CoSb3/石墨烯纳米复合材料的原位合成及热电输运特性
结题报告
批准号:
51101139
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
谢健
依托单位:
学科分类:
E0110.金属生物与仿生材料
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘双宇、郑云肖、宋文涛、王宇翔、朱允广
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中文摘要
本申请项目将用原位溶剂热法合成一种新结构的CoSb3基热电材料,即CoSb3/石墨烯纳米复合材料。由于前驱体相互的物理化学作用,这种结构中纳米CoSb3晶粒(5-10纳米)可被均匀地约束于石墨烯层间;同时,石墨烯层可被CoSb3充分隔离,经热压后可形成CoSb3纳米晶粒/石墨烯层-层结构。石墨烯的分散作用可有效阻止热压过程中CoSb3晶粒的团聚和长大,石墨烯的物理化学性质也与真空热压工艺相容。通过本项目的实施,将揭示溶剂热反应参数(温度、时间、前驱体组元之间的物理化学作用等)对CoSb3/石墨烯纳米复合材料微观形态的影响规律;揭示热压对CoSb3/石墨烯微观形态的演变规律,及该演变同热电输运特性的关系规律,特别是CoSb3晶粒尺寸、晶界及与石墨烯界面微结构的演变对声子输运行为的影响规律。在揭示上述规律的基础上,通过对CoSb3/石墨烯纳米复合材料微结构的优化设计来实现其热电性能的突破。
英文摘要
通过溶剂热法制备了CoSb3/G纳米复合材料,然后经过热压制备了p型CoSb3/G块体复合热电材料。所得产物的CoSb3颗粒非常细小,约5–10纳米,其中薄层的石墨烯嵌于其间,石墨烯的含量约为1.5 wt%。在80 MPa下600 ºC热压2小时后,CoSb3颗粒仍保持在100纳米左右。研究发现,少量石墨烯的引入可显著提高CoSb3的电导率,电导率的提高是载流子浓度和迁移率共同增加的缘故,但赛贝克系数则变化不大。CoSb3/G纳米复合材料显示出了较低的晶格热导率,这是由纳米化引入晶界散射和第二相引入界面散射共同作用的结果。在800 K时,CoSb3/G纳米复合材料的热电优值达到0.61,而单纯CoSb3的热电优值仅为0.26。用类似的方法制备了PbTe/G纳米复合材料,其中PbTe呈现立方形,颗粒尺寸约为200纳米,其表面覆盖着薄的石墨烯层。经过80 MPa,600 ºC下热压0.5小时后,PbTe的颗粒尺寸仍保持在200纳米左右。和石墨烯复合后,产物的电导率上升,总热导率和晶格热导率均下降,热电优值可达到约0.5。用溶剂热法制备了纳米尺寸的Bi2Te3薄片,研究表明,当NaOH浓度为0.2 M,反应温度和时间分别为180 °C 和 36小时,表面活性剂为PVP时,可以得到尺寸均匀,具有完整六边形结构的二维Bi2Te3薄片,该薄片的厚度为40−60纳米。相对于熔炼产物,纳米结构的溶剂热产物的热导显著降低,这是众多晶界对声子散射的结果。在制备纳米Bi2Te3基础上,用溶剂热法制备了Bi2Te3/石墨烯纳米复合材料。用一种绿色方法来将氧化石墨还原成rGO,将两种中药菊粉和枸杞配成溶液作为还原剂,在水热条件下将氧化石墨还原,得到了N,S双掺杂的还原氧化石墨。研究了掺杂和填充对CoSb3热电性能的影响,结果表明,Fe掺杂和Pr,Nd双填充可将CoSb3的ZT值提高到。用悬浮熔炼法制备了FeVSb基热电材料,通过改变孔隙率,Co掺杂,点缺陷和晶界的优化来提高热电性能。在研究热电性能的基础上,将石墨烯基纳米复合材料用于其他能量存储和转换领域,如锂离子电池,锂空电池,钠离子电池等。研究发现,石墨烯的引入同样能提高其他能量存储和转换性能。
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Enhanced thermoelectric properties of p-type CoSb3/graphene nanocomposite
p型CoSb3/石墨烯纳米复合材料的增强热电性能
DOI:10.1039/c3ta13202a
发表时间:2013-01-01
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Feng, Bin;Xie, Jian;Zhao, Xinbing
通讯作者:Zhao, Xinbing
DOI:10.1039/c4ra01985g
发表时间:2014-01-01
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Feng, Bin;Xie, Jian;Zhao, Xinbing
通讯作者:Zhao, Xinbing
Thermoelectric properties of FeVSb half-Heusler compounds by levitation melting and spark plasma sintering
悬浮熔炼和放电等离子烧结 FeVSb 半赫斯勒化合物的热电性能
DOI:10.1016/j.intermet.2012.07.037
发表时间:2013-01-01
期刊:INTERMETALLICS
影响因子:4.4
作者:Fu, Chenguang;Xie, Hanhui;Zhao, X. B.
通讯作者:Zhao, X. B.
In situ TEM characterization of single PbSe/reduced-graphene-oxide nanosheet and the correlation with its electrochemical lithium storage performance
单片 PbSe/还原氧化石墨烯纳米片的原位 TEM 表征及其电化学储锂性能的相关性
DOI:10.1016/j.nanoen.2014.03.001
发表时间:2014-04
期刊:Nano Energy
影响因子:17.6
作者:J. Xie;F.F. Tu;Q.M. Su;G.H. Du;S.C. Zhang;T.J. Zhu;G.S. Cao;X.B. Zhao
通讯作者:X.B. Zhao
Direct growth of flower-like δ-MnO2 on three-dimensional graphene for high-performance rechargeable Li-O2 batteries
在三维石墨烯上直接生长花状 δ-MnO2 用于高性能可充电 Li-O2 电池
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Adv. Energy Mater.
影响因子:--
作者:S.Y. Liu;Y.G. Zhu;J. Xie;Y. Huo;H.Y. Yang;T.J. Zhu;G.S. Cao;X.B. Zhao;S.C. Zhang
通讯作者:S.C. Zhang
贵金属纳米晶/层状MnO2对CO2还原/析出反应的协同催化机制及在高性能Li-CO2电池中的应用
  • 批准号:
    LY19E020013
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    谢健
  • 依托单位:
钯基纳米晶/氧化物阵列对过氧化锂的引导生长机理及在锂–空电池中的应用
  • 批准号:
    51572238
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    谢健
  • 依托单位:
国内基金
海外基金