過渡金屬化合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及儲能與轉(zhuǎn)化機理研究
發(fā)布時間：2021-03-23 08:32
現(xiàn)今社會能源壓力越來越大,傳統(tǒng)的化石能源伴隨著日益膨脹的需要顯得捉襟見肘,而由化石能源所引發(fā)的一系列環(huán)境污染問題也受到全球各國的關(guān)注。因此開發(fā)新型,可持續(xù)供應(yīng),并且無污染或者污染危害小的能源迫在眉睫。鋰硫電池作為新興的儲能器件是其中的佼佼者,因為其自身的高能量密度以及理論比容量還有親民的價格,是滿足人類生活需求的重要候選。而氫氣也作為一種新興能源,由于反應(yīng)產(chǎn)物是水,滿足了新型能源無污染的條件,未來也具有相當大的開發(fā)潛力。二者都涉及到電化學部分,如何在電化學過程中促進反應(yīng)的催化轉(zhuǎn)換,是如今研究的方向之一。異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在能源,電化學催化等研究地帶都有著優(yōu)秀的表現(xiàn)。通過對異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的各相設(shè)計以及界面合成,可以加速電子或者離子的運輸及轉(zhuǎn)換。而通過過渡金屬的可塑特征,合成過渡金屬化合物的異質(zhì)結(jié)構(gòu),理論上對電化學轉(zhuǎn)化具有極好的催化結(jié)果。本論文的主要目的是合成出過渡金屬化合物異質(zhì)結(jié)構(gòu),并對其催化轉(zhuǎn)換的機理進行研究。本論文的主要內(nèi)容如下:（1）MnP4/Mn3O4異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于鋰硫電池正極性能研究本文中首先制備了氮磷共摻雜的多孔碳,并且...
【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰硫電池的工作原理示意圖
第一章緒論4圖1.2（a）TEM和（b，c）帶有FFT模式插圖的WO3納米板的HRTEM圖像。（d）帶有FFT模式的WO3-x納米板的TEM和（e，f）HRTEM圖像。Figure1.2StructuralcharacterizationsofWO3andoxygen-deficientWO3(WO3-x)nanoplatespreparedbyheatingWO3inhydrogenat500°C.(a)TEMand(b,c)HRTEMimagesofWO3nanoplateswithaninsetoftheirFFTpatterns.(d)TEMand(e,f)HRTEMimagesofWO3-xnanoplatewithaninsetoftheirFFTpatterns.Fang等人設(shè)計和制備了一種獨特的夾心型C@TiO2@C中空球[20]，在這種獨特的結(jié)構(gòu)中，充當硫載體的中間層TiO2層可以通過TiO2與多硫化物之間的化學鍵有效地捕獲多硫化物，而夾心型C@TiO2@C結(jié)構(gòu)可以舒緩反應(yīng)過程中的硫占據(jù)空間變化。此外，內(nèi)層和最外層的碳層可提供有效的三維（3D）導電網(wǎng)絡(luò)，以改善硫陰極的電子導電性，同時進一步抑制多硫化物的溶解。得益于該多相材料獨特的形貌結(jié)構(gòu)和出色的導電性，具有76.4％硫含量的C@TiO2@C雜化中空微球在0.2C的倍率下可提供1247.3mAhg-1的高放電比容量以及優(yōu)異的庫侖效率（96％），在0.5C時保持300次循環(huán)的放電容量為741.3mAhg-1，在2C時保持500次循環(huán)的放電比容量為511mAhg-1，遠遠優(yōu)于作為對比的TiO2-S和C@C-S電極。
第一章緒論5圖1.3示意性地說明了夾層型C@TiO2@C-S微球的制備方法及其在Li–S電池正極材料中的應(yīng)用。Figgure1.3Aschematicillustrationoftheprocedureforthepreparationofsandwich-typeC@TiO2@C–SmicrospheresandtheirapplicationascathodematerialsforLi-Sbatteries.Zhou等人制備了孿生的TiO2-TiN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)結(jié)合了高吸附性TiO2和導電TiN的優(yōu)點，并實現(xiàn)了界面上LiPS的平穩(wěn)捕集-擴散-轉(zhuǎn)化[21]。TiO2對LiPS具有很高的吸附力，而TiN促進了它們向不溶性Li2S的轉(zhuǎn)化。LiPS從TiO2到TiN的快速擴散有助于實現(xiàn)高捕集效率和快速轉(zhuǎn)化。這是比較早發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu)分工合作促進鋰硫電池反應(yīng)的工作。通過將這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)加載到充當物理屏障的石墨烯上，可以在隔板上形成致密且薄的涂層，即使在高硫負載下，LiPS穿梭也受到很大抑制。在0.3C的低電流密度下，經(jīng)過300次循環(huán)后的容量為927mAhg-1。在2000次循環(huán)中，硫負荷分別為3.1和4.3mgcm-2時，在1C下的容量保持率分別達到73％和67％。
本文編號：3095503
【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰硫電池的工作原理示意圖
第一章緒論4圖1.2（a）TEM和（b，c）帶有FFT模式插圖的WO3納米板的HRTEM圖像。（d）帶有FFT模式的WO3-x納米板的TEM和（e，f）HRTEM圖像。Figure1.2StructuralcharacterizationsofWO3andoxygen-deficientWO3(WO3-x)nanoplatespreparedbyheatingWO3inhydrogenat500°C.(a)TEMand(b,c)HRTEMimagesofWO3nanoplateswithaninsetoftheirFFTpatterns.(d)TEMand(e,f)HRTEMimagesofWO3-xnanoplatewithaninsetoftheirFFTpatterns.Fang等人設(shè)計和制備了一種獨特的夾心型C@TiO2@C中空球[20]，在這種獨特的結(jié)構(gòu)中，充當硫載體的中間層TiO2層可以通過TiO2與多硫化物之間的化學鍵有效地捕獲多硫化物，而夾心型C@TiO2@C結(jié)構(gòu)可以舒緩反應(yīng)過程中的硫占據(jù)空間變化。此外，內(nèi)層和最外層的碳層可提供有效的三維（3D）導電網(wǎng)絡(luò)，以改善硫陰極的電子導電性，同時進一步抑制多硫化物的溶解。得益于該多相材料獨特的形貌結(jié)構(gòu)和出色的導電性，具有76.4％硫含量的C@TiO2@C雜化中空微球在0.2C的倍率下可提供1247.3mAhg-1的高放電比容量以及優(yōu)異的庫侖效率（96％），在0.5C時保持300次循環(huán)的放電容量為741.3mAhg-1，在2C時保持500次循環(huán)的放電比容量為511mAhg-1，遠遠優(yōu)于作為對比的TiO2-S和C@C-S電極。
第一章緒論5圖1.3示意性地說明了夾層型C@TiO2@C-S微球的制備方法及其在Li–S電池正極材料中的應(yīng)用。Figgure1.3Aschematicillustrationoftheprocedureforthepreparationofsandwich-typeC@TiO2@C–SmicrospheresandtheirapplicationascathodematerialsforLi-Sbatteries.Zhou等人制備了孿生的TiO2-TiN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)結(jié)合了高吸附性TiO2和導電TiN的優(yōu)點，并實現(xiàn)了界面上LiPS的平穩(wěn)捕集-擴散-轉(zhuǎn)化[21]。TiO2對LiPS具有很高的吸附力，而TiN促進了它們向不溶性Li2S的轉(zhuǎn)化。LiPS從TiO2到TiN的快速擴散有助于實現(xiàn)高捕集效率和快速轉(zhuǎn)化。這是比較早發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu)分工合作促進鋰硫電池反應(yīng)的工作。通過將這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)加載到充當物理屏障的石墨烯上，可以在隔板上形成致密且薄的涂層，即使在高硫負載下，LiPS穿梭也受到很大抑制。在0.3C的低電流密度下，經(jīng)過300次循環(huán)后的容量為927mAhg-1。在2000次循環(huán)中，硫負荷分別為3.1和4.3mgcm-2時，在1C下的容量保持率分別達到73％和67％。
本文編號：3095503
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