少妇视频无码专区,三级黄线在线免费播放,婷婷在线免费手机视频,潮喷潮喷吧日韩人妻无码,中文亚洲天堂,亚洲午夜福利一级无码男同,国内高清无码视在线

編者按：山東大學(xué)郝霄鵬教授團(tuán)隊(duì)AM提出了提升金屬氧化物電化學(xué)性能的新策略，來(lái)解決氧化物材料體積膨脹和電導(dǎo)率差的問(wèn)題，此外，通過(guò)第一性原理和動(dòng)力學(xué)分析闡明電化學(xué)性能提升的機(jī)理。此項(xiàng)工作為制備其他高性能電極材料提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐，對(duì)促進(jìn)該類材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

過(guò)渡金屬氧化物，因其具有比容量高、儲(chǔ)量豐富，環(huán)境友好，且易于制備易等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是金屬氧化物材料導(dǎo)電性能差，在儲(chǔ)能過(guò)程中體積膨脹大，這導(dǎo)致其容量衰減快、循環(huán)穩(wěn)定性差，制約了其應(yīng)用。目前提高過(guò)渡金屬氧化物導(dǎo)電性能的主要方法是將納米金屬氧化物與高電導(dǎo)性材料（碳納米管或者石墨烯）復(fù)合。這些方法在一定程度上可以提高金屬氧化物的電導(dǎo)性能，但是其體積膨脹問(wèn)題，仍然難以解決。

 

近日，山東大學(xué)郝霄鵬教授團(tuán)隊(duì)提出了提升金屬氧化物電化學(xué)性能的新策略，通過(guò)將等離子處理和水熱法相結(jié)合，在碳纖維表面設(shè)計(jì)構(gòu)造了一系列金屬氧化物納米線（TMO NWs），并利用氮化法在TMO NWs外表面沉積了一層過(guò)渡金屬氮氧層（FeON、CoON、NiON和VON），有效解決了TMO NWs在充放電過(guò)程中體積膨脹的問(wèn)題，并進(jìn)一步提高其導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

 

若將該新型核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)用于超級(jí)電容器，其容量較復(fù)合之前提高了兩倍以上，循環(huán)穩(wěn)定性由原來(lái)的50%提升到94%。最后，作者結(jié)合第一性原理計(jì)算和化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析，系統(tǒng)地研究了氮氧層提升材料性能的機(jī)理。該項(xiàng)工作發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials上。山東大學(xué)為獨(dú)立研究單位，第一作者為王守志博士，李妍璐副教授與郝霄鵬教授為共同通訊作者。

 

本文的亮點(diǎn)在于發(fā)明了一種簡(jiǎn)單、高效、普適的策略制備一系列金屬氧化物/氮氧化物核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，不僅能夠有效緩解金屬氧化物的體積膨脹問(wèn)題，還能提高材料的容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。

 

圖1. 氧化物/氮氧層制備的示意圖（a）,系列含有氮氧層的金屬氧化物（氧化鐵，氧化鈷，氧化鎳和氧化釩）的SEM（b-i）及TEM圖（j-q）

圖2. Fe，Co，Ni和V的氧化物/氮氧化物的結(jié)構(gòu)表征：XRD（a）；Raman（b）和XPS（c-f）

 

通過(guò)復(fù)合材料的形貌表征（圖1j-1q）可以看出在金屬氧化物的表層有大概5 nm厚度的殼層，從結(jié)構(gòu)表征（Raman和XPS高分辨譜圖）可以證明復(fù)合物表面的殼層均含有M-O-N鍵（M=Fe, Co，Ni和V），充分證明成功制備出以金屬氧化物為核，其氮氧化物為殼的復(fù)合材料。
 

圖3. Fe，Co，Ni和V的氧化物/氮氧化物電化學(xué)性能表征：鈷基材料的CV曲線（a）；TMON復(fù)合材料的CV曲線（b），GCD曲線（c），倍率性能（d），交流阻抗性能（e）以及循環(huán)性能（f）。

 

通過(guò)圖3a可以看出含有氮氧層的電極材料的電壓窗口（1 V）較氧化物（0.5 V）和氮化物（0.8 V）更高，有助于提高材料的能量密度（E=1/2 CV²）。此外，在同樣的掃描速率（10mV/s）條件下，含有氮氧層的復(fù)合材料的CV面積明顯較氧化物和氮化物的大，說(shuō)明其容量最大。并且從倍率性能（圖3d）、交流阻抗（圖3e）和循環(huán)穩(wěn)定性能（3f）可以明顯看出含有氮氧層的復(fù)合材料的容量、電導(dǎo)率和循環(huán)穩(wěn)定性能都比其氮化物和氧化物更加優(yōu)異。為了進(jìn)一步證明該方法具有普適性，又制備了一系列的金屬氧化物/氮氧化物材料（Fe，Co，Ni和V），從圖3b和圖3c可以看出電壓窗口均達(dá)到1V，并且在1A/g的條件下FeON，CoON，NiON和VON的容量都高達(dá)337.0, 258.0, 331.5,和275.0mAh/g。
 

圖4. CoON電極材料的動(dòng)力學(xué)分析和第一性原理計(jì)算：掃描速率-峰電流的對(duì)數(shù)值（a）； 5mV/s條件下的擴(kuò)散控制和表面電容的貢獻(xiàn)值CV曲線（b），不同掃描速率條件下擴(kuò)散控制和表面電容的容量貢獻(xiàn)值柱狀分布圖；氧化鈷（d）和鈷氧氮（e）材料的差分電荷模擬圖，氧化鈷（f）和鈷氧氮（g）的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度圖。

 

圖4a是根據(jù)不同掃描速率條件下的CV曲線中電流峰值的關(guān)系（i = αν^b）確定材料的b值約為0.77，這說(shuō)明了CoON材料主要是要貢獻(xiàn)是法拉第電容行為（或者是插層贗電容行為）。圖4b和4c再次證明隨著掃描速率的增大，CoON容量中的表面電容貢獻(xiàn)占主導(dǎo)，結(jié)合圖4a可以得出復(fù)合材料中容量主要是氧化鈷和鈷氧氮的贗電容貢獻(xiàn)?；诘谝恍栽碛?jì)算方法我們進(jìn)一步探索了CoON材料電化學(xué)性能提升的機(jī)理。從圖4d-4e可以看出，氧化鈷在引入氮原子后，材料的結(jié)構(gòu)變化不大，但是氮原子周?chē)碾姾闪吭黾樱@有助于增大電導(dǎo)性，增強(qiáng)電解液離子吸附，從而促進(jìn)材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)。能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果（圖4f）表明，氮原子的引入使得氧化鈷的帶隙從0.78 eV降低到0.33 eV，帶隙的顯著降低可以大大提高氮氧層的電導(dǎo)性能，從態(tài)密度圖（圖4g）中看出，N 2p態(tài)的引入使得氮氧化鈷材料在費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)展寬，這同樣也是電導(dǎo)率提高的一個(gè)表現(xiàn)。