【摘要】：當前,解決能源危機和環(huán)境問題迫使我們不斷地探尋有效的新型儲能器件。超級電容器具有充放電速度快、功率密度大、循環(huán)壽命長、安全系數(shù)高和環(huán)境友好等優(yōu)點,成為全球范圍的研究熱點。高性能電極材料的制備是發(fā)展超級電容器最有效的方式之一。層狀過渡金屬硫化物具有與石墨烯相似的層狀結(jié)構(gòu),制備過程簡單；原子的排列使之擁有獨特的“三明治夾心”結(jié)構(gòu),夾層原子通過微弱的范德華力相結(jié)合,層與層之間易剝離,易與其他物質(zhì)復合。此外,層狀過渡金屬硫化物還具有大的比表面積和高的理論比電容,在超級電容器、鋰離子電池、光催化和電催化等能源領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而,與過渡金屬氧化物類似,過渡金屬硫化物相對差的導電性限制了其功率密度的提高,從而阻礙了電化學性能的充分發(fā)揮。為此,將層狀過渡金屬硫化物與導電性能良好的碳基材料(如石墨烯、多壁碳納米管、乙炔黑等)復合,制備高性能的超級電容器電極材料是不錯的選擇。主要實驗內(nèi)容包括：(1)為了更好的控制合成材料的結(jié)構(gòu)形貌,我們在模板泡沫鎳的輔助下,采用水熱合成法制備了由片層結(jié)構(gòu)堆疊成直立生長的MoSe2,這種結(jié)構(gòu)有效的擴大了材料的比表面積,并防止材料在快速的電解質(zhì)離子和電子轉(zhuǎn)移過程中塌陷,從而提高了材料的穩(wěn)定性,循環(huán)1500圈后,穩(wěn)定性仍能保持104.7%。在1 A g-1的電流密度下,比電容僅達到1114 F g-1。為了進一步提高材料的導電性能和比表面積,進而提高其電化學性能,我們開展了以下工作：①在泡沫鎳的指導作用下,將MoSe2與石墨烯復合,制備柔性的工作電極。材料的結(jié)構(gòu)形貌表征和電化學性能測試結(jié)果表明,當MoSe2和石墨烯的質(zhì)量比為7：1時,石墨烯能夠很好地嵌入MoSe2中,抑制了石墨烯的團聚,所合成材料具有多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,可有效存儲電荷,促進電子在電極材料中的快速傳遞,顯著提高其電化學性能。在1 Ag-1的電流密度下,比電容達到1422 F g-1,且循環(huán)1500圈后仍保持最初比電容的100.4%,表明該材料可作為一種良好的超級電容器電極材料。另外,我們還將該材料作為工作電極用于多巴胺電催化氧化測試,低的檢出限和寬的線性范圍說明了該材料同樣也具有良好的電催化性能；②利用模板輔助,水熱合成了花狀MoSe2與乙炔黑(AB)的復合材料,并對其結(jié)構(gòu)形貌進行表征,結(jié)果顯示AB顆粒分布在片層MoSe2底部,形成多孔結(jié)構(gòu),大大增加了復合材料的比表面積,給離子和電子的轉(zhuǎn)移提供了充足的空間,使復合材料的電化學性能得到顯著的提高,表現(xiàn)為：在電流密度為1 Ag-1時,比電容達到2020 F g-1；循環(huán)1500圈后,穩(wěn)定性保持107.5%。將材料用于析氫反應(yīng)的催化劑,析氫過電位低,塔菲爾斜率小,意味著快速的析氫反應(yīng)動力學,說明復合材料還具有較好地催化性能。(2)過渡金屬硫化物硫化銅具有原料豐富和易于制備等優(yōu)點,且目前很多二維硫化銅的合成均采用表面活性劑輔助。因此我們首先在不同表面活性劑的輔助下,選用不同的硫源,采用一步溶劑熱反應(yīng)法合成不同形貌的硫化銅,并對其進行結(jié)構(gòu)組成表征和電化學性能測試。結(jié)果表明,不加入表面活性劑、硫脲為硫源時,CuS的片層厚度較小,比表面積較大,有利于離子和電子在活性物質(zhì)和電解液之間的轉(zhuǎn)移和擴散,得到的比電容可達833.3 F g-1(電流密度為1 A g-1),但穩(wěn)定性不盡滿意(循環(huán)500圈后,穩(wěn)定性為70.1%)。為了解決此問題,我們嘗試將CuS與碳基材料復合,結(jié)合CuS易插層的片層結(jié)構(gòu)和較大的比表面積以及碳基材料良好的導電性能和較好的穩(wěn)定性等優(yōu)點,開展了以下工作：利用溶劑熱反應(yīng)法,將CuS分別與石墨烯、多壁碳納米管和乙炔黑復合,并將這些復合材料用于法拉第贗電容器電極材料。電流密度為1 A g-1時,CuS-graphene、CuS-MWCNTs、CuS-AB電極的比電容可分別達到2317、2831、2981 F g-1。而且,隨著電流密度的增大,這些材料比電容的下降趨勢并不明顯,說明了復合材料良好的速率行為。通過循環(huán)充放電測試,表明材料的穩(wěn)定性也較單純的硫化銅納米片有了明顯的提高。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：信陽師范學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM53

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