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齐岳生物可定制硫掺杂的三氧化二铁纳米线阵列S-Fe2O3 NWAs
发布时间:2021-05-06     作者:zzj   分享到:

利用水热反应合成法以及硫化热处理制备了硫掺杂的三氧化二铁纳米线阵列(S-Fe2O3 NWAs),通过第一性原理计算表明,在Fe2O3进行硫掺杂可以显著地将带隙从2.34eV减小到1.18 eV,从而提高电子电导率。以S-Fe2O3NWAs为负极和锌--钴氧化物/氢氧化镍核壳(ZNCO@Ni(OH)2 NWAs)为正极成功组装了可穿戴的水系可充电镍钴-铁(NiCo-Fe)电池。该纤维状电池拥有1.05 V的放电平台以及0.45 mAh cm-2比容量。

1)采用简单的水热生长以及硫化热处理,在碳纳米管纤维 (CNTF)上原位生长S- Fe2O3NWAs,作为镍钴铁电池的负极,其电流密度为4 mA cm-2时的容量为0.81 mAh cm-2,几乎是原始Fe2O3NWAs/CNTF电极的7倍。

2)第一性原理计算表明,Fe2O3进行硫掺杂可以将带隙从2.34 eV显着减小到1.18 eV,从而增强电子电导率。

3)组装好的纤维状NiCo-Fe电池具有0.45 mAh cm-2的高容量和67.32 mWh cm-3的能量密度,优于大多数之前报道纤维状水系电池。

4)准固态纤维状NiCo-Fe电池具有出色的柔韧性,机械稳定性,其比容量在不同的弯曲角度下可保持基本不变。

1a展示了通过简单的水热生长和硫化合成的S-Fe2O3NWAs/CNTF负极的制备过程.1b-c中的SEM图像显示,CNTF的整个表面均匀且密集地覆盖有S-Fe2O3 NWAs。图1d所示的能量色散光谱结果表明,Fe:O:S的原子比为22.430.29,这意味着O原子被S原子部分取代。根据图1e中的SAED衍射信号以及图1fEDS图像判断,S-Fe2O3 NWAs具有晶体性质以及铁,氧,硫等均匀分布在碳纳米管基底的表面(图1f)。HRTEM图像显示晶面间距为0.269nm对应于Fe2O3(104)平面。

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1 (a) S-Fe2O3NWAs/CNTF负极的制备过程。(b-c) 不同倍数下的S-Fe2O3NWAs/CNTFSEM图像。(dS-Fe2O3 NWsEDS光谱和 (e) SAED图。(f) S-Fe2O3NWTEM图像和相应的EDS元素映射。(g) S-Fe2O3 NWAsHRTEM图像。

2a展示了S-Fe2O3模型,该模型以Fe2O3中两个O原子替换为S原子而构建的。图2b表示原始的Fe2O3是带隙为2.34 eV的半导体,而在S掺杂后,带隙急剧减小至1.18 eV。原始Fe2O3(图3c)和S-Fe2O3(图3d)的能带结构进一步支持了这种现象。图2e进一步验证S-Fe2O3 NWAs/CNTF电极的电荷转移电阻值(5.83Ω)低于Fe2O3NWAs/CNTF电极的转移电阻低的1.52倍(等于14.71Ω),表明Fe2O3通过S掺杂,迁移动力学大大增强。图3f比较了Fe2O3 NWAs/CNTFS-Fe2O3 NWAs/CNTFs0-1.4 V电压范围内的循环伏安图,S-Fe2O3NWAs/CNTF电极比原始的CNTFFe2O3NWAs/CNTFs电极的CV曲线的面积更大,氧化还原峰强度更高。

2 (a) 6% S-Fe2O3的原子结构。(b)原始Fe2O3S-Fe2O3的态密度计算值。(c) 原始Fe2O3(d)S-Fe2O3的能带结构。(e)S- Fe2O3Fe2O3阻抗图和拟合的等效电路。(f) S-Fe2O3, Fe2O3和初始CNTF的电极在10 mV s-1扫描速率下的CV

为了组装NiCo-Fe电池,如图3a所示,将包覆PVA-KOH凝胶电解质的S-Fe2O3 NWAs/CNTFZNCO@Ni(OH)2NWAs/CNTF电极捻成缠绕结构的混合线。S-Fe2O3/CNTF负极和ZNCO@Ni(OH)2 NWAs/CNTF正极的循环伏安曲线如图3b所示,其中电压窗口S- Fe2O3电极和ZNCO@Ni(OH)2NWAs/CNTF分别为-1.4~0 V0~0.5 V。在0~1.6 V范围内以各种扫描速率测量的纤维状NiCo-Fe电池的循环伏安曲线显示出一对明显的强氧化还原峰(图3c)。当扫描速率增加时,CV曲线的形状保持良好,除了峰值位置略有变化外,没有明显的变形,这表明组装后的器件具有良好的稳定性。纤维状NiCo-Fe电池在不同电流密度下的恒流充放电曲线在1.37 V1.02 V时显示出两个明显的特征平台(图3d)。在2 mA cm-2时达到了0.46 mAh cm-2的超高比容量。在10 mA cm-2的高电流密度下,比容量可以保持68.9%(0.31 mAh cm-2)。Ragone图(图3e)展示了我们的纤维状NiCo-Fe电池的能量密度和功率密度高于最近报道的纤维状水系可充电电池。柔性测试表明组装的纤维状NiCo-Fe电池的具有优异的机械柔性(图3f)。如图3g-3h所示,两个NiCo-Fe电池串联工作电压加倍和并联时放电容量加倍。同时,充放电曲线保持相同的初始形状,证明集成器件可以稳定的工作。如图6i所示,红光二极管(LED)可以被两个串联的纤维状NiCo-Fe电池点亮,进一步证实了组装的NiCo-Fe电池的实际应用。

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3 (a) 纤维状水系NiCo-Fe电池的示意图。(b) S-Fe2O3NWAs/CNTF的负极和ZNCO@Ni(OH)2 NWAs/CNTF的正极的循环伏安曲线。(c) 纤维状NiCo-Fe电池的循环伏安曲线和 (d) 恒流充放电曲线。(e) 纤维状NiCo-Fe电池Ragone图。(f) 弯曲为45º90º135º180º的纤维状NiCo-Fe电池的恒流充放电曲线。两根纤维状NiCo-Fe电池的恒流充放电曲线串联连接(g)(h)并联。(i) 两个串联的纤维状NiCo-Fe电池可以点亮红光LED

通过硫掺杂可导致Fe2O3带隙减小和电导率提高,因此,S-Fe2O3的容量,循环稳定性和倍率性能都得到了显著的提升,使其成为水系镍铁电池的理想负极材料。如实验结果所示,该S-Fe2O3 NWAs/CNTF电极在4mA cm-2处的面积容量为0.81 mAh cm-2,这是原始Fe2O3面积比容量的近七倍。此外,使用S-Fe2O3NWAs/CNTF负极和ZNCO@Ni(OH)2 NWAs/CNTF正极组装了具有稳定工作电压的纤维状NiCo-Fe电池,该器件表现出高的比容量(电池容量等于0.46 mAh cm-2)和体积能量密度(等于67.32 mWh cm-3),大大优于最近报道的大多数水性充电电池。此外,纤维状NiCo-Fe电池显示出良好的柔韧性,在不同的弯曲角度下容量损失可忽略不计。这项工作为下一代可穿戴镍铁电池铁基负极的设计提供了新的方向,也将进一步推动柔性储能技术的发展。

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以上内容来自齐岳小编zzj 2021.5.6




【公司简介】:

德尔塔(Delta) 是西安齐岳生物科技有限公司旗下品牌,德尔塔(Delta) 目前经营的产品主要有合成磷脂,PEG衍生物,嵌段共聚物,纳米金,磁性纳米颗粒,介孔二氧化硅,活性荧光染料,荧光量子点,点击化学和大环配体等等,这些产品在国内给数百家高校实验室和数十家中科研研究所及药厂长期供应,德尔塔(Delta) 成立之初以代理国外进口品牌的为主,产品主要涉及磷脂、PEG衍生物等产品,随着公司的发展和扩大,公司更注重自主品牌的建立和高附加值的高端产品研发并且注册了自己品牌商标,在未来3-5年公司预计将建立一个综合型的大型实验室,该实验室不仅提供全方面的纳米靶向药物科研产品及定制外包服务,还将承接其他研究领域的科研产品和定制外包服务,预计该实验室还将与国内数十家大型药厂进行前期药物研发的科研合作,为药厂提供科研产品及技术服务,在研发阶段协助药厂开发抗肿瘤新药,一旦新药开发成功,在研发阶段积累的高端辅料产品和研发经验将支持我们建立一条药用辅料生产线给该肿瘤新药长期提供高端药用辅料。在高校和研究所科研领域上面公司不但要抢占国内市场还要开拓国际市场,国际业务以在2018年初开始启动,部分产品已远销欧美大陆,计划在未来3年-5年公司的拳头产品要抢占大量的国际市场,使得德尔塔(Delta) 品牌发展成一个国际品牌。

 

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【温馨提示】:

德尔塔(Delta)供应的产品仅用于科研,不能用于人体治疗、药物开发、和其他商业用途,如有购买方或第三方采购我公司的产品用于治疗、药物开发或商业用途,购买方或第三方将承担所有法律责任,我公司也将追究其法律责任。以上产品均可定购。


【运输说明】:


极低温产品:极低温产品运输过程中加装干冰运输。

低温产品:低温产品运输过程中加装冰袋运输。

常温产品:常温产品运输过程中无需加冰或者特殊包装。


【目前合作的部分科研单位】:

重庆医科大学,西南大学,第三军医大学,西南交通大学,重庆大坪医院,四川大学,华西医院,电子科技大学,哈尔滨工业大学,吉林大学,长春应化所,沈阳药科大学,中国海洋大学,北京大学,清华大学,北京理工大学,北京师范大学,北京中医药大学,中国农业大学,北京市肿瘤防治研究所,北京军事医学科学院,中国科学院动物研究所,中国科学院化学研究所,第四军医大学,西安交通大学,湖南大学,中南大学,武汉大学,武汉协和医院,华中科技大学,中山大学,广东药科大学,深圳大学,华南理工大学,中国科研学院先进技术研究院,厦门大学,福州大学,浙江大学,南京大学,南京医科大学,东南大学,中国药科大学,苏州大学,山东大学,山东师范大学,上海交通大学,华东理工大学,复旦大学,郑州大学,河南烟草局,宁夏医科大学,新疆大学,中国人民大学,中国科学院苏州纳米研究所,国家纳米科学中心,武汉病毒研究所,中国科学院过程工程研究所,江苏省原子医学研究所,中国科学院宁波材料技术与工程研究所,中国科学院上海硅酸盐研究所,中国医学科学院生物医学工程研究所等等

 

【目前合作过的药厂】:

石药集团中奇制药技术(石家庄)有限公司,西安力邦制药有限公司,上海药明康德新药开发有限公司,安徽省国平药业有限公司,苏州亚盛药业有限公司,兆科药业(合肥)有限公司,南京绿叶制药有限公司,山东绿叶制药有限公司,大冢(上海)药物研究开发有限公司,国药集团化学试剂有限公司,长春金赛药业有限责任公司,成都苑东药业有限公司,浙江海正药业等。


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