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文 章 信 息
熔盐化学辅助实现金属硼化物相选择性分离
通讯作者:孔令斌*
单位:兰州理工大学
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研 究 背 景
金属硼化物因其优异物理化学性质而在功能材料研究领域受到广泛关注。但金属硼化合物的合成非常困难,研究者对于金属硼化合物的合成、性质缺乏理解。实现金属硼化物的单相选择性分离仍面临挑战。鉴于此,兰州理工大学孔令斌教授报道了通过熔盐辅助合成过渡金属硼化合物的新进展。
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文 章 简 介
近日,来自兰州理工大学的孔令斌教授在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Borothermal Reduction in Molten Salt Synthesis of VBX (X=1 or 2) Nanoparticles for Lithium-ion Capacitor Applications”的文章。该文章重点探讨了无机熔盐中的金属硼化物固相反应合成规律。此外,通过系列表征手段发现钒基金属硼化物展现出插层赝电容储能机制。作为应用验证,研究了VB、VB2在锂离子电容器电极材料的电化学性能,证明了过渡金属硼化物在金属离子电池应用中的潜力。
图1.熔盐辅助法制备VB硼化条件调控
图2.熔盐辅助法制备VB2硼化条件调控
图3.VB和VB2阳极材料储能机理分析
图4.VB//AC和VB2//AC LICs电化学性能
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本 文 要 点
要点一:熔盐辅助法制备VB和VB2硼化条件调控
硼化实验中发生的反应主要为还原反应和硼化反应两步。在整个反应过程中,B粉既作为还原剂,又作为硼源参与反应。本研究发现,硼源的含量是硼化过程中能否形成多相硼化物的关键影响因素。此外,随着反应温度的逐步上升,出现的物相依次是V2O3、VB、VB2。这一发现证明不同相转变反应所需的温度并不相同,且较高的反应温度能够增强所有相转变反应的动力学过程,进而缩短反应完成所需的时间。
要点二:VB和VB2阳极材料储能机理分析
在VB和VB2电极的放电-充电过程中,XRD衍射峰先左移后右移,对应于晶格的膨胀和收缩,这与Li+的嵌入/脱出密切相关。在完全放电状态(0.01 V)下,由于锂的插入,在Li 1s光谱中检测到锂信号,V 2p光谱的结合能峰值相对于初始状态发生了负移。在完全充电状态(3.0 V)下,部分Li+脱出,因此锂信号强度变弱,V 2p光谱的结合能峰值发生正向偏移。结果表明VB和VB2电极在充放电过程无相变发生,属于嵌入型材料。其储锂机制可分别描述为:
要点三:VB//AC和VB2//AC 锂离子电容器构建
组装的VB//AC和VB2//AC LICs器件均展现出近似矩形的CV曲线和等腰三角形的GCD曲线,这证明VB和VB2硼化物负极与活性炭正极之间具有优异的电化学动力学匹配。这种匹配性对于提高器件的整体性能至关重要。它能够确保电荷在正负极之间实现快速且有效的传输。
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文 章 链 接
Borothermal Reduction in Molten Salt Synthesis of VBX (X=1 or 2) Nanoparticles for Lithium-ion Capacitor Applications
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160457
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通 讯 作 者 简 介
孔令斌:理学博士、教授、博士生导师、甘肃省“杰青”、甘肃省“飞天学者”特聘教授、有色金属先进加工与再利用国家重点实验室能源材料团队学术带头人、中国化学会高级会员、国家自然科学基金评审专家。英国南安普顿大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校访问学者(“现代电化学之父”Allen J. Bard(艾伦·巴德)课题组)。目前公开发表SCI收录论文300余篇,SCI他引一万余次,H-index(H指数)55。以第一作者/通讯作者在ACS Energy Lett.、Energy Stor. Mater.、Small、J. Energy Chem.、ChemComm等期刊发表160余篇,3篇论文入选ESI高被引论文,6篇论文入选J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、Phys. Chem. Chem. Phys.等期刊封面论文。长期担任Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc. 等期刊审稿人。获得甘肃省自然科学三等奖(排名第一)、甘肃省高校科技进步一等奖(排名第一)等科技奖励。主持包括面上项目、青年基金等国家自然科学基金6项,教育部科学技术研究重点项目1项、甘肃省重点人才项目1项、甘肃省基础研究创新群体项目1项等。
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