銅基納米結(jié)構(gòu)陣列材料的設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、鑒于納米結(jié)構(gòu)陣列材料相比于無(wú)序堆積的納米粉體材料具有比表面積高、活性位點(diǎn)多、電荷傳輸能力強(qiáng)的特性，作為催化劑和鋰離子電池電極材料均可表現(xiàn)更加優(yōu)異的性能。本文設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以生長(zhǎng)在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，分別采用化學(xué)浸漬法、液相還原法和金屬基底誘導(dǎo)熱還原法制備了CuO/MnO2、CuO/Cu2O復(fù)合納米棒結(jié)構(gòu)陣列和Cu2O納米棒結(jié)構(gòu)陣列，并分別研究了它們?cè)诖呋到馊玖蠌U水和鋰離子電池中的應(yīng)用，主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:

2、　　1.以生長(zhǎng)在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，Mn(NO3)2溶液為錳源，通過(guò)化學(xué)浸漬法和后期焙燒制備CuO/MnO2納米結(jié)構(gòu)陣列，并將其作為催化劑催化H2O2氧化降解酸性品紅(AF)溶液，研究AF溶液初始濃度、H2O2用量對(duì)催化性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)AF濃度為20 mg/L，H2O2用量為0.05 mL時(shí)，CuO/MnO2催化劑的催化性能最佳;同時(shí)制備CuO納米棒陣列催化劑和粉末狀MnO2納米棒催化劑，比較相同條件下三種催化

3、劑對(duì)AF溶液的催化降解性能，其降解率分別為:94.05％、72.5％、79.6％，說(shuō)明CuO/MnO2納米棒陣列催化劑對(duì)催化H2O2氧化降解AF染料效果最為優(yōu)異;探究CuO/MnO2納米棒陣列催化劑的穩(wěn)定性和循環(huán)使用性能，結(jié)果顯示同一片CuO/MnO2催化劑經(jīng)過(guò)10次重復(fù)利用后，AF溶液的降解率沒(méi)有明顯的變化（首次:94.05％，第10次:90.28％），并且CuO/MnO2催化劑在放大約6倍的染料體系中仍然具有較好的催化性能，說(shuō)明Cu

4、O/MnO2納米棒陣列催化劑具有良好的應(yīng)用前景。
　　2.以生長(zhǎng)在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，抗壞血酸和NaBH4為還原劑，分別在30℃水浴加熱和0-5℃低溫條件下，通過(guò)“液相還原”和后期熱處理得到CuO/Cu2O復(fù)合納米棒結(jié)構(gòu)陣列;并將其作為光催化劑，研究其在可見(jiàn)光條件下對(duì)剛果紅溶液(CR)的光催化降解性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)CR濃度為30 ppm時(shí)，CuO/Cu2O催化劑對(duì)剛果紅溶液的光催化降解率可達(dá)93.81％;同時(shí)制備

5、CuO納米棒陣列催化劑和Cu2O納米球薄膜催化劑，比較相同條件下三種催化劑對(duì)CR溶液的可見(jiàn)光催化降解性能，其降解率分別為:93.81％、64.28％、48.29％，說(shuō)明將Cu2O負(fù)載到具有納米棒陣列結(jié)構(gòu)的CuO表而可顯著提高其對(duì)CR溶液的可見(jiàn)光催化降解性能。
　　3.以生長(zhǎng)在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，通過(guò)金屬基底誘導(dǎo)熱還原法制備Cu2O納米棒結(jié)構(gòu)陣列，并將其作為鋰離子電池負(fù)極材料，研究其充放電性能、循環(huán)性能及倍率性能

6、，結(jié)果表明:Cu2O納米棒結(jié)構(gòu)陣列薄膜具有很好的循環(huán)性能和倍率性能，在1.0C下經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后放電比容量為358 mAh g-1，在10C下其放電比容量仍然有315 mAh g-1;電化學(xué)交流阻抗譜的測(cè)試發(fā)現(xiàn)Cu2O納米棒結(jié)構(gòu)陣列的電荷遷移電阻僅為59.2Ω，說(shuō)明Cu2O納米棒結(jié)構(gòu)陣列薄膜具有更高的電子傳輸能力;同時(shí)，設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究Cu2O納米棒結(jié)構(gòu)陣列的形成機(jī)理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單質(zhì)Cu的引入改變了反應(yīng)吉布斯自由能變從而顯著降低了Cu(