深入分析元素摻雜對LISs結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和吸附性能

首先需要理解摻雜機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)定性有著獨特的影響。




通過對近年來發(fā)表的相關(guān)文獻進行統(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。




元素摻雜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)了各自獨特的基礎(chǔ)機制。




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LMO穩(wěn)定性的方法主要有兩種。




*種是通過引入能夠促進形成更穩(wěn)固、持久化學鍵的離子，這種方法加強了尖晶石結(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，進而減緩了Mn3+離子的溶解速率。

表一給出了元素摻雜后LMO和LTO在實際鹽湖鹵水中的運用，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Li_1.6Mn_1.6O₄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⁺）。




多價元素摻雜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。




通過這些策略，異原子摻雜不僅強化了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)了通過精細調(diào)控材料結(jié)構(gòu)和化學性質(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，引入電負性更強的鋁離子，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。




這些改進不僅增強了LTO的吸附效率，還為其在先進能量存儲系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了新的可能性。

錄入時間：2024/5/15 11:23:41 點擊次數(shù)：1350