KCu7S4基復(fù)合及衍生微納結(jié)構(gòu)的制備與超級(jí)電容器性能研究.pdf

1、在超級(jí)電容器領(lǐng)域，金屬硫化物已經(jīng)受到研究者與日俱增的關(guān)注。和對(duì)應(yīng)的金屬氧化物比較，它們有更強(qiáng)的導(dǎo)電能力和更高的機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，以及更豐富的氧化還原反應(yīng)，這預(yù)示著金屬硫化物有更強(qiáng)的電荷存儲(chǔ)能力。但較低的穩(wěn)定性、模糊的存儲(chǔ)機(jī)理制約著金屬硫化物的發(fā)展。目前，尋求高效、低成本的合成方法，厘清硫化物的電化學(xué)存儲(chǔ)機(jī)理以及建立明晰的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系是材料、化學(xué)、能源等學(xué)科交叉的重要領(lǐng)域。因此，為了推動(dòng)金屬硫化物在超級(jí)電容器領(lǐng)域的研究和進(jìn)步，本文圍

2、繞KCu7S4化合物，高效、可控的合成了具有多組分、多維度的納米復(fù)合材料。通過(guò)一系列的材料表征和電化學(xué)測(cè)試手段，初步研究了它們的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布，并探索了它們?cè)诔?jí)電容器方面的應(yīng)用。具體的研究?jī)?nèi)容有：
　?、偈紫炔捎盟疅岱ê铣闪艘痪S KCu7S4結(jié)構(gòu)，其中，乙醇為還原劑、溶劑， KOH為礦化劑和摻雜劑。觀察了 KCu7S4在不同合成時(shí)間的形貌、組分的變化。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，KCu7S4可從三維花狀的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€

3、/棒狀形貌，其中 K+離子的摻雜量的變化扮演了重要作用。另外，本文也首次揭示了一維KCu7S4結(jié)構(gòu)的比表面積和孔徑分布，探索了它在堿性電解液中的電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明：KCu7S4最高比電容值為382.5 F g-1（0.5 A g-1），在20 A g-1時(shí)的比電容保留率為55.4％（212 F g-1），2000次充放電測(cè)試后電容保留率為83.8%。這些結(jié)果說(shuō)明， KCu7S4在堿性電解液中顯示出了較好的超級(jí)電容器性能，
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4、為了進(jìn)一步改善KCu7S4-LiOH體系的電化學(xué)性能，本文采用簡(jiǎn)便的化學(xué)共沉積方法制備了 KCu7S4@NiMn-LDH納米復(fù)合材料。促使 NiMn-LDHs納米片原位生長(zhǎng)在 KCu7S4表面，并最大程度保留 KCu7S4結(jié)構(gòu)和形貌。材料表征表明， NiMn-LDHs納米片不僅能自發(fā)的密集排列于KCu7S4的表面，并且通過(guò)調(diào)節(jié)Ni和Mn元素的初始摩爾比例，可以調(diào)控它們的排列形式，或交錯(cuò)，或平行。電化學(xué)測(cè)試表明，KCu7S4@NiMn-L

5、DH電極的最高比電容值為792 F g-1（1 A g-1），而在高電流20 A g-1時(shí)的比電容量保留率為77.5%。；另外，初始內(nèi)阻和電子轉(zhuǎn)移電阻分別為：0.9Ω和2.4Ω，穩(wěn)定性測(cè)試中電容保留率為89.2%。和KCu7S4線電極相比，這四項(xiàng)指標(biāo)均有較大幅度的增加，說(shuō)明原位方式構(gòu)筑復(fù)合材料的合理設(shè)計(jì)能夠開(kāi)發(fā)出更優(yōu)異的KCu7S4基超級(jí)電容器電極材料。
　　③為了拓展KCu7S4線的合成應(yīng)用，本文利用KCu7S4線為模板，依據(jù)C

6、u+離子和MnO4-的氧化還原反應(yīng)，巧妙地衍生出一種包含CuO和MnO2的空心核殼結(jié)構(gòu)。并觀察了不同的反應(yīng)時(shí)間， CuO/MnO2結(jié)構(gòu)和組分的變化。另外，在CuO/MnO2-Na2SO4體系的電化學(xué)測(cè)試中，CuO/MnO2復(fù)合物最高的比電容值為252.6 F g-1。經(jīng)1000次穩(wěn)定性測(cè)試后，比電容保留率為90.8%。
　　以上圍繞KCu7S4化合物的設(shè)計(jì)和合成，為開(kāi)發(fā)和利用KCu7S4化合物作為超級(jí)電容器電極材料開(kāi)拓了新的思路，