發(fā)布時間：2018-04-23 22:37

  本文選題：納米材料 + 金屬基納米復(fù)合材料��； 參考：《安徽師范大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代、能源需求的增加引起了人們普遍關(guān)注,加之近幾年來環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,大大加速了人們對高效的、清潔的、無污染的新型能源材料的研究。納米材料作為新興無機(jī)材料,由于其在電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等方面表現(xiàn)出了一些傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)勢,特別是在催化、能量存儲(超級電容器、鋰離子電池)等新型能源材料方面表現(xiàn)出了自己獨特的優(yōu)勢。本文主要采用簡單的溶劑熱合成技術(shù),以金屬鋅、鎳等為基底,在其上面成功實現(xiàn)了超薄氧化鋅納米薄膜(ZnO Nanofilm)、三維鞭炮狀氧化鋅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料(3D ZnO Nanoarchitecture)、ZnCo2O4@MnO2納米管陣列、CoNi2S4納米線陣列、ZnO@MnO2@PPy三元核殼納米棒陣列復(fù)合材料的可控合成。同時,此類生長在金屬基底上的納米復(fù)合材料,可直接用做電極材料,制備超級電容器,研究發(fā)現(xiàn),該類電極展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。具體內(nèi)容如下:1、在金屬鋅基底上,通過簡單的水熱法,在沒有加入任何表面活性劑的前提下,成功實現(xiàn)了超薄氧化鋅納米薄膜的可控合成。生長在金屬鋅基底上的納米材料,可直接作為工作電極,檢測溶液中的葡萄糖和水合肼。研究結(jié)果表明,該復(fù)合電極在葡萄糖的氧化和水合肼的還原方面表現(xiàn)出了優(yōu)越的催化性能。如:該復(fù)合電極在檢測葡萄糖時,具有寬的檢測范圍(1 uM-19.2 mM)和低的檢測限(1 uM(S/N=3))。此外,對水合肼的檢測也展示出寬的檢測范圍0.5 uM-14.2mM和低的檢測限0.5 uM(S/N=3)。更重要的是,該復(fù)合電極展示了高的靈敏性、好的穩(wěn)定性、好的生物兼容性。2、在金屬鋅基底上,利用簡單的水熱法,成功合成了三維鞭炮狀氧化鋅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料。在鋅基底上直接合成的三維鞭炮狀氧化鋅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料直接被作為復(fù)合電極,用于檢測水合肼和作為水合肼燃料電池的催化劑。其結(jié)果展示,三維鞭炮狀氧化鋅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料具有較高的催化性能。同時,所制備的樣品還展示出較高的紫外光吸收性能,可大大的增強(qiáng)光催化降解甲基橙的催化活性。因此,這種三維鞭炮狀氧化鋅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料在燃料電池和光催化降解甲基橙方面有著潛在的應(yīng)用價值。3、在泡沫鎳基底上,成功設(shè)計和合成了ZnCo2O4@MnO2納米管核殼電極。作為贗電容電極材料,Zn Co2O4@MnO2核殼納米管電極展示出了高的具體電容,在電流密度為5 A g-1(6 mA cm-2)時,具體電容達(dá)到了1981 F g-1(2.38 F cm-2),同時,展示出了非常好的循環(huán)穩(wěn)定性。此外,一款基于ZnCo2O4@Mn O2納米管核殼電極作為正極,α-Fe2O3作為負(fù)極的、價格低廉、高性能的非對稱超級電容器被成功設(shè)計。該非對稱超級電容器的電壓范圍達(dá)到了1.3 V,在電流密度為2.5 mA cm-2時,實現(xiàn)了高的具體電容161 F g-1和大的能量密度37.8Wh Kg-1。4、在泡沫鎳基底上,通過陰離子交換,線狀CoNi2S4納米材料被可控合成。實驗結(jié)果表明,這種線狀CoNi2S4納米材料電極顯示出了較高的具體電容,在電流密度為5 mA cm-2時,達(dá)到了2424 F g-1,對應(yīng)的面積電容為4.85 F cm-2。此外,在電流密度為5 mA cm-2時,進(jìn)行充放電循環(huán)5000次,電容量仍然保持在原來電容的86%,表明該電極材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。5、在金屬鋅基底上,通過層-層反應(yīng),成功合成了ZnO@MnO2@PPy三元核殼納米棒陣列(NRAs)。在這個過程中,電沉積吡咯單體在ZnO@MnO2核殼結(jié)構(gòu)納米材料的表面上,優(yōu)化了電荷傳遞進(jìn)程的同時,提高了該材料的電化學(xué)性能。由于電荷傳遞能力的增強(qiáng),ZnO@MnO2@PPy三元核殼納米棒陣列電荷轉(zhuǎn)移電阻被降低,電化學(xué)性能得到改善。研究結(jié)果顯示,這個三元核殼納米棒電極能夠提供較高的具體電容(電流密度為2.5 A g-1時具體電容為1281 F g-1)和面積電容(電流密度為3.5 mA cm-2時面積電容為1.793 F cm-2)。此外,此電極在電流密度為5 A g-1時進(jìn)行5000次充放電循環(huán)后,電容量仍保持為原來的90%,表明ZnO@MnO2@PPy三元核殼納米棒電極具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology and the renewal of electronic products, the increase of energy demand has aroused widespread concern. In addition, environmental pollution has become more and more serious in recent years. It has greatly accelerated the research of new energy materials which are efficient, clean and pollution-free. As a new inorganic material, nanomaterials are in electricity. Studies, heat, mechanics, optics and magnetism show some advantages that traditional materials do not possess, especially in the new energy materials such as catalysis, energy storage (supercapacitor, lithium ion battery) and other new energy materials. This paper mainly uses a simple solvent thermal synthesis technology, based on metal zinc and nickel as the base. The super thin Zinc Oxide nano film (ZnO Nanofilm), the three dimensional firecracker like Zinc Oxide heterostructure nanomaterial (3D ZnO Nanoarchitecture), the ZnCo2O4@MnO2 nanotube array, the CoNi2S4 nanowire array, the ZnO@MnO2@PPy three element core shell nanorod array composite material controlled synthesis. At the same time, this kind of growth is on the metal substrate. Nano composite materials can be used directly as electrode materials to prepare supercapacitors. It is found that the electrodes exhibit good electrochemical performance. 1, on the metal zinc substrate, the controllability of ultra-thin Zinc Oxide Nanothin films has been successfully realized by simple hydrothermal method before adding any surface active agent. Nanomaterials on the metal zinc substrate can be directly used as working electrodes to detect glucose and hydrazine hydrate in the solution. The results show that the composite electrode shows superior catalytic performance in the oxidation of glucose and reduction of hydrazine hydrate. For example, the composite electrode has a wide detection range when it is detected in glucose (1 UM-19.2 mM) and low detection limit (1 uM (S/N=3)). In addition, the detection of hydrazine also shows a wide detection range of 0.5 uM-14.2mM and a low detection limit of 0.5 uM (S/N=3). More importantly, the composite electrode exhibits high sensitivity, good stability, good biological facultative.2, and a successful combination of a simple hydrothermal method on a metal zinc base. Three dimensional firecracker like Zinc Oxide heterostructure nanomaterials are formed. The three-dimensional flagellate Zinc Oxide heterostructure nanomaterials directly synthesized on the zinc substrate are directly used as composite electrodes to detect hydrazine hydrate and hydrazine hydrate fuel cells as catalysts. The results show that the three-dimensional flagellate Zinc Oxide heterostructure nanomaterials have a better effect. At the same time, the prepared samples also exhibit high UV absorption properties, which can greatly enhance the catalytic activity of photocatalytic degradation of methyl orange. Therefore, this three-dimensional firecracker like Zinc Oxide heterostructure nano material has potential application value.3 in the fuel cell and photocatalytic degradation of methyl orange, in the foam nickel base At the end, the ZnCo2O4@MnO2 nanotube core shell electrode was successfully designed and synthesized. As a pseudo capacitance electrode material, the Zn Co2O4@MnO2 nuclear shell nanotube electrode showed a high specific capacitance. When the current density was 5 A g-1 (6 mA cm-2), the specific capacitance reached 1981 F g-1 (2.38 F cm-2). At the same time, a very good cycle stability was shown. Besides, A low price, low price, high performance asymmetric supercapacitor based on the ZnCo2O4@Mn O2 nanotube core electrode as the cathode, and the high performance asymmetric supercapacitor is successfully designed. The asymmetric supercapacitor has a voltage range of 1.3 V and a high specific capacitance of 161 F g-1 and a large energy density 37.8 at a current density of 2.5 mA cm-2. Wh Kg-1.4, on the foam nickel substrate, is controlled by anion exchange, linear CoNi2S4 nanomaterials are synthesized. The experimental results show that this linear CoNi2S4 nanomaterial electrode shows a high specific capacitance. When the current density is 5 mA cm-2, it reaches 2424 F g-1, the capacitance to the area is 4.85 F cm-2. in addition, and the current density is 5. At mA cm-2, the charge discharge cycle is carried out for 5000 times, and the capacitance remains at 86% of the original capacitance. It indicates that the electrode material has a good cyclic stability.5. On the metal zinc substrate, the ZnO@MnO2@PPy three element nuclear shell nanorod array (NRAs) is successfully synthesized by layer layer reaction. In this process, the electrodeposited pyrrole monomer is in the ZnO@MnO2 nuclear shell. On the surface of the structured nanomaterials, the electrochemical performance of the material is improved while the charge transfer process is optimized. The charge transfer resistance of the ZnO@MnO2@PPy three element nuclear shell nanorod array is reduced and the electrochemical performance is improved. The results show that the three element nuclear shell nanorod electrode can be provided. Higher specific capacitance (the specific capacitance is 1281 F g-1 when the current density is 2.5 A g-1) and area capacitance (the area capacitance is 1.793 F cm-2 when the current density is 3.5 mA cm-2). Furthermore, after the electrode has 5000 charging and discharging cycles at the current density of 5 A g-1, the capacitance remains 90%, indicating the ZnO@MnO2@PPy three yuan nuclear shell nanorods. The electrode has excellent cyclic stability.

【學(xué)位授予單位】：安徽師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O646

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