過渡金屬氧化物-硫化物電極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、煤和石油等不可再生能源的逐漸消耗以及伴隨著燃燒而產(chǎn)生了大量污染物的排放導(dǎo)致了環(huán)境問題日益突出。于是，由單一的能量消耗過程向能量的循環(huán)利用的轉(zhuǎn)化成為了眾多科研工作者關(guān)注的話題。在能量的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)當(dāng)中，贗電容電容器是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ哪芰看鎯?chǔ)器件，這是由于其具有比電池更高的功率密度和比雙電層電容器更高的能量密度的優(yōu)點(diǎn)。本論文以一元到多元的過渡金屬氧化物/硫化物材料的制備為研究過程，且根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)過程為基礎(chǔ)制備出具有優(yōu)異的電化學(xué)性能的過渡

2、金屬氧化物/硫化物電極材料，并希望為高性能贗電容材料提供一種新的制備思路。
　　通過一步溶解-沉淀法制備出了多維分層狀的Ni3S2（納米棒陣列上方覆蓋一層薄膜），其主要的制備工藝為泡沫鎳作為鎳源在硫代乙酰胺的乙醇溶液中水熱反應(yīng)。而這層薄膜能夠提升納米棒狀陣列 Ni3S2的電化學(xué)的活性位點(diǎn)，從而相比于納米棒狀陣列的Ni3S2電極，多維分層狀 Ni3S2具有更加優(yōu)良的電化學(xué)性能。作為贗電容電極材料，多維分層狀Ni3S2在電流密度為8

3、A· g-1的條件下，其比容量為1180 F·g-1。將多維分層狀Ni3S2作為不對(duì)稱贗電容電容器的正極材料，活性炭電極作為負(fù)極材料組裝成水系不對(duì)稱電容器，經(jīng)過電化學(xué)測(cè)試，其具有較高能量密度（60.3 W·h·kg-1）和功率密度（3600 W·kg-1）。
　　雙過渡金屬硫化物的電極材料具有比單金屬硫化物更加優(yōu)異的電化學(xué)性能而引人注目，然而，糟糕的電子傳遞速率和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性是其明顯的缺點(diǎn)。因此，我們根據(jù)電極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

4、，通過界面離子交換法制備出了3D花狀的殼核異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電極材料。相比于單一的“殼”和“核”材料，該殼核異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極材料體現(xiàn)出了二者協(xié)同作用，即分別的發(fā)揮出了“殼”和“核”材料的高電化學(xué)響應(yīng)性和優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性的特點(diǎn)。在三電極的體系下，該3D殼核異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電極材料呈現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能（比容量為956.4 F·g-1對(duì)應(yīng)的電流密度為4 A·g-1）以及在兩電極體系下優(yōu)異的電化學(xué)性能（真實(shí)的能量密度為32.3W·h·kg-1對(duì)應(yīng)的真實(shí)

5、功率密度為1835 W·kg-1）。
　　受到石墨烯的摻雜能夠改變其內(nèi)部化學(xué)鍵和帶隙寬度的啟發(fā)，我們通過離子取代的思路制備出了三元過渡金屬氧化物Co2Ni3ZnO8的納米線陣列。經(jīng)過XRD和XPS表征分析，可知Co2Ni3ZnO8的晶體結(jié)構(gòu)為Ni和Zn離子取代了部分Co離子的位置，且晶體結(jié)構(gòu)和Co3O4相同。而Co和Ni相互作用提升了其離子化合價(jià)態(tài)的復(fù)雜程度和電化學(xué)響應(yīng)性，Zn離子的摻雜進(jìn)一步加劇了晶體的缺陷程度，使其具有更多的吸