面對(duì)巨大的能源危機(jī)以及綠色化學(xué)的要求,開發(fā)廉價(jià)的超級(jí)電容器材料是發(fā)展清潔能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)目標(biāo)之一。本文以制備高容量鐵基超級(jí)電容器用電極材料為目標(biāo),在采用溶劑熱法制備單分散的不同分散劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）含量的CoFe₂O₄研究基礎(chǔ)上選用稀土摻雜、石墨烯負(fù)載兩步改性制備石墨烯負(fù)載CoR_xFe_2-xO₄復(fù)合材料,研究了材料中CoFe₂O₄的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、各組分間的相互作用以及電化學(xué)性能,具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:選用極性較小的乙二醇為溶劑,乙酸銨（NH₄Ac）為緩釋沉淀劑,并加入PVP為分散劑得到粒徑較小的不同分散劑CoFe₂O₄納米粒子。通過SEM、XRD、FTIR、電化學(xué)工作站研究了CoFe₂O₄形貌、晶體結(jié)構(gòu)的變化對(duì)其電化學(xué)性能的影響。PVP進(jìn)一步降低溶劑的極性,碳化后的PVP分散于CoFe₂O<... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

納米材料改性：配體效應(yīng)(a)、應(yīng)變效應(yīng)(b)、幾何效應(yīng)(c)和雙功能機(jī)構(gòu)(d)[13]

中北大學(xué)學(xué)位論文5圖1.2Fe3O4的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1.2CrystalstructureofFe3O4摻雜，即是在納米鐵氧體基質(zhì)材料中，摻入少量的其他元素或化合物，以達(dá)到產(chǎn)生或提高納米鐵氧體基質(zhì)材料電化學(xué)、磁學(xué)、吸波等性能[17]。Fe3O4鐵氧體結(jié)構(gòu)[18]如圖1.2所示，氧做立方密堆積，一半的Fe3+占據(jù)A位，被4個(gè)氧包圍構(gòu)成四面體結(jié)構(gòu)單元，F(xiàn)e2+和另一半Fe3+占據(jù)B位，被6個(gè)氧包圍構(gòu)成八面體結(jié)構(gòu)單元。摻雜離子嵌入四面體或八面體空隙使尖晶石鐵氧體發(fā)生晶格畸變，從而改變其能量密度，進(jìn)而改善材料的性能。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，利用二價(jià)過渡金屬離子、非金屬原子以及三價(jià)稀土離子等對(duì)其進(jìn)行摻雜均能提高其比電容量。Yang[19]等通過一步溶劑熱法制備了Mn2+摻雜Fe3O4(5mmol)，與純納米Fe3O4相比，Mn2+摻雜的Fe3O4表現(xiàn)出更高的電化學(xué)電容，當(dāng)Mn2+的摻雜量達(dá)到1.5mmol時(shí)，該超級(jí)電容器在2A/g的電流密度下電化學(xué)電容可達(dá)268.4F/g；循環(huán)600次后電容沒有明顯降低。Alshehri[20]等使用蛋清為碳源和氮源，采用一步沉淀法制備碳、氮共摻雜CoFe2O4(NCFC-NC)納米粒子，以5MKOH為電解液，在5mV/s的掃描速率下，NCFC-NC表現(xiàn)出474F/g的比電容，比純CoFe2O4納米粒子的比電容(94F/g)高出約5倍。Rai[21]等采用溶膠-凝膠自蔓延法制備了鑭摻雜鐵氧體(La-FeO3)納米粒子，由電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，LaFeO3納米粒子的比電容約為200F/g，并制備了使用Al對(duì)鑭摻雜鐵氧體進(jìn)一步摻雜制備的La0.7Al0.3FeO3其最大比電容可達(dá)260F/g。1.3.4導(dǎo)電材料復(fù)合

中北大學(xué)學(xué)位論文9圖1.3元素在地殼中的相對(duì)于硅元素的豐度，藍(lán)色為稀土元素(來源：美國(guó)地理雜質(zhì)，2002)[37]Fig.1.3RelativeabundanceofelementsintheEarth’suppercontinentalcrust.Rareearthelementsareinblue.(Source:UnitedStatesGeologicalSurvey,2002).研究者在最初采用稀土La摻雜對(duì)鈷酸鋰，錳酸鋰及磷酸鐵鋰等正極材料的充放電容量及循環(huán)性能時(shí)均有一定的提升作用。羅靈山等[38]采用碳酸鹽共沉淀-高溫?zé)Y(jié)法制備了La摻雜層狀富鋰錳基氧化物正極材料Li1.2Mn0.54-xNi0.13Co0.13LaxO2。當(dāng)La摻雜量為0.03時(shí)，具有最高的放電比容量285.3mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后的放電比容量為260.5mAh/g，容量保持率為91.3%。陳晗等[39]分采用稀土金屬離子Er3+、Y3+、Nd3+對(duì)LiFePO4的Li、Fe原子位進(jìn)行摻雜，結(jié)果表明LiFe0.99Y0.01PO4具有最佳的電化學(xué)性能，首次放電容量達(dá)到149.8mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)充放電后,放電容量保持率為99.1%。曹麗娜[40]研究了La、Nd對(duì)尖晶石錳酸鋰電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)Nd更容易進(jìn)入錳酸鋰晶格中，該材料在10C倍率下可逆容量約為110mAh/g，1C倍率下經(jīng)過300循環(huán)，容量仍保持在100mAh/g。稀土離子Re3+的半徑比第一過渡系金屬離子(M3+)大，當(dāng)它取代離子半徑較小的元素后，導(dǎo)致晶格畸變并產(chǎn)生氧空穴，改變材料的導(dǎo)電、儲(chǔ)能機(jī)制。摻雜或取代后，Re3+影響M3+的3d軌道和O的sp軌道重疊程度，容易形成Re-O-M鍵，由于Re3+的配位數(shù)較

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期刊論文
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碩士論文
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