熔盐同步热解—电解含硅物质制备硅基复合材料

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含硅生物质富含有机质和SiO2成分,可作为制备C基或Si基材料的前驱物。在制备C基材料过程中,通常预先采用酸或碱溶剂去除SiO2及杂质元素;而在Si基材料制备过程中,采用燃烧方式去除有机质,并辅以酸浸去除杂质。上述方式存在酸碱消耗大、操作过程复杂、效率低及无法同时利用硅碳等问题。为了实现含硅生物质高效、短程及增值化利用的目的,本文以生物质中Si和C元素同步利用方式为出发点,围绕熔盐电化学处理典型含硅生物质稻壳开展实验。介于稻壳成分的复杂性,首先以SiO2@聚多巴胺(SiO2@PDA)作为稻壳(RHs)模拟物,探究其在熔盐中的电化学行为,获取生物质最佳处理条件;在此基础上,对实际稻壳熔盐电化学处理过程进行研究。本文主要研究内容如下:(1)以Ca Cl2-Na Cl熔融盐为反应介质,于800°C条件下,采用同步热解-电解(PCE)一步电化学方法处理SiO2@PDA制备出Si/C复合物(命名为Si@C@Si)。产物主要由电沉积产生的最外层硅薄层、PDA热分解产生的N掺杂C空心球以及封装在C空心球内的Si纳米颗粒组成。PCE方法具有提高SiO2电还原速率并延缓Si C生成的优点。通过改变电解时间和施加电压,优化了Si@C@Si的制备条件,确定出最佳条件为PCE处理方式下2.6 V槽压电解2 h。将该材料用作锂离子电池的负极时,Si@C@Si在500 m A g-1倍率下恒电流充放电100次后,可逆比容量为904 m Ah g-1。(2)以SiO2@PDA研究所得优化条件,采用熔盐辅助电化学方法得到了Si C/C材料。为了实现Si元素以单质状态存在,通过外加SiO2调节SiO2和有机质质量比,结果显示稻壳产物中Si C含量得到大量减少,Si成为主要成分。
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