深入分析元素摻雜對LISs結構穩定性和吸附性能

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的性能和結構穩定性有著獨特的影響。




通過對近年來發表的相關文獻進行統計和分析，可以揭示出這些摻雜策略如何優化LISs的性能，特別是在鹽湖提鋰的應用中。




元素摻雜可以通過改變鋰離子篩的表面性質和晶格結構來提高其對鋰離子的吸附能力和選擇性。




具體而言，摻雜可以發生在材料的表面（表面摻雜）或內部晶格中（晶格摻雜），其主導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域中，采用不同價態離子進行摻雜，目的在于替換LMO結構中的鋰元素和錳元素，這種方法引發了各自獨特的基礎機制。




單價和多價陽離子的摻雜針對的是LMO結構中的鋰和錳，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的結構穩定性以及其吸附性能，因此，引入的離子應對結構的穩定性產生正面效應。




增強LMO穩定性的方法主要有兩種。




*種是通過引入能夠促進形成更穩固、持久化學鍵的離子，這種方法加強了尖晶石結構，在酸性交換和高鹽度吸附過程中保持了結構的一定穩定性，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，結果表明經過陰離子摻雜和共摻雜的LMO，以及異原子摻雜的LTO，在鹽湖鹵水中的應用展現出顯著的前景。尤其是異原子摻雜的LTO，在單溶液吸附過程中展現出卓越的循環性能。




這些材料通過結構和功能的優化，不僅提高了鋰的選擇性吸附效率，還增強了材料的穩定性和可重復使用性，為鹽湖鹵水中的鋰資源回收提供了高效、可持續的解決方案。




第二種方法則是通過引入離子改變LMO的整體價態，減少結構中Mn³⁺離子的比例，以此減輕在吸附過程中可能發生的歧化反應。




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的離子替換尖晶石結構中的特定元素，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的結構穩定性，還提高了其對鋰離子的吸附效率，展現了通過精細調控材料結構和化學性質來優化性能的潛力。




在LTO的異原子摻雜研究領域中，LTO的傳統合成方法依賴于高溫固態反應過程，該過程因高溫而常見粒子聚集現象，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換應用中的性能。




為了克服這一挑戰，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，離子摻雜不僅優化了材料的物理結構，還引入了新的功能特性。




例如，通過鐵摻雜，LTO獲得了磁性質，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使用中的可持續性。




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穩定性方面發揮重要作用。




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中的應用提供了新的可能性。

錄入時間：2024/5/15 11:23:41 點擊次數：1011