碳納米纖維模板法制備一維過渡金屬氧化物及其電化學性能.pdf

1、隨著社會的不斷發(fā)展和資源的不斷消耗，全球能源危機被認為是當今人類面臨的最大挑戰(zhàn)之一。近年來，超級電容器作為一種新型的儲能裝置，由于具有充放電速率快、功率密度大、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，引起了廣泛關注。
　　眾所周知，電極材料是影響超級電容器性能的重要因素。一維（1D）中空微/納米結構材料在儲能系統(tǒng)應用中被公認為是一種非常有前景的材料。作為電極材料，可以充分利用其獨特的中空結構和一維結構的整體優(yōu)勢，如可以提供增加的比表面積和減少

2、電荷傳輸的距離等。然而，目前報道的1D中空納米結構相對簡單，因而設計和制備1D中空的納米結構結合微/納米子單元，無疑將會對電極材料性能的提升起積極作用。基于此，本論文以碳納米纖維（CNFs）為模板合成1D管狀納米結構的過渡金屬氧化物，以期獲得更加精巧合理結構的電極材料并對其超級電容器性能進行研究。具體工作從以下幾個方面展開：
　?。?）1D介孔管狀 Co3O4納米材料的制備。以 CNFs、六水合硝酸鈷（Co(NO3)2·6H2O）

3、、檸檬酸三鈉（C6H5Na3O7·2H2O）以及六亞甲基四胺（HMT）等為反應原料，通過簡單的油浴反應結合熱處理的方式制備得到了管狀Co3O4納米材料，并將其應用于超級電容器的電極材料。在1 A/g的電流密度下表現(xiàn)出326F/g的比電容，即使在大電流密度10 A/g的電流密度下，其容量仍可以保持76％，并且該電極材料具有較高的循環(huán)穩(wěn)定性，在4 A/g的電流密度下循環(huán)5000次，依然可以保持首次充放電時比電容的91.6%。
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4、）1D分等級結構管中管NiCo2O4納米材料的制備。我們首次在非醇的溶劑中，以 CNFs、六水合硝酸鈷（Co(NO3)2·6H2O）、六水合硝酸鎳（Ni(NO3)2·6H2O）、檸檬酸三鈉（C6H5Na3O7·2H2O）、六亞甲基四胺（HMT）等為反應原料，制備得到了1D分等級結構管中管NiCo2O4納米材料，并且對其形貌和結構的影響因素進行了探討。實驗發(fā)現(xiàn)，檸檬酸三鈉的物質的量對 NiCo2O4的形貌及微納單元的產生有很大影響。我們將

5、這種管中管結構的形成歸因于受熱不均衡原理。將其應用于超級電容器的電極材料，在電化學性能測試組中顯示出較高的比電容和循環(huán)穩(wěn)定性。在1 A/g的電流密度下表現(xiàn)出400F/g的比電容，在4 A/g的電流密度下循環(huán)3000次，依然可以保持首次充放電時比電容的89.6%。
　?。?）1D分等級結構管中管NiO納米材料的制備。以CNFs、六水合硝酸鎳（Ni(NO3)2·6H2O）、檸檬酸三鈉（C6H5Na3O7·2H2O）、六亞甲基四胺（HM