發(fā)布時間：2018-03-30 12:58

  本文選題：配位化合物　切入點：絡(luò)合劑　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：本論文基于多種高性能鋰離子電池負(fù)極材料的制備方面著手,發(fā)展了一種通過熱解配位化合物前驅(qū)體制備納米電極材料的方法。基于熱解過程中小分子氣體的形成和逸出,實現(xiàn)均一孔洞分布的納米電極材料的合成。一方面,采用熱解后全為氣體的試劑如NH3·H2O等為配位劑,實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑；另一方面,選擇含碳配位劑如檸檬酸、蘋果酸、苯芴酮等進(jìn)行螯合后熱解,在得到電極材料的同時,進(jìn)行原位碳包覆；第三方面,對配位化合物前驅(qū)體熱解法制備得到的碳復(fù)合電極材料進(jìn)行選擇性的腐蝕,實現(xiàn)多種不同孔分布的碳材料。合理并成功地將這種配位化合物熱解的方法拓展至其多種納米電極材料的制備。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面,且合成路線環(huán)境友好,價格低廉等： 1.采用熱解后全為氣體的試劑為配位劑,實現(xiàn)電極材料的納米化構(gòu)筑。采用NH3和H2O為配位劑,從商業(yè)GeO2出發(fā),制備了(NH4)3H(Ge7O16)(H2O)2.72配位化合物前驅(qū)體,經(jīng)空氣氣氛下熱分解后得到納米級的GeO2,制備過程避免了使用昂貴或者有毒的鍺化合物以及有毒的溶劑等。另外,通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件實現(xiàn)了GeO2納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控,如調(diào)控得到GeO2的納米顆粒、納米立方體、納米紡錘體。鋰離子電池電化學(xué)性能分析結(jié)果表明GeO2納米顆粒的電化學(xué)性能優(yōu)于GeO2納米立方體和GeO2納米紡錘體。制備的GeO2納米顆粒在0.1A g-1電流密度下的比容量為1340mAh g-1,在2A g-1大電流密度下,比容量仍能保持在750mAhg-1。 2.選擇含碳配位劑與弱還原性的金屬元素形成配位化合物前驅(qū)體,實現(xiàn)電極材料活性金屬與碳的同步復(fù)合。采用GeO2為鍺源,苯芴酮為絡(luò)合劑,制備了苯芴酮-鍺配位化合物GeC38H20O10或GeC3gH24O14,隨后通過熱分解得到了Ge/C納米復(fù)合材料。由于苯芴酮-鍺配位化合物中各元素(H,C,O,Ge)的均勻分布以及相互的鏈接,同時,在熱解過程中H2O,COx氣體的逸出,最終得到的Ge/C納米復(fù)合材料具有均勻的孔分布和碳層分布。采用在乙醇以及水中均能溶解的單寧酸絡(luò)合劑作為對比實驗,證明了苯芴酮與四價鍺之間的配位過程是液-液兩相之間的反應(yīng),從而保證了前驅(qū)體以及最終Ge/C復(fù)合電極材料均一的納米尺寸分布。電化學(xué)性質(zhì)研究表明,同步生成的碳鍺納米復(fù)合電極材料具有優(yōu)異的倍率性能(超過64A g-1),以及較長的循環(huán)壽命(大于2000圈)。通過對負(fù)極預(yù)先循環(huán)進(jìn)行不同程度的預(yù)鋰化,多孔Ge/C納米顆粒與商業(yè)LiCoO2組成的全電池在1.6A g-1下,300圈后能量密度能穩(wěn)定在370Wh kg-1。 3.選擇含碳配位劑與強還原性的金屬元素形成配位化合物前驅(qū)體,實現(xiàn)電極材料活性金屬氧化物與碳的同步復(fù)合。利用C4H4MnO6配位化合物前驅(qū)體在惰性氣體下的熱分解來制備MnO/一維碳骨架復(fù)合電極材料。C4H4MnO6配位化合物前驅(qū)體的選擇主要考慮兩個方面：一方面前驅(qū)體中合適的C、H、O、Mn比例,以使得在惰性氣體熱解下,能夠在得到目標(biāo)產(chǎn)物的同時進(jìn)行碳包覆；另一方面前驅(qū)體中金屬元素與碳的還原性選擇。因此,在得到MnO電極材料的同時進(jìn)行碳包覆,并且碳骨架很好地保持了前驅(qū)體的一維結(jié)構(gòu)特征。電化學(xué)性質(zhì)研究表明,同步原位生成的一維碳骨架對MnO電極材料的電化學(xué)性能有很大改善。在200mA g-1電流密度下的比容量高達(dá)1482mAhg-1,即使在1460mA g-1的大電流密度下,1000圈循環(huán)后,比容量仍保持在810mAAl g-1。 4.對配位化合物前驅(qū)體熱解法制備得到的碳復(fù)合電極材料進(jìn)行選擇性的腐蝕,實現(xiàn)多種不同孔分布的碳材料。采用C4H4CuO6配位化合物為前驅(qū)體熱解制得Cu@C納米復(fù)合材料。采用硝酸進(jìn)行腐蝕處理,在除去金屬雜質(zhì)的同時,利用硝酸與碳之間的反應(yīng)進(jìn)行氮摻雜,制備得到了絲瓜瓤狀N摻雜的多孔碳電極材料。前驅(qū)體在分解過程中H2O,COX等氣體的逸出,保證了最終碳材料的均勻多孔特性；氮元素的引入提高了碳材料的導(dǎo)電性。該產(chǎn)物在500mA g-1電流密度下,循環(huán)300圈后,比容量穩(wěn)定在870mAh g-1。另外,基于不同過渡金屬-酒石酸配合物的熱解,后經(jīng)過酸洗處理,制備了不同多孔結(jié)構(gòu)的碳材料。這些碳材料在超級電容器中表現(xiàn)出較好的性能,在2A g-1電流密度下,比電容量為248F g-1。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912;TB383.1

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1686008