本文關(guān)鍵詞： 硫化鉬 納米材料 光催化 水熱法 電容器 二維材料　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：二硫化鉬(MoS_2),作為一種半導(dǎo)體材料,因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能在太陽能、催化和電化學(xué)等領(lǐng)域具有重要的研究和應(yīng)用價值。同時,MoS_2具有特殊的類石墨烯二維層狀結(jié)構(gòu),并由三層原子組成(S-Mo-S)層間通過微弱的范德華力相連。一方面,這種二維納米片可以提供高的比表面和離子插層空間,比氧化物高的內(nèi)在離子電導(dǎo)率以及相對于石墨烯更高的理論比電容,因此MoS_2作為電容器電極材料擁有廣泛的應(yīng)用前景;另一方面,MoS_2還對光的吸收能力強,強的吸附能力,更高的反應(yīng)活性,禁帶寬度窄,使其成為一種具有潛力的光催化材料。然而,然而單純的MoS_2的導(dǎo)電能力還是低于碳基材料,而且單純的MoS_2團聚嚴(yán)重,傳導(dǎo)阻力比較大,電容量相對較小,從而導(dǎo)致其光催化與電化學(xué)性能受到了限制。為此,我們以此為切入點,采用簡單的水熱合成法,設(shè)計將MoS_2納米片層材料與其它材料進行復(fù)合,并通過加入促進相或合成三元硫化物的形式充分利用層狀MoS_2的大比表面積并提高導(dǎo)電性以及比容量,作為新型的催化以及超級電容器用的復(fù)合材料。本論文實現(xiàn)了對材料的可控合成,同時對其結(jié)構(gòu)進行了表征,并研究了其在光催化方面及在超級電容器方面的性能。主要的研究工作分為以下幾個部分:1.研究了MoS_2納米片層材料與α-Fe_2O_3納米顆粒復(fù)合的可控合成問題。首先采用簡單的一步水熱法,合成了小尺寸的、分散性好的α-Fe_2O_3納米立方。以Fe_2O_3納米立方作為模板可以在水熱的條件下協(xié)助二維MoS_2納米片層的生長,并形成Fe_2O_3納米粒子均勻地附著于二維的MoS_2納米片層上的特殊的三維分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)。同時,在反應(yīng)過程中,Fe_2O_3形成了多孔結(jié)構(gòu)并在與MoS_2接觸面上形成了一定的氧空位。復(fù)合后的α-Fe_2O_3/MoS_2催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)異的光芬頓催化效率,在10分鐘內(nèi),可以降解99%的甲基橙(30 m L,濃度20 mg/L),并在循環(huán)6次后,仍能在20分鐘內(nèi)對MO具有97%的降解率。此外催化劑還表現(xiàn)出優(yōu)異的普適性,對剛果紅和羅丹明B都具有很好的降解能力。同時,在這個實驗中,我們收集了經(jīng)六次循環(huán)催化的材料,并將它用作超級電容器的電極材料。實驗發(fā)現(xiàn),經(jīng)催化循環(huán)過程后的催化劑再利用作為電極材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。在電流密度為0.5 A g~(-1)時,回收后材料的比電容為266 F g~(-1),電化學(xué)性能優(yōu)于未利用的材料,并能在循環(huán)2000圈后保持原電容的82%。這是因為Fe_2O_3納米粒子的多孔結(jié)構(gòu)使其具有更多的電化學(xué)位點,同時縮短了離子擴散通道長度,為離子的進出提供了更多的通道,從而表現(xiàn)出較好的比電容。與此同時,在光催化過程中在材料表面形成了大量的氧空位,能夠顯著提升電容、增加活性位點、促進更快的可逆性的電荷轉(zhuǎn)移,從而得到更優(yōu)秀的電容性能。2.研究了三元硫化物Co Mo_2S_4的制備問題,采用簡單的一步水熱法合成了在還原的氧化石墨烯(RGO)上垂直生長的Co_3S_4/Co Mo_2S_4(CMS)超薄納米片(CMS-r GO)。由于Co可以成為MoS_2的促進相,所以Co的加入可以促進形成的Co_3S_4/Co Mo_2S_4接觸面間電荷的轉(zhuǎn)移,提高材料的導(dǎo)電性。有趣地是,通過對Co_3S_4/Co Mo_2S_4之間的接觸面進行模擬發(fā)現(xiàn),Co_3S_4的(111)晶面與Co Mo_2S_4的(200)晶面匹配度很高,并通過Co_3S_4面上的S離子與Co Mo_2S_4面上的Co離子連接,從而電子可以在這個接觸面上通過S-Co鍵快速地轉(zhuǎn)移。但并不是Co_3S_4面上的所有的S離子都與Co Mo_2S_4面上的Co離子連接的,即這個接觸面為半共格界面。所以在這個接觸面上存在很多的缺陷,這些未成鍵處會形成一些空位,更有利于離子的轉(zhuǎn)移,同時防止在充放電過程中體積膨脹造成的結(jié)構(gòu)破壞。更重要地是,CMS在r GO上生長,利于CMS的分散,并提供大量的電子和離子轉(zhuǎn)移通道。所以,一方面CMS內(nèi)部的協(xié)同作用有利于其擁有較好的電化學(xué)性能。另一方面,納米片的超薄特性和接觸面上豐富的缺陷都有利于電解液的滲透并提供大量的空位緩解體積膨脹造成的破壞。綜上所述,我們應(yīng)用三電極體系來測試CMS-r GO復(fù)合物作為電極材料的電化學(xué)性能。材料在電流密度是1 A g~(-1)時具有的最大比電容是1457.8 F g~(-1),并具有不錯的倍率性能,當(dāng)電流密度增大到10和20 A g~(-1)時,材料仍能保持較高的比電容833.3和657.8 F g~(-1)。同時,材料也具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在電流密度10 A g~(-1)的條件下循環(huán)2000圈后仍能保持初始比電容的97%,同時形貌基本保持不變。此外,為了研究材料的實際應(yīng)用價值,我們還以其作為正極,活性炭(AC)作為負(fù)極,KOH作為電解液來組裝了非對稱電容器。制備的非對稱電容器具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,在1 A g~(-1)時,比電容達到82.4 F g~(-1),能量密度達到33.1 Wh kg~(-1)(功率密度0.85k W kg~(-1))并能在循環(huán)5000圈后仍保持93.8%的比電容。3.論文研究了一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)-負(fù)載硫化鎳(NS)的MoS_2納米片(NMS)包覆的碳納米管的制備問題,給出了一套高效的利用葡萄糖輔助水熱法的制備方法。在反應(yīng)中,由葡萄糖提供的碳使得MoS_2納米片與碳納米管緊密地連接,同時得到了1T-2H混合相MoS_2從而提供更好的導(dǎo)電性。同時,作為MoS_2促進相的NS有效地促進了離子在界面間的轉(zhuǎn)移,同時NMS片層之間的空隙可以有效地緩沖在反應(yīng)過程中體積的變化從而提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。更重要地是,形成的彎曲糾纏的一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)相互纏繞并構(gòu)成三維多孔的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),促進電解液地擴散并提供快速的電子轉(zhuǎn)移通道。這一設(shè)計具有金屬硫化物(贗電容源于NS和MoS_2)和CNT(EDLC源于CNTs)協(xié)同作用的優(yōu)勢。因此,材料表現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學(xué)性能,在電流密度是0.5 A g~(-1)時具有的比電容是757 F g~(-1),更重要地是,NMS/CNT電極在循環(huán)2000圈后仍然可以基本保持原有電容的100%,證明了我們的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有非常好的穩(wěn)定性和可逆性。另外,我們組裝了NMS/CNT//AC非對稱電容器來研究其應(yīng)用價值,其表現(xiàn)出較高的電容在0.5 A g~(-1)時為108 F g~(-1),同時表現(xiàn)出高的能量密度0.4 k W kg~(-1)時為40 Wh kg~(-1),同時具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在循環(huán)10000圈后仍能基本保持原有電容的100%。最后,我們將兩個NMS/CNT//AC電容器串聯(lián)起來并能夠成功地將4盞紅色發(fā)光二極管(LED,1.8 V,20m A)小燈點亮,直觀的顯示了它們的實際應(yīng)用價值。
[Abstract]:This paper deals with the controllable synthesis of nano - Fe _ 2O _ 3 nanoparticles with high specific surface area , high adsorption capacity , higher reactive activity and narrow band width . This paper studies the preparation of Co _ 3S _ 4 / Co - Mo _ 2S _ 4 ( CMS ) ultra - thin nanosheets ( CMS - r GO ) grown vertically on the reduced graphene oxide ( RGO ) by a simple one - step hydrothermal method . On the other hand , by simulating the contact surface between Co _ 3S _ 4 / Co Mo _ 2S _ 4 , it is found that the maximum specific capacitance of Co _ 3S _ 4 is 1457 . 8 F g ~ ( -1 ) when the current density increases to 10 and 20 A g ~ ( -1 ) . At the same time , the structure of the two NMS / CNT / / AC capacitors can effectively buffer 100 % of the original capacitance when the current density is 0.5 A g ~ ( -1 ) . In addition , we have assembled the NMS / CNT / / AC asymmetric capacitor to make up 100 % of the original capacitance . At last , we put the two NMS / CNT / AC capacitors in series and successfully illuminate the 4 red LEDs ( LED , 1.8 V , 20m A ) small lamps .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;O643.36;O646

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;二硫化鉬的物理、化學(xué)性能及潤滑原理[J];電碳技術(shù);1977年Z1期

2 戴萃辰;脂肪族化合物的物理化學(xué)性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[J];自然雜志;1979年07期

3 何林生;;鈦白廢酸提鈧及鈧的應(yīng)用[J];杭州化工;1991年02期

4 張勇;霍慶媛;王力臻;張愛勤;宋延華;;LiFePO_4/MWNTs/BC復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能[J];熱加工工藝;2012年24期

5 杜霞;薛衛(wèi)東;劉帆;李昱樹;;n型硅/碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[J];電子元件與材料;2013年01期

6 ;鈦及鈦鉬合金電化學(xué)性能的研究[J];上海有色金屬;1978年03期

7 龔茜，譚攸庚;釕鈦錫氧化物陽極表面形態(tài)及電化學(xué)性能研究[J];氯堿工業(yè);1995年05期

8 鄧凌峰;陳洪;;2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑的合成及電化學(xué)性能[J];材料導(dǎo)報;2009年22期

9 Degussa;徐翔飛;;“白炭黑”的制備工藝及其物理—化學(xué)性能[J];橡膠譯叢;1981年03期

10 劉春蓮;;《材料化學(xué)性能》課的教學(xué)實踐[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版);2002年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 郄富昌;彭慶文;唐致遠(yuǎn);;鋰離子電池負(fù)極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;應(yīng)桃開;;納米氧化錳的制備及其電化學(xué)性能研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

3 劉志超;黨海軍;陳廣宇;張自祿;;氟化石墨的制備與電化學(xué)性能[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（上集）[C];2005年

4 張森;李志勇;;氟化處理對儲氫合金電化學(xué)性能的影響研究[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益剛;周益明;邵陽;戴躍華;俞燕青;王青;唐亞文;陸天虹;沈濤;;氫氧化鎳的低熱固相合成及其電化學(xué)性能[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦華;;炭包覆對動力鋰離子電池正極材料電化學(xué)性能影響[A];第22屆炭—石墨材料學(xué)術(shù)會論文集[C];2010年

7 侯磊;吳茂;何新波;曲選輝;;碳含量對磷酸釩鋰電化學(xué)性能的影響[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

8 鄒紅麗;招睿雄;沈培康;;鎢摻雜LiFePO_4的合成和電化學(xué)性能研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黃令;孫世剛;;電鍍錫作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;邊靜;;鎂鋁儲氫電極合金的制備及電化學(xué)性能研究[A];第十三次全國電化學(xué)會議論文摘要集（下集）[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 ;鋅的性質(zhì)與用途[N];期貨日報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 盧桂霞;過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

2 胡梅娟;金屬氧化物基鋰/鈉離子電池負(fù)極材料制備與電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2014年

3 劉芳延;基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

4 江小劍;基于脫合金法的錳基微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

5 王聰;鋰離子電池電極材料Li_3V_2(PO_4)_3的制備及其電化學(xué)性能改性研究[D];北京化工大學(xué);2015年

6 莫潤偉;高性能鋰離子電池正極材料LiV_3O_8的制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

7 歷彪;鈦的含氟氧化物及其鋰化產(chǎn)物納米粒子的合成、表征與電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

8 張春艷;復(fù)雜結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物及其復(fù)合物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能[D];安徽大學(xué);2016年

9 陶石;基于聚陰離子型鋰/鈉離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)制及電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

10 司露露;碳復(fù)合鉬基、釩基電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 栗志同;釩基材料的合成、表征及其電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫復(fù)合材料的制備及其Li-S電池電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 燕平;氫驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)法制備Li_xal_ySi_z鋰離子電池負(fù)極材料及其電化學(xué)性能[D];浙江大學(xué);2015年

4 杜志玲;摻氮多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2015年

5 宋巧蘭;新型離子液體的制備及其電化學(xué)性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

6 黃文靜;新型導(dǎo)電聚合物-石墨烯電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

7 康怡然;納米二氧化錳/碳材料復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

8 張亦弛;低維氧化鉬納米材料微觀結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

9 李濤;Fe-Mn-Ti-C鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

10 申亞舉;水系鋰離子電池負(fù)極材料LiTi_2(P0_4)_3的制備及性能研究[D];沈陽理工大學(xué);2015年

，

本文編號：1545480