本文選題：過渡金屬 + 硫族化合物�。� 參考：《安徽師范大學》2017年碩士論文

【摘要】：由于過渡金屬材料有著獨特的物理和化學性能,從而廣泛的應用在催化、儲能、電磁、傳感等領域。其中,過渡金屬Co、Mn、Ni硫族化合物納米材料具有制備方法簡單,形貌結構易控制合成,電化學活性高等優(yōu)點,引起了研究者們的廣泛關注。對于當今比較前沿的超級電容器儲能材料而言,制備的方法簡單及材料的性能優(yōu)越一直是科研者的一致追求。本論文通過水熱、離子交換及材料復合等方法使過渡金屬Co、Mn、Ni硫族化合物具有獨特的納米結構,從而使其具有突出的導電性、較高的電化學活性、較大的比表面積,表現出優(yōu)異的電化學儲能性能。本論文的主要研究內容如下:1.通過低溫水熱法及泡沫鎳作為模板的條件下合成出超薄多孔Co_3O_4的前軀體Co(OH)2,前軀體Co(OH)2再經高溫退火處理后即得超薄介孔狀Co_3O_4納米片。通過TME和BET表征后發(fā)現,Co_3O_4納米片由大量介孔組成,孔徑約為2-12 nm,且退火后的比表面積是前軀體的2.24倍,由此可見孔隙的大量生成。將制備的Co_3O_4納米片作為超級電容器電極材料,在2 M NaOH電解液里當電流密度為1 A g-1時電容大小為610F g-1。在4 A g-1電流密度下循環(huán)3000圈后,比電容仍可保持在94.5%。將其應用在非對稱電極中,表現出優(yōu)異的性能。由以上可得超薄多孔Co_3O_4納米片是一種不錯的儲能電極材料。2.在有了超薄多孔Co_3O_4納米片以后,通過簡單的水熱條件下的離子交換方法,將O原子替換成S原子。由于負載Co_3O_4的泡沫鎳參與部分反應,故產物中包含部分NiS。在2 M KOH電解液中,在同樣的電流密度下,過渡金屬硫化物Co3S4/NiS的比電容是原先超薄多孔Co_3O_4的12倍。在非對稱電極測試中,4 mA cm-2下,過渡金屬硫化物Co3S4/NiS的比電容為1810 mF cm-2,其電位窗口可達1.6 V,在功率密度為32 W m-2下,能量密度為6.44 W h m-2。我們將其制作成模擬的儲能器件應用時,其可以令5個LED持續(xù)工作8分鐘以上。3.通過兩步水熱法合成出過渡金屬氧化物的復合物MnO2@NiMo O4,并研究了其作為柔性超級電容器的儲能性能。以MnO2納米線為模板,然后利用水熱法在MnO2納米線外面生長出Ni MoO4納米片。結構表征后發(fā)現該過渡金屬氧化物復合物是以MnO2納米線為核的異質結構。以這種異質結構的過渡金屬氧化物為正極,多孔碳作為負極,制造柔性不對稱超級電容器,在10 mV s-1的掃描速率下擁有186.8 F g-1的高電容,在超過20000次循環(huán)后比電容量保留132.7%,在電極組件彎曲30到150o(相應的曲率半徑為4.5 mm至小至1.0 mm),彎曲后的比電容沒有明顯變化。這樣優(yōu)越的性能說明MnO2@NiMoO4是一種有潛力的超級電容器電極材料。
[Abstract]:Due to the unique physical and chemical properties of transition metal materials, it is widely used in the fields of catalysis, energy storage, electromagnetic, sensing and so on. Among them, Co, Mn, Ni sulfur compound nanomaterials have the advantages of simple preparation method, easy to control synthesis of morphology and structure, and high electrochemistry activity, which have aroused the widespread concern of the researchers. As far as the advanced supercapacitor energy storage materials are concerned, the simple preparation method and the superior performance of the materials have always been the consistent pursuit of the researchers. This paper makes the transition metal Co, Mn, Ni sulfur compounds with unique nanostructures by the methods of hydrothermal, ion exchange and material recombination, so that they have outstanding conductivity. High electrochemical activity, larger specific surface area and excellent electrochemical energy storage performance. The main contents of this paper are as follows: 1. the precursor Co (OH) 2 of ultrathin porous Co_3O_4 was synthesized under the condition of low temperature hydrothermal method and nickel foam as a template, and the precursor Co (OH) 2 was then annealed at high temperature, and the ultrathin mesoporous Co_3 was obtained. The O_4 nanoscale was characterized by TME and BET. It was found that the Co_3O_4 nanoscale was composed of a large number of mesoporous pores, with an aperture of about 2-12 nm, and the specific surface area after annealing was 2.24 times that of the precursor. Thus, a large number of pores were produced. The prepared Co_3O_4 nanoscale was used as a supercapacitor electrode material and the current density was 1 A g-1 in the 2 M NaOH electrolyte. The capacitance is 610F g-1. after 3000 cycles at 4 A g-1 current density, and the specific capacitance can still be kept in the asymmetric electrode with the specific capacitance at 94.5%.. The super thin porous Co_3O_4 nanoscale is a good energy storage electrode material.2. after a super thin porous Co_3O_4 nanoscale, through simple water. The ion exchange method under thermal conditions replaced the O atoms into S atoms. Due to the partial reaction of the nickel foam loaded with Co_3O_4, the product contained part of the NiS. in the 2 M KOH electrolyte, and at the same current density, the specific capacitance of the transition metal sulfide Co3S4/NiS was 12 times that of the original ultra thin porous Co_3O_4. In the asymmetric electrode test, 4 Under mA cm-2, the specific capacitance of the transition metal sulfide Co3S4/NiS is 1810 mF cm-2, its potential window can reach 1.6 V, the power density is 32 W m-2, and the energy density is 6.44 W h m-2.. When we make it into a simulated energy storage device, it can make 5 LED for more than 8 minutes more than two step hydrothermal method to synthesize the transition metal oxygen. The compound MnO2@NiMo O4 of the compound is used as the energy storage performance of the flexible supercapacitor. The MnO2 nanowires are used as the template, and the Ni MoO4 nanoscale is grown outside the MnO2 nanowires. The structural characterization shows that the transition metal oxide complex is a heterogeneous structure with the MnO2 nanowire nucleus. The transition metal oxide is the positive pole, and the porous carbon is used as the negative electrode to make the flexible asymmetric supercapacitor, with a high capacitance of 186.8 F g-1 at the scanning rate of 10 mV. After more than 20000 cycles, the specific capacity is 132.7%, and the electrode assembly is bent 30 to 150O (the radius of curvature of the phase is 4.5 mm to 1 mm) and is bent after bending. There is no obvious change in specific capacitance. This superior performance shows that MnO2@NiMoO4 is a potential supercapacitor electrode material.

【學位授予單位】：安徽師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1777785