本文選題：納米復(fù)合材料 + 靜電噴霧沉積�。� 參考：《湖南大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：近年來,在能源安全與環(huán)境安全等領(lǐng)域出現(xiàn)了日益嚴峻的問題,人們一直在致力于解決這些嚴峻的挑戰(zhàn),并研究開發(fā)新的材料與技術(shù)用于能源存儲和高性能傳感器。隨著人們對材料的要求越來越高,單一組分、結(jié)構(gòu)簡單的納米材料往往不能滿足人們要求,因此高性能、具有特殊結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料受到了越來越多的關(guān)注。雖然納米復(fù)合材料擁有優(yōu)異的的性能,但是其研究尚處于實驗室階段,低成本、規(guī)�；苽浼{米復(fù)合材料依然是一個世界性難題。改進制備工藝、采用廉價的原材料對于控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)以及降低合成成本有著重要的意義。鑒于此,本論文從結(jié)構(gòu)設(shè)計和組分優(yōu)化的角度出發(fā),探索采用廉價的生物體-細菌作為模板制備納米復(fù)合材料,并嘗試使用操作簡單、易規(guī)�；撵o電噴霧沉積技術(shù)制備結(jié)構(gòu)獨特、性能優(yōu)異的金屬氧化物(金屬硫化物)/還原的氧化石墨烯納米復(fù)合材料。在本論文中,我們做了以下幾個方面的研究工作:(1)以酵母菌為模板,采用控制沉淀法制備了Co_3O_4修飾的ZnO中空球,其中四氧化三鈷的質(zhì)量分數(shù)約為4%。所得中空球基本復(fù)制了酵母菌的形貌,球壁厚約100 nm,由粒徑約20 nm的小顆粒組成。我們進一步研究了所制備中空球?qū)Ρ臍饷粜阅堋：图僙nO中空球相比,Co_3O_4修飾ZnO中空球?qū)τ卸練怏w丙酮展示出了更高的靈敏度和更快的響應(yīng)與恢復(fù)。Co_3O_4修飾的ZnO中空球優(yōu)異的氣敏性能一方面取決于其獨特的中空結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)便于氣體在敏感材料表面快速的擴散;另一方面是由于p型四氧化三鈷修飾n型氧化鋅,形成p-n結(jié),這種結(jié)構(gòu)能顯著提高材料的氣敏性能。(2)探索利用靜電噴霧沉積技術(shù),采用一步合成策略在集流體上直接制備層狀氧化鎳(NiO)/還原的氧化石墨烯(rGO)納米復(fù)合材料。我們使用乙酸鎳/氧化石墨烯混合溶液作為前驅(qū)體,利用靜電噴霧沉積技術(shù)將復(fù)合材料直接沉積在集流體上,在沉積的過程中對集流體加熱以分解乙酸鎳并還原氧化石墨烯,從而制得NiO/rGO納米復(fù)合材料層層堆積而得的薄膜電極。在電化學(xué)測試中,NiO/rGO復(fù)合材料表現(xiàn)出了較高的比電容和良好的循環(huán)性能。我們在制備電極的過程中避免使用不導(dǎo)電的粘結(jié)劑,使大部分活性材料保持了良好的電化學(xué)活性。(3)探索利用靜電噴霧沉積技術(shù),采用兩步合成策略制備Mn_3O_4/rGO柔性電極。首先,采用還原高錳酸鉀的方法制備Mn_3O_4片組裝而成的小球;然后,將Mn_3O_4與GO混合溶液作為前驅(qū)體,利用靜電噴霧沉積技術(shù)將復(fù)合材料直接沉積在碳布上,在加熱條件下,氧化石墨烯被還原為rGO。我們對比了傳統(tǒng)涂布法制備的柔性電極(CG)和靜電噴霧沉積法制備的柔性電極(GM)的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)GM的克容量和循環(huán)穩(wěn)定性要優(yōu)于CG。在GM電極中,活性材料與集流體接觸更加牢固,并有一定的韌性,在反復(fù)彎曲時活性材料仍能與集流體充分接觸。而CG電極在彎曲時,活性材料碎裂并發(fā)生脫落,導(dǎo)致容量損失。(4)探索采用靜電噴霧技術(shù)制備金屬硫化物-還原的氧化石墨烯納米復(fù)合材料。我們采用兩步合成策略,運用靜電噴霧沉積技術(shù)成功制備了細菌插層的Ni_3S_2/rGO。直徑約10 nm的Ni_3S_2小顆粒均勻分布在rGO層上,rGO一方面作為載體,可以有效防止Ni_3S_2小顆粒團聚在一起,另一方面能為Ni_3S_2小顆粒提供3維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);將細菌置于rGO層間能有效改善活性材料與電解液的接觸,同時有利于離子在活性材料與電解液之間的擴散;我們直接將活性材料沉積在集流體上,能改善活性材料與集流體的接觸,降低接觸電阻,同時避免使用不導(dǎo)電的粘結(jié)劑,使大部分Ni_3S_2小顆粒保持了良好的電化學(xué)活性。
[Abstract]:In recent years, more and more serious problems have emerged in the fields of energy security and environmental safety. People have been working to solve these severe challenges and develop new materials and technologies for energy storage and high performance sensors. With the increasing demand for materials, the single component and simple structure of nanomaterials are often used. The nano composite materials with high performance and special structure have attracted more and more attention. Although nanocomposites have excellent properties, their research is still in the laboratory stage. Low cost and large-scale preparation of nanocomposites are still a worldwide problem. Cheap raw materials are of great significance for controlling the structure of the products and reducing the cost of synthesis. In view of this, this paper, from the perspective of structural design and composition optimization, explores the use of cheap organisms - bacteria as templates to prepare nanocomposites, and tries to use simple, easy to scale electrostatic spray deposition technology. Metal oxide (metal sulfide) / reduced graphene oxide nanocomposites with excellent properties are prepared. In this paper, we have done the following research work: (1) the ZnO hollow ball of Co_3O_4 trimming was prepared by the control precipitation method with the yeast as the template, and the mass fraction of the four oxide three cobalt was about 4. The hollow sphere basically replicates the morphology of the yeast, the ball wall is about 100 nm thick and the particle size is about 20 nm. We further studied the gas sensitivity of the hollow sphere to acetone. Compared with the pure ZnO hollow ball, the Co_3O_4 modified ZnO hollow sphere showed higher sensitivity and faster response and recovery to the toxic gas acetone. The excellent gas sensing properties of the compound.Co_3O_4 modified ZnO hollow sphere depend on its unique hollow structure, which facilitates the rapid diffusion of gas on the surface of the sensitive material; on the other hand, the P type four oxidation three cobalt modifies the N type Zinc Oxide to form a p-n junction, which can significantly improve the gas sensitivity of the material. (2) explore the use of static electricity. The spray deposition technique uses a one-step synthesis strategy to direct the preparation of layered nickel oxide (NiO) / reduced graphene oxide (rGO) nanocomposites on a concentrated fluid. We use a mixed solution of nickel acetate / graphene oxide as precursor, and the composite materials are deposited directly on the fluid by electrostatic spray deposition in the process of deposition. By heating the collector to decompose nickel acetate and reducing the graphene oxide, the thin film electrodes deposited on layers of NiO/rGO nanocomposites have been prepared. In the electrochemical test, the NiO/rGO composite exhibits high specific capacitance and good cycling performance. We avoid using non conductive adhesives in the preparation of the electrodes. Most of the active materials maintain good electrochemical activity. (3) explore the use of electrostatic spray deposition technology and use the two step synthesis strategy to prepare the Mn_3O_4/rGO flexible electrode. First, the reduction Potassium Permanganate method is used to prepare the small ball assembled by the Mn_3O_4 tablet. Then, the mixture of Mn_3O_4 and GO is used as a precursor, and the electrostatic spray deposition is used. The product technology deposited the composite directly on the carbon cloth. Under the heating condition, the graphene oxide was reduced to rGO.. We compared the electrochemical performance of the flexible electrode (GM) prepared by the traditional coating method (CG) and the electrostatic spray deposition method. It was found that the capacity of the GM and the cyclic stability were better than the CG. in the GM electrode and the active material. The contact with the collector is stronger and has a certain toughness, and the active material can still be fully contacted with the fluid in the time of repeated bending. While the CG electrode is bent, the active material is broken and shedding, resulting in the loss of capacity. (4) we explore the use of electrostatic spray technology to prepare the reduced graphite oxide nano composite. Using the two step synthesis strategy, the Ni_3S_2 particles with the diameter of 10 nm of the Ni_3S_2/rGO. diameter of the bacterial intercalation are evenly distributed on the rGO layer. As a carrier, rGO can effectively prevent the aggregation of small Ni_3S_2 particles together, and on the other hand, it can provide 3 dimensional conductive network for the small particles of Ni_3S_2; and the bacteria are placed in the bacteria. The rGO layer can effectively improve the contact between the active material and the electrolyte and the diffusion of the ions between the active material and the electrolyte. We directly deposited the active material on the fluid collector, which can improve the contact between the active material and the fluid, reduce the contact resistance, and avoid the use of non conductive adhesives to make most of the Ni_3S_2 small. The particles maintain good electrochemical activity.

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TB33

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本文編號：1791874