本文選題：溶劑熱法 + 過渡金屬氧化物�。� 參考：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重,不斷增長的能源需求迫切需要可持續(xù)和高效率的電化學(xué)儲能系統(tǒng)和設(shè)備的開發(fā)。鋰離子電池和超級電容器作為電化學(xué)儲能系統(tǒng)的兩個(gè)主要器件已經(jīng)成功地吸引了研究者們廣泛的關(guān)注。鈷基過渡金屬氧化物具有易于大規(guī)模制備、豐富的氧化還原反應(yīng)以及突出的電化學(xué)性能等優(yōu)勢,已成為鋰離子電池和超級電容器電極材料的研究熱點(diǎn)之一。開發(fā)具有優(yōu)異電化學(xué)性能的新型鈷基過渡金屬氧化物對于電化學(xué)儲能體系具有重要的意義�；谝陨峡紤],本論文通過納米化、復(fù)合化及元素?fù)诫s等技術(shù)手段制備了鈷基過渡金屬氧化物復(fù)合納米薄膜材料,并表征了其電化學(xué)性能。通過容易的水熱法制備了Co_3O_4納米片陣列薄膜。該薄膜為垂直生長且互相連通的厚度約為100 nm的納米片陣列。該納米片陣列結(jié)構(gòu)為Co_3O_4和電解液的接觸提供更大活性界面和更多電化學(xué)活性位點(diǎn)的同時(shí),可以縮短離子的擴(kuò)散路徑；薄膜化結(jié)構(gòu)提高其導(dǎo)電性,并且省去了粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等添加劑的使用,從而一定程度上改善了Co_3O_4的贗電容性能。Co_3O_4納米片陣列薄膜在1和20A·g~(-1)的電流密度下,比容量分別為1705.8和1186.9 F·g~(-1)。通過電泳法和水熱法相結(jié)合的方法制備了基于石墨烯/泡沫鎳基底的超薄Co_3O_4納米片陣列薄膜。該薄膜材料為基于石墨烯薄膜/泡沫鎳基底的垂直生長且互相交聯(lián)的厚度約為40～50 nm的超薄納米片陣列。基于石墨烯/泡沫鎳基底的Co_3O_4納米片陣列與基于泡沫鎳基底的Co_3O_4納米片陣列相比,具有更薄的納米片結(jié)構(gòu)和更大的孔徑。該基于石墨烯/泡沫鎳基底的超薄Co_3O_4納米片陣列薄膜電極表現(xiàn)出優(yōu)異的贗電容性能。在1和20 A·g~(-1)的電流密度下,比容量分別為3533和2222 F·g~(-1),在8 A·g~(-1)的電流密度下循環(huán)2000次后,比容量仍能保持2459 F·g~(-1)。優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性得益于石墨烯在提高復(fù)合薄膜的導(dǎo)電性的同時(shí)有效地抑制了泡沫鎳表面的Ni(OH)2薄膜在充放電過程中的體積膨脹。通過溶劑熱法制備了不同形貌的Co_3O_4納米結(jié)構(gòu)薄膜。通過改變?nèi)軇岱磻?yīng)中的溶劑組成調(diào)控Co_3O_4納米結(jié)構(gòu)薄膜的形貌和尺寸。探討了溶劑組成對形貌調(diào)控的機(jī)理,并研究了不同形貌的Co_3O_4納米結(jié)構(gòu)薄膜電極的贗電容性能。水熱過程中,隨著乙二醇/水體積比的增大,Co_3O_4納米結(jié)構(gòu)的形貌發(fā)生由一維向二維的轉(zhuǎn)變。其中,乙二醇含量中等時(shí),我們得到了具有最佳電化學(xué)性能的三維分層多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的C0304薄膜。該薄膜電極顯示了高比容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能。在0.870和17.391 A·g~(-1)的電流密度下,比容量分別為2817和1948 F·g~(-1),在4.348 A·g~(-1)的電流密度下循環(huán)3500次后,比容量仍能保持1628 F·g~(-1)。通過基于電化學(xué)腐蝕原理的水熱法制備了Co_3O_4納米線陣列薄膜。不同于普通意義上的水熱法,我們采用金屬鈷作為反應(yīng)原材料。通過金屬鈷在含有尿素溶液中的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)得到了Co_3O_4納米線陣列薄膜。探索了Co_3O_4納米線陣列的形成機(jī)理。水熱過程中NH4F不僅對有序的納米線陣列的形成起著關(guān)鍵的作用而且能夠改進(jìn)納米線陣列和基底之間的結(jié)合。該Co_3O_4納米線陣列薄膜電極表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鋰性能。在0.05和0.8 mA·cm-2的電流密度下,儲鋰容量分別為0.52和0.26 mAh·cm-2,在0.05 mA·cm-2的電流密度下循環(huán)200次后,儲鋰容量仍能保持0.52 mAh·cm-2。通過溶劑熱法制備了三維分層多孔花狀、蒲公英狀ZnCo2O4微/納米結(jié)構(gòu)薄膜。兩種不同形貌的薄膜是在不同溶劑中合成的,這意味著溶劑對ZnCo2O4的形貌起著非常重要的作用。兩種三維ZnCo2O4微/納米結(jié)構(gòu)薄膜電極均表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鋰性能。其中,三維蒲公英狀ZnCo2O4薄膜電極在100和800 mA-g~(-1)的電流密度下,儲鋰容量分別為2819和2781 mAh·g~(-1),在400 mA·g~(-1)的電流密度下循環(huán)100次后,儲鋰容量仍能保持2088 mAh·g~(-1)。獨(dú)特的三維分層多孔微/納米結(jié)構(gòu)、具有鋰合金化反應(yīng)等固有特性的元素Zn的摻雜、Co元素和Zn元素之間的協(xié)同效應(yīng)和互補(bǔ)性對于優(yōu)異的儲鋰性能起著非常重要的作用。
[Abstract]:Co _ 3O _ 4 nano - array thin films have been prepared by means of nano - scale , compound and element doping .
The thin film of Co _ 3O _ 4 nano - structure based on graphene / foam nickel substrate was prepared by the method of electrophoresis and hydrothermal method .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王然;苗小麗;;大功率超級電容器的發(fā)展與應(yīng)用[J];電池工業(yè);2008年03期

2 蘇凌浩,張校剛;酶誘發(fā)均勻沉淀法制備納米Fe_2O_3[J];精細(xì)化工;2004年05期

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本文編號：1834104