本文關(guān)鍵詞：釩基納米材料的制備及其電化學(xué)性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：釩(V)作為一種過渡金屬,與氧結(jié)合具有豐富的價(jià)態(tài),與氮結(jié)合形成高導(dǎo)電性的VN,在電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)被廣泛地研究。本課題通過氧化石墨烯和偏釩酸銨的水熱處理,及隨后的氫氣、氨氣氣氛下的熱處理過程,分別制備了兩種釩基納米材料(三氧化二釩-石墨烯三維凝膠和氮化釩-石墨烯三維凝膠),考察其形貌和結(jié)構(gòu)特征,并探索儲鋰和氧還原反應(yīng)催化的電化學(xué)性能。三氧化二釩-石墨烯三維凝膠和氮化釩-石墨烯三維凝膠具有與眾不同的特性,包括均勻分散在石墨烯片層上的納米晶粒、多孔的結(jié)構(gòu)、和連續(xù)不斷的石墨烯骨架。這些特性使其在儲鋰過程中能夠有序控制體積變化,阻止他們循環(huán)過程中的團(tuán)聚,使鋰和電子朝著電極快速擴(kuò)散,從而極大地提升了電化學(xué)活性。因此,釩基納米材料展現(xiàn)出突出的電化學(xué)性能,在鋰電存儲過程中表現(xiàn)出高可逆容量,良好的高倍率性能和長循環(huán)壽命。其中,三氧化二釩-石墨烯三維凝膠在0.2 C電流倍率下,可逆容量為796 mAh g-1,50 C和100 C的倍率下,比容量仍保持在201mAh g-1和192 mAh g-1,5C倍率下1000次循環(huán)后容量無衰減,且高低溫(0-75 ℃)性能良好。氮化釩-石墨烯三維凝膠樣品在0.2 C的電流倍率下,可逆容量可以達(dá)到715 mAh g-1,5 C和20 C的倍率下,比容量分別保持在317 mAh g-1和201 mAh g-1,庫倫效率近乎100%,800次循環(huán)后容量無衰減。氮化釩-石墨烯三維凝膠作為非貴金屬基ORR電催化劑,具有豐富的VN量子點(diǎn),高比表面積和多層次的孔結(jié)構(gòu),最大化暴露活性位并為ORR提供了豐富的電子運(yùn)輸通道,展現(xiàn)出高電催化活性,長耐受性,和對ORR的高選擇性,與商業(yè)可用的Pt-C電極相當(dāng)。這種簡單的、易控制的合成方案能夠進(jìn)一步延展到其他3D多孔石墨烯凝膠上生長金屬氧化物、氮化物納米顆粒的制備并廣泛地應(yīng)用于電池、催化劑、傳感器和其他電子設(shè)備。
【關(guān)鍵詞】：三氧化二釩 氮化釩 納米材料 鋰離子電池 氧還原反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TQ427.26
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 前言14
• 1.2 過渡金屬釩基氧化物的制備及其電化學(xué)性能14-21
• 1.2.1 五氧化二釩的制備及其電化學(xué)性能15-17
• 1.2.2 三氧化二釩的制備及其電化學(xué)性能17-19
• 1.2.3 二氧化釩的制備及其電化學(xué)性能19-21
• 1.3 過渡金屬釩基氮化物的制備及其電化學(xué)性能21-24
• 1.3.1 過渡金屬釩基氮化物的性質(zhì)21
• 1.3.2 過渡金屬釩基氮化物的制備方法21-22
• 1.3.3 過渡金屬釩基氮化物的電化學(xué)性能22-24
• 1.4 選題的目的和意義24
• 1.5 本課題的主要研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)與測試方法26-36
• 2.1 研究方案26
• 2.2 主要實(shí)驗(yàn)原料26-28
• 2.2.1 偏釩酸銨26
• 2.2.2 氨水26-27
• 2.2.3 鱗片石墨27
• 2.2.4 其它實(shí)驗(yàn)原料27
• 2.2.5 電池組裝原材料27-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備28-29
• 2.3.1 材料制備設(shè)備28-29
• 2.3.2 材料表征設(shè)備29
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法29-31
• 2.4.1 氧化石墨稀(GO)的制備30
• 2.4.2 石墨烯-釩氧化物(G-VO_x)前驅(qū)體的制備30
• 2.4.3 三氧化二釩-石墨烯(V_2O_3-RGO)三維凝膠的樣品制備30-31
• 2.4.4 石墨烯-氮化釩量子點(diǎn)(G-VNQD)三維凝膠的樣品制備31
• 2.5 分析表征方法31-32
• 2.5.1 掃描電子顯微鏡(SEM)31
• 2.5.2 透射電子電鏡(TEM)與高分辨透射電鏡(HRTEM)31
• 2.5.3 X射線衍射儀(XRD)31
• 2.5.4 氮吸附測試儀31
• 2.5.5 X射線光電子能譜儀(XPS)31-32
• 2.5.6 有機(jī)元素分析儀32
• 2.6 儲鋰性能測試32-33
• 2.6.1 電池組裝32
• 2.6.2 恒流充放電測試32
• 2.6.3 交流阻抗(AC)測試32-33
• 2.7 氧還原反應(yīng)(ORR)催化性能測試33-36
• 2.7.1 作電極的制備33-34
• 2.7.2 循環(huán)伏安(CV)測試34
• 2.7.3 旋轉(zhuǎn)圓環(huán)圓盤電極(RRDE)測試34-35
• 2.7.4 穩(wěn)定性測試35-36
• 第三章 三氧化二釩-石墨烯三維凝膠的制備及其儲鋰性能36-46
• 3.1 引言36-37
• 3.2 三氧化二釩-石墨烯三維凝膠的制備37-38
• 3.3 三氧化二釩-石墨烯三維凝膠的形貌和結(jié)構(gòu)38-42
• 3.4 三氧化二釩-石墨烯三維凝膠的形成機(jī)理42-43
• 3.5 三氧化二釩-石墨烯三維凝膠的儲鋰性能研究43-45
• 3.6 小結(jié)45-46
• 第四章 氮化釩-石量烯三維凝膠的制備及其儲鋰性能46-60
• 4.1 引言46-47
• 4.2 氮化釩-石墨烯三維凝膠的制備47-48
• 4.3 氮化釩-石墨烯三維凝膠的形貌和結(jié)構(gòu)48-54
• 4.4 氮化釩-石墨烯三維凝膠的形成機(jī)理54-55
• 4.5 氮化釩-石墨烯三維凝膠的儲鋰性能研究55-58
• 4.6 小結(jié)58-60
• 第五章 氮化釩-石墨烯三維凝膠的氧還原反應(yīng)(ORR)催化性能60-70
• 5.1 引言60-61
• 5.2 氮化釩-石墨烯三維凝膠的形貌和結(jié)構(gòu)分析61-62
• 5.3 氮化釩-石墨烯三維凝膠的ORR催化性能62-69
• 5.3.1 氮化釩-石墨烯三維凝膠的催化活性和耐甲醇性能63-64
• 5.3.2 氮化釩-石墨烯三維凝膠的電催化性能評估64-68
• 5.3.3 氮化釩-石墨烯三維凝膠的穩(wěn)定性68-69
• 5.4 小結(jié)69-70
• 第六章 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-82
• 致謝82-84
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84-86
• 作者和導(dǎo)師簡介86-88
• 附件88-89

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