传统吸收材料的吸收频率与谐振频率不匹配,限制了其吸收性能。为解决这些问题,本文通过磷掺杂和硫空位缺陷的协同作用,成功调控了CoMn纳米片的偶极子和载流子浓度,显著提高了材料的电磁波吸收性能。实验结果表明,优化后的复合材料在厚度分别为2.0 mm和2.2 mm时,实现了−52.19 dB的最小反射损耗(RLmin)和5.52 GHz的最大有效吸收带宽(EABmax)。磷掺杂和硫空位缺陷的引入不仅增加了活性位点,而且通过异质界面和晶格畸变丰富了损耗机制。本研究不仅提供了一种制备新型电磁波吸收材料的简便方法,而且为过渡金属二硫化物缺陷调控提供了一种新策略。
【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。
【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.
【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.
【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。
【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。
【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。
【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%).
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