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郵箱:zzxinlvzhou@163.com首先需要理解摻雜機(jī)制對這些材料特性的作用方式。
摻雜策略主要包括陽離子摻雜、陰離子摻雜和共摻雜,每種方法對LISs的性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有著獨(dú)特的影響。
通過對近年來發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計和分析,可以揭示出這些摻雜策略如何優(yōu)化LISs的性能,特別是在鹽湖提鋰的應(yīng)用中。
元素?fù)诫s可以通過改變鋰離子篩的表面性質(zhì)和晶格結(jié)構(gòu)來提高其對鋰離子的吸附能力和選擇性。
具體而言,摻雜可以發(fā)生在材料的表面(表面摻雜)或內(nèi)部晶格中(晶格摻雜),其主導(dǎo)位置取決于摻雜元素的引入時機(jī)和方法。
在LMO的異原子摻雜研究領(lǐng)域中,采用不同價態(tài)離子進(jìn)行摻雜,目的在于替換LMO結(jié)構(gòu)中的鋰元素和錳元素,這種方法引發(fā)了各自獨(dú)特的基礎(chǔ)機(jī)制。
單價和多價陽離子的摻雜針對的是LMO結(jié)構(gòu)中的鋰和錳,而陰離子摻雜主要替換的是氧元素。
摻雜修飾的核心目標(biāo)是提升LMO的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及其吸附性能,因此,引入的離子應(yīng)對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生正面效應(yīng)。
增強(qiáng)LMO穩(wěn)定性的方法主要有兩種。
*種是通過引入能夠促進(jìn)形成更穩(wěn)固、持久化學(xué)鍵的離子,這種方法加強(qiáng)了尖晶石結(jié)構(gòu),在酸性交換和高鹽度吸附過程中保持了結(jié)構(gòu)的一定穩(wěn)定性,進(jìn)而減緩了Mn3+離子的溶解速率。
表一給出了元素?fù)诫s后LMO和LTO在實(shí)際鹽湖鹵水中的運(yùn)用,結(jié)果表明經(jīng)過陰離子摻雜和共摻雜的LMO,以及異原子摻雜的LTO,在鹽湖鹵水中的應(yīng)用展現(xiàn)出顯著的前景。尤其是異原子摻雜的LTO,在單溶液吸附過程中展現(xiàn)出卓越的循環(huán)性能。
這些材料通過結(jié)構(gòu)和功能的優(yōu)化,不僅提高了鋰的選擇性吸附效率,還增強(qiáng)了材料的穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性,為鹽湖鹵水中的鋰資源回收提供了高效、可持續(xù)的解決方案。
第二種方法則是通過引入離子改變LMO的整體價態(tài),減少結(jié)構(gòu)中Mn3+離子的比例,以此減輕在吸附過程中可能發(fā)生的歧化反應(yīng)。
在此背景下,研究者探髁薒iMn2O4和Li1.6Mn1.6O4基底的摻雜策略,旨在通過用不同價態(tài)的離子替換尖晶石結(jié)構(gòu)中的特定元素,從而增強(qiáng)LMO的性能。
主要的單價元素用于摻雜的包括鈉(Na+)和鉀(K+),而多價元素則包括鎂(Mg2+)、鎵(Ga3+)、鋯(Zr4+)、鋁(Al3+)、鐵(Fe3+)和鉻(Cr3+)。
多價元素?fù)诫s的效果在很大程度上依賴于摻雜離子與錳離子之間的離子半徑差異。
較大的離子半徑可以引起晶體膨脹,增加孔隙度,從而促進(jìn)吸附過程;而較小的半徑則可能導(dǎo)致晶體收縮,增加比表面積,為鋰離子吸附提供更多活性位點(diǎn)。
通過這些策略,異原子摻雜不僅強(qiáng)化了LMO的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,還提高了其對鋰離子的吸附效率,展現(xiàn)了通過精細(xì)調(diào)控材料結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)來優(yōu)化性能的潛力。
在LTO的異原子摻雜研究領(lǐng)域中,LTO的傳統(tǒng)合成方法依賴于高溫固態(tài)反應(yīng)過程,該過程因高溫而常見粒子聚集現(xiàn)象,這種聚集不僅影響材料的均勻性,還可能削弱其在能量存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的性能。
為了克服這一挑戰(zhàn),科學(xué)家們采用了離子摻雜策略,這一策略在合成階段有效減少了粒子的聚集,進(jìn)而顯著提高了LTO的性能。此外,離子摻雜不僅優(yōu)化了材料的物理結(jié)構(gòu),還引入了新的功能特性。
例如,通過鐵摻雜,LTO獲得了磁性質(zhì),這一特性極大地簡化了摻雜材料的回收過程,增加了其在多次循環(huán)使用中的可持續(xù)性。
同時,引入電負(fù)性更強(qiáng)的鋁離子,可以有效提升摻雜LTO對鋰離子的吸附能力,從而在提高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。
這些改進(jìn)不僅增強(qiáng)了LTO的吸附效率,還為其在先進(jìn)能量存儲系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了新的可能性。
錄入時間:2024/5/15 11:23:41 點(diǎn)擊次數(shù):1055
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