蛋白輔助合成過渡金屬硫化物及儲能性能研究

發(fā)布時間：2020-11-03 21:01

　　能源和環(huán)境問題是人類21世紀以來面臨的兩大難題,已經(jīng)嚴重制約了社會的可持續(xù)發(fā)展。其中環(huán)境問題的根源也在于人類對能源持續(xù)增長的需求。開發(fā)新技術(shù)、發(fā)展新能源以及新型儲能器件成為了人們關(guān)注的焦點之一,超級電容器是一種環(huán)境友好、儲能性能優(yōu)越的能源存儲與轉(zhuǎn)換系統(tǒng),與其他的儲能系統(tǒng)(電池、傳統(tǒng)的電容器等)相比,超級電容器的儲能性能優(yōu)越,具有循環(huán)壽命長、充放電迅速、運行安全等優(yōu)點,在電動汽車、軍事設(shè)備、電子設(shè)備等領(lǐng)域得到普遍的應用。其中電極材料作為能量存儲器件的重要構(gòu)成部分,極大地影響著儲能器件的電荷存儲性能。尋找和開發(fā)高性能的電極材料是科學研究者長期以來孜孜不倦的追求,是實現(xiàn)我國儲能器件的長足發(fā)展的關(guān)鍵。截至目前,在儲能方面得到普遍研究并成功應用的電極材料主要有碳材料(碳納米管、碳納米纖維等)、導電聚合物(聚吡咯等)和過渡金屬化合物(氧化物、氮化物等)。在上述三類材料中,碳基材料在雙電層電容器的電極材料中得到廣泛應用,但碳基材料在儲能(比電容和比能量等)方面存在不足,阻礙了其在儲能領(lǐng)域中的大規(guī)模應用;導電聚合物(聚吡咯、聚噻吩等)和過渡金屬化合物(氧化物、磷化物等)是一類贗電容材料,主要是通過電極發(fā)生氧化還原反應來存儲與釋放電荷的,在儲能方面的性能比碳基材料顯著。導電聚合物與硫化物相比,導電聚合物在電解質(zhì)溶液中離子會重復的嵌入和脫出,將引起材料體積的膨脹和收縮,使材料的儲能性能降低,因此,導電聚合物材料在循環(huán)壽命方面存在不足。過渡金屬化合物(氧化物、磷化物等)相對也存在不足之處,但在儲能和循環(huán)性能方面都有其獨特的優(yōu)勢,因此過渡金屬化合物(氧化物、磷化物等)是目前研究工作者們普遍關(guān)注的、有發(fā)展前景的一類性能優(yōu)越的儲能材料。在過渡金屬化合物中(氧化物、磷化物、硫化物等),因金屬硫化物的組成多變,表現(xiàn)出良好的導電性,在儲能器件中的電化學性能優(yōu)異。已經(jīng)報道的合成金屬硫化物的方法有很多,如沉積法、溶膠-凝膠法等。仿生法是一種在室溫條件下,水體系中進行合成的,是環(huán)境友好的合成技術(shù),并且合成的材料形貌尺寸均勻、晶型易于控制、材料的性能優(yōu)異等優(yōu)點,因此仿生法是合成性能優(yōu)異的納米材料的一種具有發(fā)展前景的新方法。本文的工作主要是采用蛋白輔助水熱合成金屬硫化物,并對產(chǎn)物的性能進行測試,現(xiàn)將本工作主要內(nèi)容述諸如下:1、蛋白輔助水熱法合成MoS_2材料及電化學儲能性能研究采用BSA輔助在溫度200℃、反應時間12 h條件下水熱合成MoS_2微球,探索了水熱時間、原料比對合成MoS_2材料形貌的影響,討論了產(chǎn)物MoS_2的生長過程。通過三電極系統(tǒng),對產(chǎn)物MoS_2進行性能表征,測試結(jié)果表明,與其他的合成技術(shù)相比,此方法合成材料的性能優(yōu)異,電容值為136.25 F/g(1 A/g),循環(huán)壽命高達10000次。2、蛋白輔助水熱法合成孔狀結(jié)構(gòu)NiS_2納米材料及電化學儲能性能研究采用BSA輔助下水熱合成多孔NiS_2,通過系列表征對合成的產(chǎn)物NiS_2進行分析,此材料為小顆粒堆積的多孔納米球,并且材料的表面性能優(yōu)異。通過做不同的水熱時間實驗,研究了對其產(chǎn)物NiS_2形貌的影響,由表征結(jié)果確定最佳水熱時間。并對所合成的產(chǎn)物進行三電極系統(tǒng)測試,由性能結(jié)果可知,多孔NiS_2是一種贗電容材料,表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能,電容值為1454 F/g,在高電流密度下(10 A/g),比電容還能保持較高的數(shù)值,為738 F/g,說明合成的NiS_2材料儲能性能較好。
【學位單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O611.4
【部分圖文】：

數(shù)據(jù)圖,儲量,資源匱乏,新型能源