基于過渡金屬復合物的超級電容器電極材料研究
發(fā)布時間：2020-12-26 10:47
對于需要高額定功率,長循環(huán)周期以及高可靠性的不同應用,超級電容器是一項值得關注的技術。電極材料在超級電容器的性能改變中扮演著重要角色。過渡金屬化合物成本低、毒性低,并且由于其具有優(yōu)異的電導率,多種氧化態(tài)和比商用碳材料更高的理論容量,在超級電容器的電極研究方面擁有巨大潛力。本論文以水熱法、高溫退火和硫化改性等方法制備了一系列過渡金屬基納米復合材料,并通過各種檢測儀器,對其形貌組成與結構性能進行了分析討論,主要內(nèi)容如下:（1）采用兩步水熱法和隨后的退火處理,在鹽酸活化的鎳泡沫上合成了NiO/NiCo2O4納米電極材料。第一步將NiO納米球生長在泡沫鎳基底上,第二步使NiCo2O4納米針在NiO表面原位生長,從而得到了具有新穎結構特征的NiO/NiCo2O4納米復合材料。氮吸附結果表明,合成的NiO/NiCo2O4三維復合結構具有57.244 m2·g-1的高比表面積,可以為...
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
NiO/NiCo2O4納米復合材料的制備過程示意圖
NiO/NiCo2O4納米復合材料的制備及電化學性能研究21（2）相同）具有扁平的納米花狀結構。雖然分布較為均勻，但過多的重疊部分減少了電極材料與電解質(zhì)的接觸區(qū)域，增加了陰離子和陽離子的擴散阻力。為了提高其電化學性能，預先將NiO前體負載在原始的泡沫鎳基體上。如圖3-2b所示，原始NiO前體的形狀為不規(guī)則球體，這可以為后續(xù)NiCo2O4的生長提供有效的框架支撐，并通過協(xié)同作用增加電極表面的活性位點。圖3-2NiCo2O4和NiO的SEM圖譜Fig.3-2SEMimagesofNiCo2O4andNiO圖3-3（a-c）表明，原始NiO前體在第二次水熱作用后形成NiO/NiCo2O4納米花球，且原始基底被NiCo2O4納米針完全覆蓋。Ni泡沫上負載NiO/NiCo2O4材料的過程可以進行如下解釋：在二次水熱中，Ni2+與Co2+反應，在NiO納米球表面形成均勻的金屬氫氧化物沉淀[67]，添加的尿素作為還原劑和沉淀劑。形成的氫氧化物進行低溫退火處理后，進一步轉化為NiCo2O4，涉及的化學反應有[68-70]：2366322CO3NH6NHC)NH(CO6（3-1）OHNHOHNH423（3-2）i6xOH+2xCo+xNi(OH)CoN→6x2xx-22（3-3）O3xHONiCox→xO21i(OH)CoN24226x2xx（3-4）由于分散的NiO前體的界面能低，二次生長的NiCo2O4表現(xiàn)出均勻的納米針結構。NiO前體聚集成球體的區(qū)域有很多活性位點[71]。為了減少界面能，NiCo2O4網(wǎng)絡沿取向方向生長，形成納米范圍的花瓣結構，并進一步形成結構良好的花球。均勻分布的針/球復合結構增加了活性物質(zhì)的比表面積，并有效地促進了離子交換。
西南科技大學碩士學位論文22圖3-3NiO/NiCo2O4的SEM圖譜Fig.3-3SEMimagesofNiO/NiCo2O43.3.2NiO/NiCo2O4納米復合材料的TEM分析為了獲得更深入的了解，通過TEM對從NiO/NiCo2O4電極材料上超聲獲得的樣品進行了進一步的納米結構表征。如圖3-4（a，b）所示，TEM圖像清楚地表明，NiO/NiCo2O4納米花球是由許多平均直徑為3050nm的納米棒組裝而成的。圖3-4c顯示了該材料的選區(qū)電子衍射（SAED）圖案。衍射環(huán)的狀態(tài)表明復合材料具有多晶特性，測量晶面間距并與PDF卡片對比可知各衍射環(huán)分別對應于NiCo2O4的（111）、（311）平面和NiO的（220）、（200）平面，這與XRD及之后的HRTEM分析結果相符，進一步證明了樣品中NiCo2O4和NiO的同時存在。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]2D MOF Nanoflake-Assembled Spherical Microstructures for Enhanced Supercapacitor and Electrocatalysis Performances[J]. Huicong Xia,Jianan Zhang,Zhao Yang,Shiyu Guo,Shihui Guo,Qun Xu. Nano-Micro Letters. 2017(04)
[2]NiO nanosheet assembles for supercapacitor electrode materials[J]. Huanhao Xiao,Shunyu Yao,Hongda Liu,Fengyu Qu,Xu Zhang,Xiang Wu. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(03)
本文編號：2939547
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
NiO/NiCo2O4納米復合材料的制備過程示意圖
NiO/NiCo2O4納米復合材料的制備及電化學性能研究21（2）相同）具有扁平的納米花狀結構。雖然分布較為均勻，但過多的重疊部分減少了電極材料與電解質(zhì)的接觸區(qū)域，增加了陰離子和陽離子的擴散阻力。為了提高其電化學性能，預先將NiO前體負載在原始的泡沫鎳基體上。如圖3-2b所示，原始NiO前體的形狀為不規(guī)則球體，這可以為后續(xù)NiCo2O4的生長提供有效的框架支撐，并通過協(xié)同作用增加電極表面的活性位點。圖3-2NiCo2O4和NiO的SEM圖譜Fig.3-2SEMimagesofNiCo2O4andNiO圖3-3（a-c）表明，原始NiO前體在第二次水熱作用后形成NiO/NiCo2O4納米花球，且原始基底被NiCo2O4納米針完全覆蓋。Ni泡沫上負載NiO/NiCo2O4材料的過程可以進行如下解釋：在二次水熱中，Ni2+與Co2+反應，在NiO納米球表面形成均勻的金屬氫氧化物沉淀[67]，添加的尿素作為還原劑和沉淀劑。形成的氫氧化物進行低溫退火處理后，進一步轉化為NiCo2O4，涉及的化學反應有[68-70]：2366322CO3NH6NHC)NH(CO6（3-1）OHNHOHNH423（3-2）i6xOH+2xCo+xNi(OH)CoN→6x2xx-22（3-3）O3xHONiCox→xO21i(OH)CoN24226x2xx（3-4）由于分散的NiO前體的界面能低，二次生長的NiCo2O4表現(xiàn)出均勻的納米針結構。NiO前體聚集成球體的區(qū)域有很多活性位點[71]。為了減少界面能，NiCo2O4網(wǎng)絡沿取向方向生長，形成納米范圍的花瓣結構，并進一步形成結構良好的花球。均勻分布的針/球復合結構增加了活性物質(zhì)的比表面積，并有效地促進了離子交換。
西南科技大學碩士學位論文22圖3-3NiO/NiCo2O4的SEM圖譜Fig.3-3SEMimagesofNiO/NiCo2O43.3.2NiO/NiCo2O4納米復合材料的TEM分析為了獲得更深入的了解，通過TEM對從NiO/NiCo2O4電極材料上超聲獲得的樣品進行了進一步的納米結構表征。如圖3-4（a，b）所示，TEM圖像清楚地表明，NiO/NiCo2O4納米花球是由許多平均直徑為3050nm的納米棒組裝而成的。圖3-4c顯示了該材料的選區(qū)電子衍射（SAED）圖案。衍射環(huán)的狀態(tài)表明復合材料具有多晶特性，測量晶面間距并與PDF卡片對比可知各衍射環(huán)分別對應于NiCo2O4的（111）、（311）平面和NiO的（220）、（200）平面，這與XRD及之后的HRTEM分析結果相符，進一步證明了樣品中NiCo2O4和NiO的同時存在。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]2D MOF Nanoflake-Assembled Spherical Microstructures for Enhanced Supercapacitor and Electrocatalysis Performances[J]. Huicong Xia,Jianan Zhang,Zhao Yang,Shiyu Guo,Shihui Guo,Qun Xu. Nano-Micro Letters. 2017(04)
[2]NiO nanosheet assembles for supercapacitor electrode materials[J]. Huanhao Xiao,Shunyu Yao,Hongda Liu,Fengyu Qu,Xu Zhang,Xiang Wu. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(03)
本文編號：2939547
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