Plasma 3000型全譜電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測(cè)定 碳納米管復(fù)合磷酸鐵鈉正極材料中的Na、Fe、P元素的含量

前言

鈉離子電池憑借資源和價(jià)格優(yōu)勢(shì)在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。然而，鈉離子較大的半徑和質(zhì)量不利于它與電極材料的可逆反應(yīng)。開發(fā)能夠快速、穩(wěn)定存儲(chǔ)鈉離子的高比能電極材料是提升鈉離子電池性能的關(guān)鍵之一。在目前已知的正極儲(chǔ)鈉材料中，鐵基磷酸鹽由于成本低廉、環(huán)境友好引起廣泛關(guān)注。其中，NaFePO4因理論比容量高(154 mAh g-1)和工作電位適宜脫穎而出。磷酸鐵鈉的復(fù)合正極材料包括磷酸鐵鈉復(fù)合材料，改性石墨和焦磷酸鈉,通過將石墨改性，使得晶體六邊形的石墨中晶體的碳碳雙鍵部分?jǐn)嗔?，后續(xù)與空氣中的水或氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成不飽和的碳?xì)滏I，再與焦磷酸鈉中的焦磷酸根基團(tuán)的不飽和鍵，引力相吸以及鈉元素的路易斯堿的作用從而使得改性石墨很好地分散在焦磷酸鈉上，再與磷酸鐵鈉復(fù)合材料混合，提高了磷酸鐵鈉復(fù)合材的導(dǎo)電性，拓寬其商業(yè)化的進(jìn)程，從而提高磷酸鐵鈉復(fù)合材料的克容量以及循環(huán)性能。因此準(zhǔn)確測(cè)定碳納米管復(fù)合磷酸鐵鈉正極材料的化學(xué)成分是其應(yīng)用的重要保證。

目前，關(guān)于碳納米管復(fù)合磷酸鐵鈉正極材料成分的分析方法有重量法、分光光度法和滴定法等，這些方法幾乎都有分析程序長(zhǎng)、操作較復(fù)雜、只可單元素測(cè)定的缺點(diǎn)。因此本文選用國(guó)產(chǎn)全譜掃描電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀Plasma 3000，具有可同時(shí)測(cè)定多種元素、分析速度快，檢出限低并且精密度良好，動(dòng)態(tài)范圍寬等特點(diǎn)。

圖1某公司研制的碳納米管復(fù)合磷酸鐵鈉正極材料

試劑、材料和設(shè)備

1.                      無特殊說明，本標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)所用水為GB/T 6682中規(guī)定的一級(jí)水；

2.                      鹽酸；

3.                      硝酸；

4.                      高氯酸；

5.                      容量瓶；

6.                      微量移液器；

7.                      氬氣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.99%）；

8.                      電子天平；

9.                      電熱板。

圖2 Plasma 3000

樣品制備與前處理

按照HG/T 3921 化學(xué)試劑采樣及驗(yàn)收規(guī)則或相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣和制樣。

稱取適量試樣于微波消解罐中，用適量去離子水潤(rùn)濕樣品后，加入混合酸，將試樣置于電熱板加熱，待反應(yīng)停止后，加入高氯酸、升高電熱板溫度，冒煙至近干，加入硝酸溶解鹽類，取出冷卻至室溫，將樣品無損耗轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，定容，搖勻。

儀器設(shè)備參數(shù)

表2 儀器設(shè)備參數(shù)

結(jié)果與討論

待測(cè)元素譜線選擇

在測(cè)定中，遵循低含量元素用靈敏線，高含量元素次靈敏線的原則，從基體干擾和背景

校正兩方面考慮選出各元素的最佳測(cè)定譜線。由于已進(jìn)行基體匹配，只考慮光譜干擾和背景影響確定分析譜線，選擇靈敏度高且無共存元素干擾的譜線作為分析線，為提高靈敏度，對(duì)多數(shù)低含量分析元素采用扣除背景方式進(jìn)行測(cè)定。    

圖3  Fe元素譜圖及工作曲線

圖4 Na元素譜圖及工作曲線

圖5 P元素譜圖及工作曲線

從以上各元素譜圖和線性關(guān)系來看，符合方法學(xué)要求，均滿足測(cè)試的需要。

精密度

參照GB/T 6379.2-2004測(cè)量方法與結(jié)果的準(zhǔn)確度(正確度與精密度) 第2部分；確定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法重復(fù)性與再現(xiàn)性的基本方法分別對(duì)同一樣品在重復(fù)條件下進(jìn)行6次平行實(shí)驗(yàn)得到精密度，其結(jié)果如表4所示：

表4 精密度檢測(cè)數(shù)據(jù)

方法檢出限和加標(biāo)回收率

測(cè)試該方法的檢出限，看是否滿足低含量要求。由于沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品，為了驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，通過樣品加標(biāo)液做回收率驗(yàn)證

表5 方法檢出限和加標(biāo)回收率

從檢出限和加標(biāo)回收率看，該方法能夠滿足分析測(cè)試的要求。

結(jié)論

采用鋼研納克生產(chǎn)的Plasma 3000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀建立了碳納米管復(fù)合磷酸鐵鈉正極材料中的Na、Fe、P的測(cè)定方法，該方法經(jīng)過加標(biāo)回收率驗(yàn)證，其測(cè)試結(jié)果在允許差范圍內(nèi)，重復(fù)性均在要求范圍內(nèi)，重復(fù)性均在要求范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確測(cè)定碳納米管復(fù)合磷酸鐵鈉正極材料中的Na、Fe、P含量。