本文關(guān)鍵詞：Keggin型多酸復(fù)合材料及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：多酸化學(xué)發(fā)展至今,逐漸由基礎(chǔ)研究延伸至與國民經(jīng)濟發(fā)展緊密相連的能源與環(huán)境領(lǐng)域,與我們的生活息息相關(guān)。由于Keggin型多酸陰離子具有對稱性高、強酸性、可逆氧化還原性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和可接受電子等優(yōu)越的性能,且可以提高聚苯胺等導(dǎo)電聚合物的質(zhì)子化和電化學(xué)性能,因此其在電化學(xué)方面的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。我們知道H3PMo12O40多酸可以達到其超級還原態(tài)[PMo12O40]27-,得失傳遞24電子,具有較大的理論容量。但是此Keggin型多酸易團聚和易溶解,即將其用作電池和電容器等的電極材料時易出現(xiàn)團聚和溶解現(xiàn)象,從而降低電池和電容器等的循環(huán)穩(wěn)定性和速率穩(wěn)定性。因此如何實現(xiàn)Keggin多酸在電池和電容器等中的廣泛應(yīng)用,是本課題研究的目的所在。大量研究表明,將多酸負載到一些剛性的碳材料(如碳納米管和石墨烯)上,對多酸有限域的作用,從而有效的解決上述問題。所以本文利用導(dǎo)電聚合物聚苯胺作為連接體來將多酸負載到碳納米管上,不僅解決了多酸易聚集的問題,還大大提高了其電化學(xué)性能。為了探索研究Keggin型多酸基復(fù)合材料的電化學(xué)性能,本文設(shè)計合成了一系列復(fù)合材料,并將其應(yīng)用到鋰離子電池和超級電容器中進行表征研究,研究內(nèi)容包括以下兩部分：1、在鋰離子電池中的應(yīng)用。首先通過π-π相互作用將多碳納米管MWNTs和聚苯胺PANI結(jié)合在一起形成復(fù)合材料PANI/MWNTs,后通過靜電相互作用將多酸陰離子[PMo12O40]加載到復(fù)合材料PANI/MWNTs上,成功的合成納米復(fù)合材料PMo12/PANI/MWNTs.將該納米復(fù)合材料PMo12/PANI/MWNTs用作鋰離子電池的負極材料來研究其電化學(xué)性能,說明了該雜化材料不僅具有高的放電比容量；有好的循環(huán)穩(wěn)定性且循環(huán)100圈后,電容保持率能達到100%；有好的速率穩(wěn)定性。我們進一步研究了PMo12-nVn/PANI/MWNTs納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的電化學(xué)性能,得到其雖有高的放電比容量,但循環(huán)穩(wěn)定性較差。所以我們研究得到了一種好的電化學(xué)性能的電極材料PMo12/PANI/MWNTs,對多酸基復(fù)合材料在能源方面的應(yīng)用有促進作用。2、在超級電容器中的應(yīng)用。同第一部分合成方法,成功的合成了納米復(fù)合材料PMo12-nVn/PANI/MWNTs.將該納米復(fù)合材料PMo12-nVn/PANI/MWNTs用作超級電容器的電極材料來研究其電化學(xué)性能,說明了該雜化材料不僅具有高的放電比容量；有好的循環(huán)穩(wěn)定性；有好的速率穩(wěn)定性。我們進一步研究了PMo12/PANI/MWNTs納米復(fù)合材料作為超級電容器電極材料的電化學(xué)性能,得到其雖有高的放電比容量,但循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此我們研究得到了一種好的電化學(xué)性能的電極材料PMo12-nVn/PANI/MWNTs,在超級電容器方面具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：多酸 聚苯胺 碳納米管 電化學(xué)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;TM912;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-31
• 1.1 多酸概況16-23
• 1.1.1 多酸的結(jié)構(gòu)及研究進展16-17
• 1.1.2 Keggin型多酸簡介17-19
• 1.1.3 Keggin多酸的催化性能19-20
• 1.1.4 Keggin型多酸的電化學(xué)性能20-23
• 1.2 聚苯胺PANI簡介23-27
• 1.2.1 聚苯胺的結(jié)構(gòu)與性能23-24
• 1.2.2 聚苯胺的研究進展24-27
• 1.3 超級電容器的簡介27-28
• 1.3.1 超級電容器的工作原理及研究進展27-28
• 1.4 鋰離子電池的簡介28-29
• 1.4.1 鋰離子電池的工作原理及研究進展28-29
• 1.5 本課題研究的目的、意義及內(nèi)容29-31
• 1.5.1 本課題的研究目的及意義29
• 1.5.2 論文的研究內(nèi)容29-31
• 第二章 Keggin型多酸基復(fù)合材料的合成及鋰電性能研究31-53
• 2.1 引言31-32
• 2.2 實驗部分32-37
• 2.2.1 實驗材料與儀器32-34
• 2.2.2 復(fù)合材料的制備34-35
• 2.2.2.1 利用原位合成的方法制備聚苯胺與多壁碳納米管的復(fù)合材料34
• 2.2.2.2 合成H_3PMo_(12)O_(40)/聚苯胺/多壁碳納米管的電極材料34-35
• 2.2.3 產(chǎn)品的表征35-36
• 2.2.3.1 傅里葉紅外光譜(FT-IR)35
• 2.2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)35
• 2.2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)35
• 2.2.3.4 X射線衍射光譜(XRD)35
• 2.2.3.5 熱重分析(TGA)35
• 2.2.3.6 X-射線光電子能譜(XPS)35-36
• 2.2.3.7 拉曼光譜儀(Roman)36
• 2.2.3.8 核磁共振分析(NMR)36
• 2.2.4 鋰離子電池的組裝和測試36-37
• 2.2.4.1 鋰離子半電池的組裝36
• 2.2.4.2 鋰離子電池的測試36-37
• 2.3 結(jié)果與討論37-52
• 2.3.1 納米復(fù)合材料的形貌表征37-39
• 2.3.2 納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征39-44
• 2.3.3 納米復(fù)合材料PMo_(12)/PANI/MWNTs的電化學(xué)性能研究44-48
• 2.3.4 納米復(fù)合材料PMo_(12-n)V_n/PANI/MWNTs的電化學(xué)性能研究48-52
• 2.4 本章小結(jié)52-53
• 第三章 Keggin型多酸基復(fù)合材料的合成及超級電容器性能研究53-70
• 3.1 引言53-54
• 3.2 實驗部分54-59
• 3.2.1 實驗材料與儀器54-56
• 3.2.2 產(chǎn)品的表征56-57
• 3.2.2.1 傅里葉紅外光譜(FT-IR)56
• 3.2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)56
• 3.2.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)56
• 3.2.2.4 X射線衍射光譜(XRD)56
• 3.2.2.5 熱重分析(TGA)56
• 3.2.2.6 X-射線光電子能譜(XPS)56-57
• 3.2.2.7 拉曼光譜儀(Roman)57
• 3.2.2.8 核磁共振分析(NMR)57
• 3.2.3 超級電容器的測試57-58
• 3.2.3.1 超級電容器工作電極制備57
• 3.2.3.2 三電極體系57
• 3.2.3.3 超級電容器的測試57-58
• 3.2.4 納米復(fù)合材料的制備58-59
• 3.2.4.1 利用原位合成的方法制備聚苯胺與多壁碳納米管的復(fù)合材料58
• 3.2.4.2 合成PMo_(12-n)V_nO_(40)/聚苯胺/多壁碳納米管的電極材料58-59
• 3.3 結(jié)果與討論59-68
• 3.3.1 納米復(fù)合材料的形貌表征59-60
• 3.3.2 納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征60-64
• 3.3.3 納米復(fù)合材料PMo_(12-n)V_n/PANI/MWNTs的電化學(xué)性能研究64-68
• 3.7 小結(jié)68-70
• 第四章 結(jié)論70-72
• 參考文獻72-78
• 致謝78-80
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-82
• 作者和導(dǎo)師簡介82-83
• 附件83-84

【共引文獻】

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本文編號：594223