本文關(guān)鍵詞：Co_xS_y及其納米復(fù)合物的制備及在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： Co_9S_8 石墨烯 納米復(fù)合材料 鋰離子電池 光催化

【摘要】：先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備(包括燃料電池、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池和超級(jí)電容器)在緩解我們目前面臨的能源與環(huán)境危機(jī)方面發(fā)揮重要作用。而ECS設(shè)備的優(yōu)劣很大程度上取決于其所用的材料。最新進(jìn)展表明,納米過(guò)渡金屬硫化物由于具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、機(jī)械和熱穩(wěn)定性以及循環(huán)性等特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)而成為有廣泛應(yīng)用前景的高效ECS材料。其中,鈷的硫化物存在不同的化學(xué)計(jì)量比,如Co1-xS、CoS2、Co3S4和Co_9S_8等,因此具有豐富的結(jié)構(gòu)化學(xué)屬性和廣泛的用途而備受關(guān)注。本文在不使用模板和表面活性劑的情況下通過(guò)溶劑熱法在乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶劑中合成出直徑約為1μm的Co_9S_8空心球。并通過(guò)XRD、SEM、EDS、TEM對(duì)Co_9S_8空心球進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌的表征。通過(guò)研究溶劑體積比、鈷鹽種類(lèi)和比例、硫源的種類(lèi)和比例以及反應(yīng)時(shí)間對(duì)Co_9S_8空心球形成的影響,提出了Co_9S_8空心球的生長(zhǎng)機(jī)理。所制得的Co_9S_8空心球作為鋰離子電池負(fù)極電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.1 C的電流密度下首次放電容量和充電容量分別高達(dá)1050 mAh/g和591mAh/g,循環(huán)75次后,仍保留650 mAh/g的可逆容量。在0.1 C-2 C的電流密度下循環(huán)后仍然保留600 mAh/g的可逆容量,展示出優(yōu)異的循環(huán)性能和高倍率性能。在合成Co_9S_8空心球的基礎(chǔ)上,成功制備出Co_9S_8/rGO納米復(fù)合材料。此復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極電極材料在0.1C的電流密度下首次放電容量和充電容量分別高達(dá)1690 mAh/g和1210 mAh/g,循環(huán)75次后,仍保留1110 mAh/g的可逆容量。在0.1 C-2 C的電流密度下循環(huán)后仍然保留760 mAh/g的可逆容量。此外,用陽(yáng)離子交換方法制備出表面插片狀的Co3S4/CuS空心球體(~1μm),用回流法制備出CoNi2S4/NiS空心球(~300 nm)。研究發(fā)現(xiàn)Co與Cu或Ni的加料比對(duì)相應(yīng)復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)有顯著的影響。最后,研究了Co_9S_8空心球、Co_9S_8/rGO和Co3S4/CuS三種材料的光催化性能。光照90分鐘后,Co3S4/CuS、Co_9S_8/rGO和Co_9S_8的脫色率分別是99.8%、97.3%和85.6%。Co3S4/CuS和Co_9S_8/rGO表現(xiàn)出較Co_9S_8更優(yōu)異的催化性能。
【關(guān)鍵詞】：Co_9S_8 石墨烯 納米復(fù)合材料 鋰離子電池 光催化
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 過(guò)渡金屬硫化物的合成方法12-15
• 1.2.1 模板技術(shù)12-13
• 1.2.2 水熱法13
• 1.2.3 溶劑熱法13-14
• 1.2.4 混合溶劑熱14
• 1.2.5 多元硫化物的合成方法14-15
• 1.3 過(guò)渡金屬硫化物在ECS中的應(yīng)用15-22
• 1.3.1 鋰離子電池15-18
• 1.3.2 超級(jí)電容器18-19
• 1.3.3 燃料電池19
• 1.3.4 太陽(yáng)能電池19-20
• 1.3.5 電催化水分解20-21
• 1.3.6 光催化21-22
• 1.4 Co_xS_y的研究進(jìn)展22-26
• 1.4.1 納米Co_xS_y的制備23-24
• 1.4.2 Co_xS_y及其復(fù)合材料在ECS領(lǐng)域的研究進(jìn)展24-26
• 1.4.3 Co_xS_y及其復(fù)合材料在光催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展26
• 1.5 課題研究的主要內(nèi)容和選題依據(jù)26-28
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分28-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備29
• 2.3 材料的表征29-30
• 2.3.1 X射線(xiàn)粉末衍射儀（XRD）29
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）-能量色散譜儀（EDS）29-30
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）30
• 2.3.4 X-射線(xiàn)光電子能譜儀（XPS）30
• 2.3.5 拉曼光譜儀（Raman）30
• 2.3.6 比表面和孔徑分布分析儀（BET）30
• 2.4 電化學(xué)性能測(cè)試30-32
• 2.4.1 電極片的制備30-31
• 2.4.2 扣式電池的組裝31
• 2.4.3 交流阻抗測(cè)試（EIS）31
• 2.4.4 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）31
• 2.4.5 充放電性能測(cè)試31-32
• 2.5 光催化性能測(cè)試32-33
• 第3章 Co_9S_8納米空心球的合成及電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能研究33-51
• 3.1 引言33-34
• 3.2 Co_9S_8納米空心球的制備34
• 3.3 結(jié)果與結(jié)論34-50
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)與形貌的表征34-37
• 3.3.2 反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物形貌的影響37-41
• 3.3.3 形成機(jī)理41-44
• 3.3.4 電化學(xué)性能表征44-50
• 3.4 小結(jié)50-51
• 第4章 Co_9S_8/石墨烯納米復(fù)合材料的合成及儲(chǔ)鋰性能研究51-60
• 4.1 引言51-52
• 4.2 Co_9S_8/rGO納米復(fù)合材料的制備52-53
• 4.2.1 氧化石墨烯的制備52
• 4.2.2 Co_9S_8/rGO納米復(fù)合材料的制備52-53
• 4.3 結(jié)果與討論53-59
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)與形貌的表征53-56
• 4.3.2 電化學(xué)性能表征56-59
• 4.4 小結(jié)59-60
• 第5章 Co_9S_8空心球復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究60-70
• 5.1 引言60-61
• 5.2 Co-Cu-S復(fù)合材料的制備61
• 5.3 Co-Ni-S復(fù)合材料的制備61-62
• 5.4 結(jié)果與討論62-69
• 5.4.1 Co-Cu-S復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與形貌表征62-64
• 5.4.2 原料比對(duì)Co-Cu-S復(fù)合材料形貌和結(jié)構(gòu)的影響64-65
• 5.4.3 原料比對(duì)Co-Ni-S復(fù)合材料形貌和結(jié)構(gòu)的影響65-67
• 5.4.4 光催化性能表征67-69
• 5.5 小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-87
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單87-88
• 致謝88

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