本文選題：過渡金屬硫化物 + 電化學　； 參考：《鄭州大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境污染的加劇,人們致力于研究新型電能儲存設備。近年來,電化學超級電容器由于其獨特的優(yōu)勢,而引起了廣泛的關注。一般來說,超級電容器的電極材料可分為三類:碳材料、導電聚合物、過渡金屬化合物。其中,過渡金屬化合物不僅可以依靠靜電吸附儲存電荷,也可以在電極材料與電解液間發(fā)生法拉第反應。因此,過渡金屬化合物成作為超級電容器電極材料引起了大量研究。在這些過渡金屬化合物中,二氧化釕由于具有寬的電壓窗,高度可逆的氧化還原反應而被廣泛研究。但是高昂的成本限制了商業(yè)化應用。因此,一些來源于Mn、Co、Ni等的一些低成本過渡金屬化合物成為優(yōu)先考慮的代替者。另一方面,糖尿病已成為全球最大危害人類健康之一的疾病。血糖值是這種疾病的代表性特征。為了測定血糖值,葡萄糖傳感器的研究得到了極大的鼓舞。由于基于酶的傳統(tǒng)葡萄糖傳感器具有一些缺點如穩(wěn)定性低、成本高,因此,科研工作者投入了大量的精力發(fā)展低成本、高靈敏度、且具有高選擇性的無酶葡萄糖傳感器。近年來,納米結構材料已經(jīng)在電化學領域引起了廣泛關注,其在電化學傳感器中的應用主要是利用納米結構改性電極的催化能力,可以降低反應的過電位,并使得其在動力學上更加容易進行,提高氧化還原反應的可逆性。據(jù)此,本論文主要圍繞過渡金屬硫化物納米材料的設計合成,電極設計及液相、固相超級電容器和無酶葡萄傳感器的構筑開展了一些研究。具體內(nèi)容如下:(1)通過簡單低成本的一步溶劑熱法合成三元Cu-Co硫化物,CuCo_2S_4,其平均尺寸為20-60nm。電化學測試結果表明,CuCo_2S_4納米材料在3 mol dm~(-3) KOH電解液中表現(xiàn)出卓越的電化學性能。1 Ag~(-1)時電流密度比電容達到443.7 Fg~(-1),經(jīng)過10000次的循環(huán)充放電測試后電容保持率為83.8%。更重要的是,以CuCo_2S_4材料和活性炭分別制作成電容器的正極和負極并組裝成不對稱超級電容器具有高的面電容,在3 mA cm~(-2)電流密度下,其面電容達到274.5 mF cm~(-2),經(jīng)過5000圈在不同電流密度的恒電流充放電測試后,該不對稱設備電容保持率為94.7%。而且,組裝的超級電容器可以充電然后放電來驅動各種電子元件。(2)將CuCo_2S_4材料與活性炭分別作為超級電容器的正、負極活性材料,泡沫鎳作為集流體,聚乙烯醇/KOH作為電解質(zhì),組裝了全固態(tài)不對稱超級電容器CuCo_2S_4//AC,并通過循環(huán)伏安和恒電流充放電研究其電化學性能。電化學測試結果表明,該全固態(tài)不對稱CuCo_2S_4//AC超級電容器的電壓窗口可以達到0-1.4V,在3 mA cm~(-2)的電流密度下,比電容為42.7 Fg~(-1)。當能量密度為11.5Wh kg~(-1)時,功率密度為281.3W kg~(-1)。為了對比又組裝了全固態(tài)對稱超級電容器CuCo_2S_4//CuCo_2S_4。(3)CuCo_2S_4納米粒子具有大的比表面積、高的表面活性和催化效率,其可以作為葡萄糖氧化的電催化劑。因此,以合成的CuCo_2S_4納米顆粒為活性材料,利用全氟磺酸(Nafion)將其固定到玻碳電極(GCE)表面,從而構建了一種基于CuCo_2S_4/Nafion/GCE的無酶葡萄糖傳感器。通過循環(huán)伏安法、計時電位法測試了各種影響因素,如pH、活性物質(zhì)的負載量和工作電位。在優(yōu)化的實驗條件下,該傳感器對葡萄糖的靈敏度為21.46μA cm~(-2) m M~(-1),線性范圍為0.05~0.8mmol L~(-1),檢出限為9.54μM(S/N=3)。。(4)通過簡單有效且沒有使用任何表面活性劑的溶劑熱法成功合成了具有高長徑比NiS納米線陣列。該泡沫鎳支撐的NiS納米線陣列作為無粘合劑的電極,表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學性能,在3 mol dm~(-3) KOH電解質(zhì)溶液中,20 mA cm~(-2)的電流密度下,其比電容達到10.3 F cm~(-2),并且具有好的倍率性和循環(huán)穩(wěn)定性(在8000圈循環(huán)后電容保持79.0%)
[Abstract]:In recent years , nano - structured materials have been widely studied in the field of electrochemical sensors . The electrochemical properties of CuCo _ 2S _ 4 / / CuCo _ 2S _ 4 are studied by cyclic voltammetry and chronopotenPotential . The results show that the CuCo _ 2S _ 4 / / AC super - capacitor has a higher specific surface area and a higher surface activity and catalytic efficiency . The results show that the CuCo _ 2S _ 4 / / AC super capacitor has a specific surface area , a linear range of 0.05 - 0.8 mmol L ~ ( -1 ) , and a detection limit of 9.54 渭M ( S / N = 3 ) .
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM53

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本文編號：1953988