本文關(guān)鍵詞：基于氧化鈦納米管的超級電容器電極材料的研究

  更多相關(guān)文章： 長TiO_2納米管陣列 恒流陽極氧化 摻雜 復(fù)合材料 超級電容器

【摘要】：超級電容器在消費電子、工業(yè)動力能源管理系統(tǒng)等領(lǐng)域獲得了廣泛的研究與應(yīng)用。其中,具有高比表面積、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且制備簡單等優(yōu)點的陽極TiO2納米管材料已經(jīng)成為超級電容器電極材料的研究熱點。但傳統(tǒng)的恒壓陽極氧化制備方法,存在著納米管生長速率不穩(wěn)定、長納米管易與基底脫離等問題,且制備的納米管陣列由于導(dǎo)電性差等原因,電容性能難以滿足需求。本文首先研究了在陽極氧化過程中,各種因素對TiO2納米管陣列形貌的影響,重點探索恒流氧化法快速制備較長納米管的相關(guān)工藝,并以制備的納米管陣列為基礎(chǔ),通過摻雜及制備復(fù)合材料等途徑獲得高性能的超級電容器電極材料。首先,研究在恒壓陽極氧化過程中,氧化電壓、溫度及氧化時間對納米管陣列形貌的影響,并探索一次氧化時間對二次氧化法制備的納米管陣列規(guī)整性的影響。并以恒壓二次氧化制備的納米管陣列為模板,嘗試電沉積氧化鎢(WO3)。結(jié)果表明,復(fù)合WO3可有效提高材料比電容,但電沉積法較難控制沉積過程,很難得到理想的“管中管”結(jié)構(gòu)。其次,采用恒流陽極氧化法,改變電流密度、溫度及氧化時間等參數(shù),探索制備長納米管陣列的最佳工藝條件,并在納米管與基底的界面間引入致密層增強陣列與基底的結(jié)合力。實驗發(fā)現(xiàn),在20℃下,以10 mA cm-2電流密度恒流陽極氧化4 h,然后在含5 wt%磷酸的乙二醇溶液中恒壓60 V氧化5 min引進致密層,可制備100.6μm長且與基底緊密結(jié)合的TiO2納米管陣列。然后,通過氬氣退火和電化學(xué)摻雜處理,提高長納米管陣列的電容性能。結(jié)果顯示,氬氣退火可引入贗電容提高材料比電容,但所得納米管陣列電導(dǎo)率不佳；電化學(xué)摻雜則可顯著提高其雙電層電容性能。結(jié)合兩種摻雜方法,即在氬氣退火后再進行電化學(xué)摻雜,可獲得電容性能更加優(yōu)秀的納米管材料。測試表明,綜合摻雜后的納米管陣列的比電容為113.2 mF cm-2(掃速為100 mV s-1),且以10 mA cm-2電流密度充放電循環(huán)2000圈后依然保持95%的比電容.最后,以長TiO2納米管陣列為模板,采用電沉積法制備PANI (polyaniline,聚苯胺)/TiO2納米管復(fù)合材料。實驗表明：沉積前先選擇性地將納米管底部還原,然后在含苯胺和H2SO4的水溶液中以循環(huán)伏安法電化學(xué)聚合,可成功制備具有納米結(jié)構(gòu)的PANI/TiO2納米管復(fù)合材料。電化學(xué)性能測試顯示,所制備的復(fù)合材料具有高達512.4 mF cm-2(掃速為100 mV s-1)的比電容以及221.4 mW cm-2(充放電電流密度為10 mA cm-2)的比功率。以100 mV s-1掃速循環(huán)2000圈后,電容量保持為初始的72.2%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：長TiO_2納米管陣列 恒流陽極氧化 摻雜 復(fù)合材料 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 課題背景與選題意義11-12
• 1.2 TiO_2納米管制備的研究進展12-15
• 1.2.1 TiO_2納米管制備方法概述12
• 1.2.2 陽極氧化法制備TiO_2納米管的研究進展12-15
• 1.3 基于TiO_2納米管的超級電容器研究15-17
• 1.3.1 TiO_2納米管的非金屬摻雜15-16
• 1.3.2 增大TiO_2納米管比表面積16-17
• 1.3.3 制備基于TiO_2納米管的復(fù)合材料17
• 1.4 PANI及WO_3簡述17-18
• 1.5 本文的研究目的及研究內(nèi)容18-19
• 2 恒壓法制備TiO_2納米管陣列及WO_3/TiO_2納米管復(fù)合材料的研究19-33
• 2.1 實驗部分19-21
• 2.1.1 實驗藥品及儀器19-20
• 2.1.2 鈦片的預(yù)處理20
• 2.1.3 實驗內(nèi)容20-21
• 2.2 結(jié)果與討論21-32
• 2.2.1 各因素對納米管形貌的影響21-28
• 2.2.2 電沉積法制備WO_3/TiO_2納米管復(fù)合材料28-32
• 2.3 小結(jié)32-33
• 3 恒流法制備TiO_2納米管陣列的研究33-42
• 3.1 實驗部分33-34
• 3.1.1 實驗藥品和儀器33
• 3.1.2 實驗內(nèi)容33-34
• 3.2 結(jié)果與討論34-41
• 3.2.1 電流密度對TiO_2納米管形貌的影響34-37
• 3.2.2 溫度對TiO_2納米管形貌的影響37-39
• 3.2.3 氧化時間對TiO_2納米管形貌的影響39-41
• 3.3 小結(jié)41-42
• 4 TiO_2納米管的摻雜改性及PANI/TiO_2納米管復(fù)合材料的研究42-57
• 4.1 實驗部分42-44
• 4.1.1 實驗藥品及儀器42
• 4.1.2 實驗內(nèi)容42-44
• 4.2 結(jié)果與討論44-56
• 4.2.1 摻雜處理對TiO_2納米管晶體結(jié)構(gòu)及形貌的影響44-46
• 4.2.2 摻雜對TiO_2納米管電化學(xué)性能的影響46-51
• 4.2.3 PANI/TiO_2納米管復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究51-56
• 4.3 小結(jié)56-57
• 5 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 主要結(jié)論57-58
• 5.2 本文創(chuàng)新點58
• 5.3 工作展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-69
• 附錄69

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7 王sヶ，

本文編號：511315