新型過渡金屬化合物液相制備及其電化學(xué)儲能性能研究.pdf

1、特定組成結(jié)構(gòu)的功能納米材料在生物、能源、電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，選擇理想材料、控制其組成與結(jié)構(gòu)、研究其形成機(jī)制一直是材料與化學(xué)領(lǐng)域重要的研究方向。過渡金屬化合物具有較高理論容量，作為鋰離子電池和超級電容器電極材料受到廣泛的研究關(guān)注。本論文以過渡金屬化合物為研究對象，利用液相合成的方法，可控制備了一系列新型結(jié)構(gòu)納米材料，研究了其微納結(jié)構(gòu)形成機(jī)制及其在超級電容器或鋰離子電池中的應(yīng)用性能。論文主要內(nèi)容包括:
　　1.采用水熱合成和加熱

2、后處理的方法可控制備了介孔和花束結(jié)構(gòu)的納米鈷酸鎳材料，在材料結(jié)構(gòu)表征和超級電容器性能測試基礎(chǔ)上，探討了材料結(jié)構(gòu)和性能之間的構(gòu)效關(guān)系，結(jié)果表明，與花束結(jié)構(gòu)鈷酸鎳相比，介孔鈷酸鎳具有更優(yōu)異的比電容量及穩(wěn)定性，在放電電流密度為2，4，6，8和10Ag-1時，其比容量分別為1619，1114，780，648和571 F g-1。6Ag-1電流密度進(jìn)行1000次循環(huán)充放電測試后其比容量保持率可達(dá)98％，說明有效的介孔結(jié)構(gòu)是介孔鈷酸鎳高比電容量和良

3、好穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
　　2.利用極性溶劑摻雜的方法可控制備了海膽結(jié)構(gòu)、花瓣結(jié)構(gòu)、管結(jié)構(gòu)、立方結(jié)構(gòu)的NiCo2S4納米材料。三電極測試體系對不同形貌NiCo2S4超級電容器性能測試結(jié)果表明:管狀結(jié)構(gòu)NiCo2S4具有最優(yōu)異的電化學(xué)活性和儲能效果，在電流密度為3，4，6，8和10Ag-1時，比電容量分別為1048，868，750，620，525F g-1;在10 Ag-1的電流密度下，5000次循環(huán)測試后可以保持75.9％初始容量。材料

4、結(jié)構(gòu)分析與機(jī)理探討證明，管狀結(jié)構(gòu)NiCo2S4比表面積大，中空結(jié)構(gòu)有利于電解液滲透，增加電極材料與電解液之間的接觸面積，實(shí)現(xiàn)高電流密度下電子及離子的快速遷移，加快氧化還原反應(yīng)速度，從而呈現(xiàn)出較高的超級電容器性能。
　　3.以溶劑熱法合成了空心海膽結(jié)構(gòu)的鎳、鈷二元硫化物前驅(qū)體，離子交換反應(yīng)得到NiCo2S4/NixCo9-xS8二元硫化物，聚多巴胺包覆和高溫碳化后得到N摻雜碳包覆的二元硫化物(NixCo9-xS8@C)。三電極體系電

5、化學(xué)性能測試表明:NixCo9-xS8@C相對于NiCo2S4/NixCo9-xS8具有更加優(yōu)越的電容性能，其在電流密度為2Ag-1，3Ag-1，4Ag-1，5Ag-1，6Ag-1，8Ag-1時，比電容分別為1404，1200，1147，1138，1000 F g-1及580 F g-1，并且2000次循環(huán)充放電后，總?cè)萘炕颈３植蛔?，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。優(yōu)異的電化學(xué)性能證明N摻雜碳包覆和空心海膽結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)更有益于增加材料導(dǎo)電性

6、、縮短電子與離子擴(kuò)散路徑，加快電極電化學(xué)反應(yīng)，提高材料電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。
　　4.以SiO2微球?yàn)槟０?，水熱法制備了尺寸分布均勻的MoS2包覆的碳空心微球，以其為電極材料，研究了其電化學(xué)儲能性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn):MoS2包覆的碳空心微球在100mAg-1的電流密度下循環(huán)100次后其鋰電容量仍保持在750mAhg-1;而在2Ag-1的電流密度下鋰電容量可以達(dá)到349 mAh g-1。這些結(jié)果表明MoS2包覆的碳空心微球在電化學(xué)儲能方面比

7、傳統(tǒng)二維MoS2納米片具有更加突出的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)勢。
　　5.利用熱注入的方法在油相體系中合成了尺寸約100 nm的六邊形SnSSe納米片，通過二次生長在其表面實(shí)現(xiàn)了Fe2O3沉積，得到Fe2O3/SnSSe復(fù)合材料。在材料組成、結(jié)構(gòu)與形貌分析表征的基礎(chǔ)上，分別將Fe2O3/SnSSe和SnSSe納米片用作鋰離子電池負(fù)極材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2O3/SnSSe納米片具有優(yōu)越的鋰電性能，可在電流密度100 mA g-1時保持919 m