本文關(guān)鍵詞： 過渡金屬氧族化合物 液相制備 電化學(xué)性能　出處：《內(nèi)蒙古大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：特定組成結(jié)構(gòu)的功能納米材料在生物、能源、電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,選擇理想材料、控制其組成與結(jié)構(gòu)、研究其形成機(jī)制一直是材料與化學(xué)領(lǐng)域重要的研究方向。過渡金屬化合物具有較高理論容量,作為鋰離子電池和超級(jí)電容器電極材料受到廣泛的研究關(guān)注。本論文以過渡金屬化合物為研究對象,利用液相合成的方法,可控制備了一系列新型結(jié)構(gòu)納米材料,研究了其微納結(jié)構(gòu)形成機(jī)制及其在超級(jí)電容器或鋰離子電池中的應(yīng)用性能。論文主要內(nèi)容包括:1.采用水熱合成和加熱后處理的方法可控制備了介孔和花束結(jié)構(gòu)的納米鈷酸鎳材料,在材料結(jié)構(gòu)表征和超級(jí)電容器性能測試基礎(chǔ)上,探討了材料結(jié)構(gòu)和性能之間的構(gòu)效關(guān)系,結(jié)果表明,與花束結(jié)構(gòu)鈷酸鎳相比,介孔鈷酸鎳具有更優(yōu)異的比電容量及穩(wěn)定性,在放電電流密度為2,4,6,8和10A-1時(shí),其比容量分別為1619,1 1114,780,648和571 Fg-1。6 Ag-1電流密度進(jìn)行1000次循環(huán)充放電測試后其比容量保持率可達(dá)98%,說明有效的介孔結(jié)構(gòu)是介孔鈷酸鎳高比電容量和良好穩(wěn)定性的關(guān)鍵。2.利用極性溶劑摻雜的方法可控制備了海膽結(jié)構(gòu)、花瓣結(jié)構(gòu)、管結(jié)構(gòu)、立方結(jié)構(gòu)的NiCo_2S_4納米材料。三電極測試體系對不同形貌NiCo_2S_4超級(jí)電容器性能測試結(jié)果表明:管狀結(jié)構(gòu)NiCo_2S_4具有最優(yōu)異的電化學(xué)活性和儲(chǔ)能效果,在電流密度為3,4,6,8和10 Ag-1時(shí),比電容量分別為1048,868,750,620,525 Fg-1;在10 A g-1的電流密度下,5000次循環(huán)測試后可以保持75.9%初始容量。材料結(jié)構(gòu)分析與機(jī)理探討證明,管狀結(jié)構(gòu)NiCo_2S_4比表面積大,中空結(jié)構(gòu)有利于電解液滲透,增加電極材料與電解液之間的接觸面積,實(shí)現(xiàn)高電流密度下電子及離子的快速遷移,加快氧化還原反應(yīng)速度,從而呈現(xiàn)出較高的超級(jí)電容器性能。3.以溶劑熱法合成了空心海膽結(jié)構(gòu)的鎳、鈷二元硫化物前驅(qū)體,離子交換反應(yīng)得到NiCo_2S_4/Ni_xCo_(9-x)S_8二元硫化物,聚多巴胺包覆和高溫碳化后得到N摻雜碳包覆的二元硫化物(Ni_xCo_(9-x)S_8@C)。三電極體系電化學(xué)性能測試表明:Ni_xCo_(9-x)S_8@C相對于NiCo_2S_4/Ni_xCo_(9-x)S_8具有更加優(yōu)越的電容性能,其在電流密度為2 Ag-1,3Ag-1,4Ag-1,5 Ag-1,6Ag-1,8Ag-1 時(shí),比電容分別為 1404,1200,1147,1138,1000 Fg-1及580 Fg-1,并且2000次循環(huán)充放電后,總?cè)萘炕颈３植蛔?表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。優(yōu)異的電化學(xué)性能證明N摻雜碳包覆和空心海膽結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)更有益于增加材料導(dǎo)電性、縮短電子與離子擴(kuò)散路徑,加快電極電化學(xué)反應(yīng),提高材料電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。4.以SiO_2微球?yàn)槟０?水熱法制備了尺寸分布均勻的MoS_2包覆的碳空心微球,以其為電極材料,研究了其電化學(xué)儲(chǔ)能性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn):MoS_2包覆的碳空心微球在100 mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后其鋰電容量仍保持在750 mAh g-1;而在2 A g-1的電流密度下鋰電容量可以達(dá)到349 mAh g-1。這些結(jié)果表明MoS_2包覆的碳空心微球在電化學(xué)儲(chǔ)能方面比傳統(tǒng)二維MoS_2納米片具有更加突出的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)勢。5.利用熱注入的方法在油相體系中合成了尺寸約100nm的六邊形SnSSe納米片,通過二次生長在其表面實(shí)現(xiàn)了 Fe_2O_3沉積,得到Fe_2O_3/SnSSe復(fù)合材料。在材料組成、結(jié)構(gòu)與形貌分析表征的基礎(chǔ)上,分別將Fe_2O_3/SnSSe和SnSSe納米片用作鋰離子電池負(fù)極材料,結(jié)果發(fā)現(xiàn),Fe_2O_3/SnSSe納米片具有優(yōu)越的鋰電性能,可在電流密度100 mA g-1時(shí)保持919 mAh g-1的容量,且在200 mA g-"循環(huán)100次后容量仍保持755 mAh g-1。此外,這項(xiàng)工作為合成其他硫硒化合物及研究他們的鋰電特性提供了新的思路。
[Abstract]:The energy function of nano materials in biological specific structure, and has wide application fields such as electronics, ideal material, control its composition and structure, study the formation mechanism has been an important research direction of materials and chemical fields. Transition metal compounds have high theoretical capacity, as a lithium ion battery and super capacitor electrode materials by extensive research attention. In this paper, transition metal compounds as the research object, using the method of liquid phase synthesis, controlled synthesis of a series of novel nanostructured materials, studied the micro nano structure and formation mechanism in super capacitor or lithium ion battery application performance. The main content of this thesis includes: 1. using the method hydrothermal synthesis and postprocessing of nano heating NiCo2O4 mesoporous material and structure of the bouquet preparation, test based on material characterization and properties of super capacitor And discussed the structure-activity relationship between the structure and properties of materials. The results showed that compared with the bouquet structure NiCo2O4, mesoporous cobalt nickel is more excellent than the electric capacity and stability, the discharge current density of 2,4,6,8 and 10A-1, the specific capacity were 1114780648 1619,1 and 571 Fg-1.6 Ag-1 current density 1000 cycles after the charge discharge tests than the capacity retention rate of 98%, indicating the mesoporous structure is the key to effective.2. mesoporous cobalt nickel high specific capacitance and good stability can be controlled by sea urchin structures through the method of polar solvent doping, petal structure, tube structure, NiCo_2S_4 nano materials with cubic structure. The three electrode test system show that the test results of different morphologies of NiCo_2S_4 super capacitor performance: NiCo_2S_4 tubular structure has excellent electrochemical activity and the effect of energy storage, when the current density is 3,4,6,8 and 10 Ag-1, than A capacitance of 1048868750620525 Fg-1 respectively; the current density of 10 A g-1, 5000 cycles after the test can keep 75.9% of the initial capacity. To investigate the proof analysis and mechanism of material structure, NiCo_2S_4 tubular structure with large specific surface area, the hollow structure facilitates the electrolyte permeability, increase the contact area between the electrode and electrolyte materials, to achieve rapid migration ion electron and high current density, accelerate the oxidation reduction reaction speed, thus showing a super capacitor high performance.3. by solvothermal synthesis of the hollow structure of the sea urchin nickel, cobalt two sulfide precursor, ion exchange reaction of NiCo_2S_4/Ni_xCo_ (9-x) S_8 two element sulfide, polydopamine coating and high temperature carbonization after the two yuan N sulfide doped carbon coated (Ni_xCo_ (9-x) S_8@C). The electrochemical properties of three electrode system testing showed that Ni_xCo_ (9-x) S_8@C for NiCo_2S_4/Ni_xCo _ (9-x) S_8 has superior capacitive performance, the current density is 2 Ag-1,3Ag-1,4Ag-1,5 Ag-1,6Ag-1,8Ag-1, respectively 14041200114711381000 Fg-1 and 580 Fg-1 capacitance, and 2000 cycles, the total capacity remained unchanged, showing good stability through the ring. Excellent electrochemical performance of N doped carbon coating and proof the hollow structure of the synergistic effect of sea urchin is beneficial to the increase of electrical conductivity, shorten the electron and ion diffusion path, accelerating electrode electrochemical reaction, enhance the electrochemical activity and stability of.4. SiO_2 microspheres as template, hollow carbon microspheres with uniform size distribution of MoS_2 coating prepared by hydrothermal method, the electrode material, the research the electrochemical performance, results showed that carbon hollow microspheres coated with MoS_2 at a current density of 100 mA g-1 after 100 cycles under the lithium capacity remains at 750 m Ah g-1; in the current density of 2 A g-1 lithium capacity can reach 349 mAh g-1. these results indicate that the carbon coated MoS_2 hollow microspheres can have a more prominent method of structure and performance advantages of.5. using thermal injected hexagonal nano SnSSe size of about 100nm synthesis in the oil phase than the traditional two-dimensional MoS_2 nano film in electrochemical storage, by two growth in its surface to achieve the Fe_2O_3 deposition, Fe_2O_3/SnSSe composites. The material composition, structure and morphology analysis and characterization, respectively Fe_2O_3/SnSSe and SnSSe nanosheets as anode materials for lithium ion batteries, found that lithium Fe_2O_3/SnSSe nanosheets have superior performance, can maintain 919 mAh g-1 capacity at a current density of 100 mA g-1, and mA in 200 g- after 100 cycles the capacity remains 755 mAh g-1. in addition, the work for the synthesis of other sulfur selenide Complexes and provides a new way to study their properties of lithium.

【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;O646

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本文編號(hào)：1517496