本文選題：介孔　切入點：碳復(fù)合物　出處：《福州大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：介孔材料因其具有高的比表面積和大的孔體積,不僅可以在材料表面與原子、離子、分子相互作用,而且可以貫穿材料的內(nèi)部。因此,納米材料中的介孔結(jié)構(gòu)可有效地提高材料的物理化學(xué)性能。實際上,介孔材料已廣泛應(yīng)用于催化、污水處理、吸附、化學(xué)檢測、氣體存儲、生物醫(yī)療器件、能源材料等領(lǐng)域。目前,設(shè)計和構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)的介孔材料已成為新興的科學(xué)技術(shù),并在現(xiàn)代科技體系中具有越來越重要的作用。本學(xué)位論文系統(tǒng)地設(shè)計合成了一系列新型介孔結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物電極材料,并作為電極材料應(yīng)用于鋰離子電池中,以考察其電化學(xué)性能,并探索材料組成、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、孔特性等與電化學(xué)儲能之間的關(guān)系,為研制新型高性能儲能材料提供理論基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)果有如下幾點：(1)采用簡單的模板法,在空氣氣氛中煅燒,首次成功地合成了有序介孔結(jié)構(gòu)的銳鈦礦二氧化鈦-碳(TiO2-C)復(fù)合物。通過XRD、N2物理吸脫附、SEM和TEM表征,確定了所制備產(chǎn)物具有高比表面和純相的有序介孔TiO2-C納米復(fù)合物。進(jìn)一步,將其作為負(fù)極材料組裝鋰離子電池,以考察電化學(xué)性能。例如,在倍率為1C下進(jìn)行充放電循環(huán)900次后,可逆比容量穩(wěn)定在166 mAhg-1,接近理論容量(170 mAhg-1);即使在大倍率40 C下循環(huán),容量仍然保持穩(wěn)定。研究結(jié)果表明,有序介孔TiO2-C納米復(fù)合物具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率充放電特性。(2)采用簡單的碳熱還原法,成功地合成了二氧化鉬-介孔碳復(fù)合物(MoO2-OMC)。TEM測試表明,在該復(fù)合物中,粒子大小為4-8 nm的MoO2納米晶在介孔碳中形成較均勻分布。進(jìn)一步,以復(fù)合物為電極材料組裝鋰離子電池,并研究其電化學(xué)儲能性能,發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。例如,在電流密度為50 mA g-1下充放電循環(huán)50次后,可逆比容量穩(wěn)定在689 mAhg-1。即使在大電流2Ag-1下循環(huán),容量仍然穩(wěn)定在401 mAh g-1。(3)利用簡單的低溫碳熱還原法制備出復(fù)合材料V2O3-OMC和ZnV2O4-OMC,并作為鋰離子電池的負(fù)極材料,研究它們的電化學(xué)性能。在制備前者中,我們采用新型的三維雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的介孔碳為碳基底,發(fā)現(xiàn)其在100 mA g-1電流密度下循環(huán)180次,可逆比容量高達(dá)536 mAhg-1;在2Ag-1電流密度下循環(huán),比容量仍能保持309 mAhg-1,顯示出良好的電化學(xué)性能。而后者是我們首次制備的三元過渡金屬氧化物與介孔碳的復(fù)合物。作為電極材料,ZnV2O4-OMC展示出良好的電化學(xué)性能。在0.1 A g-1電流密度下循環(huán)200次,可逆比容量高達(dá)575 mAhg-1,明顯優(yōu)于單純的介孔碳和固體ZnV2O4顆粒。這個結(jié)果說明,將釩氧化物負(fù)載于介孔碳基底,可有效地提高電化學(xué)性能。(4)以介孔碳為納米反應(yīng)器,融合簡單的模板法和溶膠凝膠法,成功地制備了高結(jié)晶度的磷酸釩鋰-碳納米復(fù)合物(Li3V2(PO4)3-C)。在復(fù)合物中,在介孔碳基底上復(fù)合有大量Li3V2(PO4)3納米晶,納米品表面包覆有一層厚度為2-3 nm碳薄層。研究發(fā)現(xiàn),這種復(fù)合物在1C倍率下循環(huán)500次后,仍保持114 mAhg1的放電比容量,具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。進(jìn)一步,將其進(jìn)行大倍率充放電性能測試,結(jié)果表明在20 C倍率下,可穩(wěn)定循環(huán)3000次以上,比容量仍然高達(dá)95 mAhg-1,容量保持率達(dá)86%；在0.5到40 C下都可穩(wěn)定循環(huán),40 C下循環(huán)比容量可達(dá)106 mAhg-1.因此,Li3V2(PO4)3-C復(fù)合物作為正極材料具有優(yōu)異的大電流充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。(5)在還原氣氛下,制備了二氧化鍺-鍺-介孔碳納米復(fù)合物(GeO2-Ge-OMC)。表征結(jié)果表明,GeO2-Ge納米粒子均勻地分散于介孔碳基底。進(jìn)一步,以這種材料為電極,研究其電化學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn),在電流密度為100 mA g-1下充放電循環(huán)100次后,可逆比容量穩(wěn)定在1018 mAh g-1。即使在大電流1 A g-1下循環(huán),500次后的比容量仍然高達(dá)492 mAh g-1,說明該復(fù)合材料具有優(yōu)異的大電流循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.4;TM912

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本文編號：1575334