本文關(guān)鍵詞：離子擴(kuò)散法制備氧化釕基納米材料及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為超級(jí)電容器電極材料,Ru02在H2SO4電解質(zhì)中的循環(huán)伏安曲線類似于碳材料,呈現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性、高度電化學(xué)反應(yīng)可逆性、較高的比電容等優(yōu)點(diǎn)。此外,氧化釕材料所儲(chǔ)存的能量大于碳材料,其循環(huán)壽命也比碳材料和導(dǎo)電聚合物長,從上世紀(jì)70年代開始,無定型態(tài)和結(jié)晶態(tài)兩種形態(tài)的Ru02都是最值得研究的超級(jí)電容器電極材料。但因?yàn)獒懡饘俚某杀颈容^高,近年來國內(nèi)外掀起了研究氧化釕復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料的高潮。本論文創(chuàng)新地采用離子交換膜控制離子遷移速率的離子擴(kuò)散法制備了氧化釕納米材料以及其復(fù)合材料,結(jié)合多種表征手段考察了材料的形貌、結(jié)構(gòu)以及形成過程,并對(duì)其作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下：(1)在純水溶液中,常壓的條件下,以RuCl3·nH2O溶液和NaOH溶液為反應(yīng)物,成功地制備了氧化釕納米材料。研究發(fā)現(xiàn),RuO2·nH2O內(nèi)米材料的結(jié)構(gòu)和性能與鍛燒溫度密切相關(guān)。掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、能量色散X射線光譜(EDX)、熱重-差熱分析(TG-DTA)、X射線光電子能譜(XPS)和BET比表面測量等手段對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)及組成等進(jìn)行了表征分析,結(jié)果表明,隨著煅燒溫度的升高,RuO2·nH2O納米粒子由無定型逐漸向金紅石晶體轉(zhuǎn)變；粒徑逐漸變大,直至發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象(600℃以上)；BET比表面逐漸減小,40℃烘干的樣品比表面高達(dá)110.37 m2/g。將RuO2·nH2O內(nèi)米材料應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料,測試其電容器性能,在2 mV/s掃描速率下,1.0M H2SO4的電解質(zhì)中,150℃下煅燒的RuO2·nH2O納米材料得到最高的比電容,為673.37 F/g。(2)室溫條件下,以1.5 M RuCl3·nH2O溶液和4.0 M NaOH溶液為反應(yīng)物,加入陰陽離子高分子表面活性劑作為晶體生長調(diào)節(jié)劑,制備了納米R(shí)uO2·nH2O。通過SEM、TEM、XRD、EDX等手段考察了不同濃度、不同種類的表面活性劑對(duì)晶體形貌、結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),表面活性劑的加入對(duì)RuO2·nH2O納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象的改善不大,但顆粒尺寸有所減小,特別是加入1.0 g/L甲基丙烯酸-苯乙烯共聚物鈉鹽(DS36)。但與未添加DS36體系制備的RuO2·nH2O相比,加入DS36制備的RuO2·nH2O比電容值有所下降,從460 F/g減小到408.48 F/g。與450℃煅燒未加表面活性劑制備的RuO2·nH2O納米粒子相比,添加1.0 g/L DS36制備的RuO2·nH2O納米粒子在450℃煅燒后電容值要略高,且比較穩(wěn)定。(3)常溫常壓條件下,以1.5M RuCl3·nH2O溶液和4.0 M NaOH溶液為反應(yīng)物,在氧化石墨烯(GO)溶液中,成功地制得了GO/RuO2·nH2O納米復(fù)合材料,通過SEM、 TEM、XRD、XPS等手段對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)及成分等進(jìn)行表征分析,并對(duì)不同GO濃度條件下制備的GO/RuO2·nH2O復(fù)合材料進(jìn)行了電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示,隨著GO濃度的增大,產(chǎn)物GO/RuO2·nH2O納米粒子的分散性明顯提高,顆粒尺寸在15nm左右。當(dāng)GO濃度為0.01 g/L時(shí),GO/RuO2·n2O復(fù)合材料的電化學(xué)性能最好,比電容值為549.77 F/g,比相同條件下制得的單純的RuO2·nH2O納米材料高,而且穩(wěn)定性比較好。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 離子擴(kuò)散法 離子交換膜 RuO_2·nH_2O納米材料 GO/RuO_2·nH_2O復(fù)合材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ138.21;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-30
• 1.1 超級(jí)電容器11-16
• 1.1.1 超級(jí)電容器概述11
• 1.1.2 超級(jí)電容器的分類11-13
• 1.1.3 超級(jí)電容器電極材料的研究情況13-16
• 1.2 氧化釕納米材料的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀16-23
• 1.2.1 氧化釕納米材料的特點(diǎn)16
• 1.2.2 氧化釕納米材料的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 氧化釕納米材料的制備方法18-23
• 1.3 離子擴(kuò)散法在納米材料制備中的研究進(jìn)展23-24
• 1.4 GO/氧化物納米復(fù)合材料的制備和應(yīng)用24-27
• 1.4.1 氧化石墨烯(GO)概述24-25
• 1.4.2 GO/氧化物納米復(fù)合材料的制備和應(yīng)用25-27
• 1.5 論文選題的目的、意義以及主要研究內(nèi)容27-30
• 1.5.1 論文選題的目的、意義27-28
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容28-30
• 第2章 純水體系中離子擴(kuò)散法制備納米R(shí)uO_2·nH_2O30-56
• 2.1 引言30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-36
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑30-31
• 2.2.3 樣品制備31-32
• 2.2.4 表征測試方法32-33
• 2.2.5 電化學(xué)性能測試33-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-55
• 2.3.1 離子擴(kuò)散法制備的RuO_2·nH_2O的形貌與結(jié)構(gòu)36-39
• 2.3.2 反應(yīng)條件對(duì)RuO_2·nH_2O形貌和結(jié)構(gòu)的影響39-50
• 2.3.3 RuO_2·nH_2O作為超級(jí)電容器電極材料的性能50-55
• 2.4 小結(jié)55-56
• 第3章 表面活性劑存在下離子擴(kuò)散法制備納米R(shí)uO_2·nH_2O56-66
• 3.1 引言56
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分56-59
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器56
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑56-57
• 3.2.3 樣品制備57
• 3.2.4 表征測試方法57-58
• 3.2.5 電化學(xué)性能測試58-59
• 3.3 結(jié)果與討論59-65
• 3.3.1 表面活性劑下制備的RuO_2·nH_2O的形貌、結(jié)構(gòu)與性能59-61
• 3.3.2 反應(yīng)條件對(duì)摻雜表面活性劑的RuO_2·nH_2O的影響61-65
• 3.4 小結(jié)65-66
• 第4章 離子擴(kuò)散法制備GO/RuO_2·nH_2O納米復(fù)合材料66-75
• 4.1 引言66
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分66-69
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器66
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑66-67
• 4.2.3 樣品制備67
• 4.2.4 表征測試方法67-68
• 4.2.5 電化學(xué)性能測試68-69
• 4.3 結(jié)果與討論69-74
• 4.3.1 離子擴(kuò)散法制備的GO/RuO_2·nH_2O的形貌與性能69-71
• 4.3.2 GO濃度對(duì)產(chǎn)物GO/RuO_2·nH_2O結(jié)構(gòu)和性能的影響71-74
• 4.4 小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單82-83
• 致謝83

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本文編號(hào)：254504