發(fā)布時間：2018-05-11 11:06

  本文選題：氧化鎳 + 納米結(jié)構(gòu)�。� 參考：《重慶大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：氧化鎳是一種重要的p型半導(dǎo)體材料,帶隙能量在3.6-4.0 e V之間。氧化鎳具備優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性,被許多科研工作者所關(guān)注,尤其是結(jié)構(gòu)以及功能方面的研究和表征。在眾多合成方法中,水熱合成法作為一種非常便利,廉價以及用于大規(guī)模生產(chǎn)納米材料的手段可以人為地控制合成多種形貌的納米氧化鎳。由于納米氧化鎳的形貌具有可調(diào)性,它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于電化學(xué)以及氣敏等領(lǐng)域。然而,普通的納米氧化鎳形貌所具有的比表面積往往很小,而且本身的導(dǎo)電性很差,這些不良因素限制了它的電化學(xué)以及氣敏性能。為了改進(jìn)并提升氧化鎳這種半導(dǎo)體材料的性能,設(shè)計并且制備擁有超大比表面積的獨(dú)特納米結(jié)構(gòu)是非常有必要的。此外,以氧化鎳為基礎(chǔ),與其他金屬氧化物形成的二元復(fù)合氧化物,如鈷酸鎳、鉬酸鎳等等,將具有更好的導(dǎo)電性從而可以作為增強(qiáng)電化學(xué)以及氣敏性能的優(yōu)選材料。使用了水熱法控制合成多種獨(dú)特納米結(jié)構(gòu)的氧化鎳及其復(fù)合物。對于這一系列制備得到的最終產(chǎn)物,諸多先進(jìn)的電子顯微鏡被用于表征它們的結(jié)構(gòu)。通過結(jié)構(gòu)表征,具有高品質(zhì)的產(chǎn)物將被制作成為相應(yīng)的器件,分別以電極材料和氣敏傳感器進(jìn)行電化學(xué)以及氣敏性能測試。成功合成了低維的氧化鎳納米結(jié)構(gòu)包括一維的納米線和二維的納米片。對于氧化鎳納米線,二水草酸鎳在此作為其煅燒前的前驅(qū)體。在反應(yīng)的過程中,乙二醇和聚乙二醇這兩種表面活性劑的添加與否直接影響到最終這種長且分散的氧化鎳納米線能否成功得到。通過控制水熱時氨水的濃度(p H值),成功合成規(guī)則且均勻分布的氧化鎳六邊形納米片�；诰w結(jié)構(gòu)和電鏡表征,本文對于這種形狀規(guī)則均一的六邊形氧化鎳納米片的生長機(jī)理進(jìn)行了討論,從理論上闡述了這種結(jié)構(gòu)形成的原因。針對以上兩種氧化鎳納米結(jié)構(gòu),產(chǎn)物分別被加工制作成氣敏元件并檢測了它們對于乙醇、一氧化碳、甲苯以及氨氣等還原性氣體的敏感性、穩(wěn)定性、相應(yīng)恢復(fù)時間和選擇性。成功合成了三維氧化鎳納米結(jié)構(gòu),尤其是納米花狀,通過添加不同的表面活性劑得到多種花狀結(jié)構(gòu)。首先采用水熱法合成沒有任何摻雜的三種氧化鎳納米分層花狀結(jié)構(gòu)。適量的聚乙烯吡咯烷酮、丙三醇和溴化十六烷基三甲銨作為表面活性劑可以分別合成由片層自組裝而成的山茶花狀、玫瑰花狀和花球狀微結(jié)構(gòu)。根據(jù)形核以及晶體生長這兩個主要過程,探討了表面活性劑、反應(yīng)時間以及反應(yīng)溫度對于最終形貌的影響。此外三種不同花狀結(jié)構(gòu)的樣品都被制作成氣敏元件并用于乙醇?xì)怏w敏感性的檢測。其次,三氧化鎢摻雜的氧化鎳菊花狀納米結(jié)構(gòu)以及其潛在的氣敏性能首次在本文中進(jìn)行了詳細(xì)報道。鎢摻雜的氧化鎳、純氧化鎳以及三氧化鎢樣品均被制作成氣敏元件并用于乙醇?xì)怏w敏感性的檢測,發(fā)現(xiàn)這種三氧化鎢摻雜的氧化鎳菊花狀納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最佳的氣敏性能。同時,本文亦討論了三氧化鎢的摻雜可以增強(qiáng)氣敏性能的機(jī)理。通過真空高溫煅燒脫脂棉獲得碳纖維用作氧化鎳納米片層生長的模板。通過水熱法以及不同的熱處理方法獲得碳纖維氧化鎳核殼和氧化鎳空心管這兩種結(jié)構(gòu),并將最終產(chǎn)物加工制備成電極測試它們的電化學(xué)性能。受益于這種核殼結(jié)構(gòu),氧化鎳片層包裹碳纖維電極材料表現(xiàn)出很高的比電容(1 A g-1電流密度下具有891.1F g-1)、優(yōu)秀的大電流放電能力(20 A g-1下依然保留83.3%)以及循環(huán)穩(wěn)定性(1000次循環(huán)后保持95.43%的比電容)。這使得氧化鎳片層包裹碳纖維結(jié)構(gòu)可以作為一種很有應(yīng)用前景的高性能超級電容器材料。采用兩步水熱法設(shè)計合成鈷酸鎳以及其硫化產(chǎn)物。產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)十分特殊,在微觀下可以發(fā)現(xiàn)這些立體結(jié)構(gòu)是由片層陣列上自生長納米針而形成的。自生長的納米針可以通過控制氟化銨相對劑量的添加而控制其生長。這種硫化后的鈷酸鎳片狀陣列具有良好的導(dǎo)電性,而其表面自生長的納米針提供了非�？捎^的比表面積使得該結(jié)構(gòu)擁有優(yōu)異的電化學(xué)性能。以硫化產(chǎn)物做成的電極在15 m A cm-2的電流密度下有著2617.6 F g-1的超高比電容,且在30 m A cm-2的電流密度下依然保持2051.0 F g-1。5000次循環(huán)之后仍然保持93.2%的比電容,這種電極表現(xiàn)出的極好循環(huán)穩(wěn)定性使得它成為高性能超級電容器的首選材料。通過一步水熱法制備了水槽狀鉬酸鎳空心納米棒,并進(jìn)行了一系列物相分析、形貌表征和電化學(xué)性能測試。通過測試,這種具有100多長徑比的鉬酸鎳空心納米棒具有很高的比表面積增加了電極材料在電解液中的接觸面積。受益于這種獨(dú)特結(jié)構(gòu),鉬酸鎳空心納米棒電極材料表現(xiàn)出較高的比電容(1 A g-1電流密度下具有1102.2 F g-1),不錯的大電流放電能力(20 A g-1下依然保留64.5%)以及循環(huán)穩(wěn)定性(1000次循環(huán)后保持90%的比電容)。這使得水槽狀鉬酸鎳空心納米棒結(jié)構(gòu)可以作為一種很有應(yīng)用前景的超級電容器材料。
[Abstract]:Nickel oxide is an important p type semiconductor material with band gap energy between 3.6-4.0 E and V. Nickel oxide has excellent chemical and thermal stability. It has been paid much attention to by many researchers, especially in structure and function. In many synthetic methods, water thermocoagulation is a very convenient, cheap and large amount of use. The means of producing nanomaterials in scale can artificially control the synthesis of nanoscale nanoscale with various morphologies. Due to the tunability of the morphology of nano nickel oxide, it has been widely used in the fields of electrochemistry and gas sensing. However, the surface area of the ordinary nano nickel oxide is often very small and its electrical conductivity is very good. In order to improve and improve the properties of nickel oxide, it is necessary to design and prepare a unique nanostructure with a large specific surface area to improve and improve the properties of the semiconductor material. In addition, the two element compound oxide formed by its metal oxide based on nickel oxide, such as Nickel cobalt, nickel molybdate, and so on, will have better conductivity and can be used as the preferred material for enhanced electrochemical and gas sensing properties. Using hydrothermal method to control the synthesis of various unique nanostructures of nickel oxide and its complex. For this series of final products, many advanced electron microscopes are used to characterize them. The structure characterized by the structure characterization, the products with high quality will be made into corresponding devices, electrochemistry and gas sensitivity tests are carried out with electrode materials and gas sensors. The low dimensional nickel oxide nanostructures, including one-dimensional nanowires and two-dimensional nanometers, are successfully synthesized. The nickel oxide nanowire, two nickel hydrate nickel oxide, is successfully synthesized. In the process of the reaction, the addition of the two surfactants, ethylene glycol and polyethylene glycol, directly affects the success of this long and dispersed nickel oxide nanowire. By controlling the concentration of ammonia (P H) in the hydrothermal process, the regular and uniformly distributed nickel oxide six edges are synthesized. Based on the crystal structure and the electron microscope characterization, the growth mechanism of the hexagonal nickel oxide nanoscale with uniform shape rules was discussed. The reasons for the formation of this structure were discussed in theory. For the two kinds of nickel oxide nanostructures, the products were processed into gas sensitive components and their effects were detected. The sensitivity, stability, recovery time and selectivity of the reductive gases, such as ethanol, carbon monoxide, toluene and ammonia, have been successfully synthesized, and a variety of flower like structures are obtained by adding different surface active agents. The first three kinds of nickel oxide without any doping are synthesized by the addition of different surface active agents. An appropriate amount of polyvinylpyrrolidone, glycerol and sixteen alkyl trimethyl ammonium bromide can be used as surfactants to synthesize camellia flower shape, rose like and flower shaped microstructures, respectively. According to the two main processes of nucleation and crystal growth, the surface active agent and reaction time are discussed. And the effects of the reaction temperature on the final morphology. In addition, the samples of three different flower like structures were made into gas sensors and used for the detection of the sensitivity of ethanol gas. Secondly, the tungsten oxide doped nanostructures and their potential gas sensitivity were first reported in this article. Nickel, pure nickel oxide and tungsten trioxide samples were made into gas sensitive components and used to detect the sensitivity of ethanol gas. It was found that the NiO like nanostructure doped with tungsten oxide showed the best gas sensitivity. At the same time, this paper also discussed the mechanism of the doping of tungsten trioxide to enhance the gas sensitivity. The calcined skimmed cotton obtained carbon fibers used as a template for the growth of nanoscale layer of nickel oxide. By hydrothermal method and different heat treatment methods, the two structures of carbon fiber nickel oxide shell and nickel oxide hollow tube were obtained, and the final products were prepared to form electrodes to test their electrochemical properties. The coated carbon fiber electrode material shows a high specific capacitance (1 A g-1 current density with 891.1F g-1), excellent high current discharge capacity (20 A g-1 still retained under 83.3%) and cyclic stability (95.43% specific capacitance after 1000 cycles). This makes the nickel oxide coating carbon fiber structure as a very useful one before application. The high performance supercapacitor material. The two step hydrothermal method was used to design the synthesized nickel cobalt and its vulcanization product. The structure of the product was very special. At the microcosmic point, these three-dimensional structures were found to be self growing nanowires on the lamellar array. The self growing nanowires can be controlled by the control of the addition of the relative dosage of ammonium fluoride. The vulcanized nickel cobalt sheet array has good electrical conductivity, and the self growing nanowires on the surface provide a very considerable specific surface area that makes the structure excellent electrochemical performance. The electrode made of the vulcanized product has a 2617.6 F g-1 super high specific capacitance at the current density of 15 m A cm-2, and at 30 The current density of M A cm-2 still maintains a specific capacitance of 93.2% after 2051 F g-1.5000 cycles. The excellent cycling stability of this electrode makes it the preferred material for high performance supercapacitors. A single step hydrothermal method is used to prepare the trough like Ni nanorod nanorods, and a series of phase analysis has been carried out. The surface area of the electrode material in the electrolyte is increased by the high specific surface area of the nickel hollow nanorods with a high ratio of 100 length to diameter. The nickel hollow nanorod electrode material shows a higher specific capacitance (1 A g-1 current density). With 1102.2 F g-1), good current discharge capacity (still 64.5% under 20 A g-1) and cyclic stability (90% specific capacitance after 1000 cycles). This makes the trough like nickel hollow nanorod structure as a promising supercapacitor material.

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ138.13;TB383.1

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本文編號：1873698