本文選題：過(guò)渡金屬氧化物　切入點(diǎn)：納米材料　出處：《河北工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：具備多樣形貌、獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)的過(guò)渡金屬氧化物微納米材料,在環(huán)境能源領(lǐng)域,比如超級(jí)電容器、電化學(xué)傳感器和光催化劑等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。開(kāi)發(fā)新的過(guò)渡金屬氧化物微納米材料的合成方法,研究材料生長(zhǎng)過(guò)程,進(jìn)而獲得具有特定形貌、維度、尺寸的微納米材料,對(duì)于探索材料的微納結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,以及進(jìn)一步拓寬金屬氧化物的應(yīng)用范圍具有重要的意義。在過(guò)渡金屬氧化物中,四氧化三鈷(Co_3O_4)、氧化鎳(Ni O)、鈷酸鎳(Ni Co_2O_4)、氧化銅(Cu O)等代表性氧化物在光、電、磁等應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異,因而獲得了廣泛的研究。本論文采用水熱法、原位生長(zhǎng)法和陽(yáng)極氧化法等簡(jiǎn)單、低能耗的合成方法成功實(shí)現(xiàn)了過(guò)渡金屬氧化物微納米材料的可控制備,并研究了其在超級(jí)電容器、非酶葡萄糖傳感器和光催化方面的性能。本論文主要?jiǎng)?chuàng)新性研究結(jié)果如下:(1)以氯化鈷、氯化鎳和硝酸銨為原料,通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法和后續(xù)熱處理在不銹鋼基底上大面積合成了復(fù)合納米網(wǎng)-片Ni Co_2O_4多孔材料。其中硝酸銨提供的NH4+有利于Co(OH)_2和Ni(OH)_2的成核-生長(zhǎng)速率一致。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù),如投料比,可以實(shí)現(xiàn)不同組分和形貌的NixCo_(3-x)O_4可控制備。對(duì)比多種形貌的NixCo_(3-x)O_4的電化學(xué)性能研究結(jié)果表明,調(diào)控其形貌結(jié)構(gòu)和孔徑分布對(duì)超級(jí)電容器的性能有很大的影響。其中,由超薄納米片和納米網(wǎng)自組裝成的多孔網(wǎng)狀Ni Co_2O_4具有最好的電化學(xué)性能,在10 A g~(-1)電流密度下循環(huán)10000圈后其容量保持率高達(dá)94.8%。(2)以銅箔為基底和銅源,通過(guò)原位生長(zhǎng)法成功合成了管狀Cu(OH)_2前驅(qū)體材料,通過(guò)后續(xù)熱處理前驅(qū)體制備了具有規(guī)則形貌和超大比表面積的Cu O多孔納米管。通過(guò)觀察不同反應(yīng)時(shí)間段的中間產(chǎn)物來(lái)詳細(xì)研究了形貌演變的過(guò)程。將得到的多孔Cu O納米管應(yīng)用到超級(jí)電容器中,該電極材料在1 A g-1電流密度下的比容量高達(dá)442 F g~(-1),循環(huán)充放電5000圈后比電容僅損失了4.6%。此外,Cu O納米管對(duì)葡萄糖的電氧化反應(yīng)的性能通過(guò)循環(huán)伏安法進(jìn)行了充分研究。在+0.55 V工作電位下對(duì)葡萄糖的計(jì)時(shí)安培檢測(cè),由Cu O納米管/銅箔直接用作電極展現(xiàn)出超低的檢測(cè)限(可低至1.07μM(S/N=3)),和伴隨優(yōu)良靈敏度(2231μA m M-1 cm-2,R=0.999)的寬范動(dòng)態(tài)范圍(線性響應(yīng)可達(dá)3 m M)。而且,在干擾物的正常生理水平濃度下,來(lái)自壞血酸(AA)、尿酸(UA)、尿素、乳糖、氯化鈉的干擾可以忽略不計(jì),證明了Cu O納米管/銅箔電極高定向的選擇性。以上結(jié)果表明,Cu O納米管/銅箔電極在多種應(yīng)用中是一種潛力很大的功能材料。(3)以銅箔為銅源,利用簡(jiǎn)單的堿性溶液氧化法在加入不同表面活性劑的條件下合成了花狀、球狀、珊瑚狀等三種不同形貌結(jié)構(gòu)的Cu O納米材料。測(cè)量其在堿性溶液中的電容性能,三種形貌的Cu O電極均表現(xiàn)出了良好的法拉第贗電容特性,通過(guò)循環(huán)伏安法和恒電流充放電技術(shù)測(cè)得花狀電極的比電容最大(615 F g~(-1),在5m V s~(-1)的掃描速率下;520 F g~(-1),在1 A g~(-1)的電流密度下)�；頒u O電極具有如此優(yōu)異的電化學(xué)性能是來(lái)自于它的三維自組裝結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的Cu O納米花不僅可以緩沖充放電過(guò)程中的體積變化以維持材料結(jié)構(gòu)的完整性,而且還縮短了OH~-的擴(kuò)散路徑。(4)采用工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的電化學(xué)陽(yáng)極氧化法,以基底銅網(wǎng)為銅源,首次在其表面原位生長(zhǎng)出一層類(lèi)石墨烯狀的Cu(OH)_2超薄納米片薄膜。通過(guò)SEM、TEM和HRTEM等表征手段證實(shí)了經(jīng)過(guò)退火處理的Cu(OH)_2脫水轉(zhuǎn)變成Cu O,樣品形貌仍然保持相互交聯(lián)的納米片薄膜。電化學(xué)超電容測(cè)試表明合成的Cu O薄膜電極具有很好的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性,是一種潛在的超電容電極。此外,制備的Cu O薄膜還表現(xiàn)出良好的光催化特性。與商業(yè)粉體Cu O相比,所合成的產(chǎn)物表現(xiàn)出較快的降解速率,在可見(jiàn)光照射60分鐘后亞甲基藍(lán)的降解率可達(dá)99%,這一值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)粉體Cu O(相同時(shí)間內(nèi)其降解率為54%)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳昆峰;楊陽(yáng)陽(yáng);陳旭;王浩;馬增勝;周益春;薛冬峰;;過(guò)渡金屬材料的電化學(xué)儲(chǔ)能性能研究[J];河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年04期

2 王劍輝;喬軍;屠建j;黃向紅;;鈣鈦礦型金屬氧化物光催化降解染料的研究進(jìn)展[J];稀有金屬與硬質(zhì)合金;2013年01期

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本文編號(hào)：1641163