【摘要】：21世紀最重要的關注點是清潔可靠的能源供應,這與我們的日常生活、全球環(huán)境、經(jīng)濟和人類健康息息相關。隨著IT行業(yè)的迅速發(fā)展,實際應用中對儲能裝置各項指標要求不斷提高。隨著移動信息設備的數(shù)量迅速增長,當前電池的設計能力已逐漸滿足不了實際應用中的需求。在環(huán)境污染和能源危機日趨嚴重的今天,開發(fā)應用新能源變得越來越重要。然而,大部分自然界可直接提供的清潔能源如太陽能,風能因其間歇性和不可控的缺點,無法提供穩(wěn)定的能源供給。而當前社會中的電動汽車的普及以及便攜式電子產(chǎn)品的廣泛應用,對存儲設備的要求更高了,推動能源存儲設備向更高能量密度和功率密度的發(fā)展。而電極作為鋰離子電池的核心部分,電極材料的性能是決定電池性能好壞的關鍵因素,作為傳統(tǒng)商業(yè)化的鋰離子電池負極材料,因為其較低的理論容量(大約為372 mAh/g),無法滿足鋰離子電池對負極材料的高能量、大功率需求。而過渡金屬氧(硫)化物納米材料因其儲鋰機理的特殊性,具有高比容量,以及安全性能高、價格低廉、自然儲量豐富等優(yōu)點,是傳統(tǒng)的商業(yè)化鋰離子電池碳負極材料的理想的替代材料。并且過渡金屬氧(硫)化物的催化性能也比較優(yōu)異。但是,過渡金屬氧(硫)化物的塊體材料存在易粉化和低效率等不足。所以,開發(fā)面向電化學儲鋰和催化的納米材料具有重要意義。本文主要研究了銅、鈷、鈦、鋅等過渡金屬氧(硫)化物Cu_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O、CoFe_2O_4、Ti+Sn體系、ZnCoS的制備及其儲鋰和催化性能。(1)通過犧牲Cu_2O模板的方法用2D的Cu_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O納米片構造成了3D花狀結構。在合成過程中,立方體盒子的Cu_2O不僅作為模板而且提供了Cu源。Cu_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O的形貌和結構通過XRD,TEM,SEM展示出來。Cu_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O獨特的花簇狀結構具有較高的表面積,有利于電解液對材料的浸潤,同時可縮短鋰離子的遷移路徑。因此,納米花狀Cu_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O具有高容量,穩(wěn)定的循環(huán)性能,尤其是高達91.3%的初始庫倫效率,使它成為一類有前途的鋰離子電池負極材料。(2)首次通過簡單的溶膠凝膠法合成了介孔八面體CoFe_2O_4作為鋰離子負極材料。以前的報道顯示,對鋰離子電池電極材料來說,各向異性的八面體結構擁有很好的結構優(yōu)勢。介孔結構能夠縮短Li+/電子擴散傳播路徑,緩沖體積變化,并且增加電解液和活性材料的接觸面積。基于多孔結構,各向異性的八面體結構性能和多組分效應的結合優(yōu)勢,CoFe_2O_4顯示了良好的電化學鋰存儲,具有高容量(在0.1 A/g循環(huán)200圈后992 mAhg-1)和超長循環(huán)壽命(在5 A/g下循環(huán)3000圈)。更重要的是,在循環(huán)100圈后,我通過電池拆解技術確定了八面體CoFe_2O_4的結構穩(wěn)定性,這是其具有超長循環(huán)壽命的原因。(3)通過合理的設計合成了SnO_2和TiO_2鄰接納米晶體材料來作為先進的鋰離子電池負極材料。因為TiO_2沒有體積變化,所以用來作為穩(wěn)定擁有大的體積變化的鄰接SnO_2納米粒子的結構框架,因此解決了電極材料易粉碎的缺點提高了電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。SnO_2的理論容量高,確保了復合負極材料的高容量。基于組合優(yōu)勢選擇和合理的結構設計的結合,目前樣品提高了電化學負極性能,包括高容量,良好的循環(huán)穩(wěn)定性,尤其是高倍率性能(在1 A/g下循環(huán)超過500圈,比容量為434 mAh/g),使其成為鋰離子電池高性能負極材料的有前途的材料。(4)用水熱法合成了ZnCoS實鏡納米材料作為析氫催化材料和鋰離子電池負極材料�；谇膀岓wZnS(en)0.5合成具有較多活性位點的ZnCoS實鏡納米粒子,對催化析氫具有比較低的起始過電位和比較高的正極電流,催化效率高,使其成為有前途的催化材料。
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【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM912

【參考文獻】

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本文編號：2265311