NiMoO4和CuO@MnO2納米結構的制備及其電化學性能的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，能源的需求也在日益增長。傳統(tǒng)的能源主要由化石燃料供給，如煤炭，石油。但化石能源的大量使用造成了嚴重的環(huán)境問題，使用新型能源替代化石能源迫在眉睫。新能源目前最可靠的來源即使用太陽能轉(zhuǎn)換成電能。然而，這種方式產(chǎn)生的電能并不穩(wěn)定，如何將這些電能存儲并加以利用的重要性便凸顯出來。在所有儲能手段中，電化學儲能以其靈活、高效、便于大規(guī)模使用等特點，因而在儲能領域中占有非常重要的地位。電化學儲能使用最為廣泛的為超級電容器及鋰離子電

2、池，這兩種設備均具有各自的優(yōu)劣勢。超級電容器具備大功率充放電、倍率性能優(yōu)異、循環(huán)壽命長等特點，然而，其能量密度相對于鋰離子電池低的缺點，限制了超級電容器在許多領域的進一步應用。鋰離子電池以其高比容量、高電壓、安全性好、自放電低等一系列優(yōu)點，發(fā)展成目前電子產(chǎn)品領域使用最為廣泛的儲能器件，部分新能源汽車的也開始采用鋰離子電池供能，顯示出了極大的應用前景與市場需求。
　　無論是超級電容器還是鋰離子電池，其核心系統(tǒng)組件仍為正負材料所使用電

3、極材料，它最終決定了產(chǎn)品的綜合性能。而對于電極材料而言，微觀的形貌、納米結構、電子傳輸能力、自身的孔徑、及比表面積等都對其性能的發(fā)揮起著重要的作用。本論文旨在針對目前電極材料的電導率、反應動力學等方面的不足，從形貌、結構、電導率、比表面積等方面對材料進行優(yōu)化，通過簡單的方法構建出納米陣列及復合結構。具體的研究工作包括以下三個方面。
　　1、成功在泡沫鎳基底上合成了兩種不同形貌的NiMoO4納米陣列結構，并研究了其晶體結晶水對于陣列

4、電化學性能的影響。首先以泡沫鎳為基底，硝酸鎳(Ni(NO3)2)、鉬酸鈉(NaMoO4)為原料，通過是否增加形貌控制劑氟化銨(NH4F)以及改變濃度，分別控制生長出內(nèi)含結晶水的NiMoO4納米線與納米片陣列結構，然后通過隨后的退火處理，使以上兩種NiMoO4納米陣列失去其自身的結晶水。初步探究了含有以及不含結晶水的NiMoO4納米片與納米線的電化學性能的電化學性能，結果顯示，含結晶水優(yōu)于不含結晶水的NiMoO4，并且納米片要優(yōu)于納米線結

5、構。原因可能是結晶水為離子與質(zhì)子傳輸提供了快速的通道，使得NiMoO4的電化學活性更強。納米片相對納米線結構具有更高的比表面積以及更多的多孔，而且，納米線內(nèi)部良好的單晶結構反而抑制了電子與離子的遷移擴散，因而多晶納米片的反應容量更高。以含結晶水的NiMoO4納米片陣列與活性碳負極匹配，制成的非對稱器超級電容器在239.37W Kg-1下表現(xiàn)出高達53.824Wh-1能量密度。
　　2、使用氫氣作還原劑，在泡沫鎳基底上分別制備出富含

6、氧空位的NiMoO4納米片與納米線陣列結構。以上述第一部分制備的NiMoO4納米片與納米線陣列做前驅(qū)體，然后在管式爐中，控制氫氣濃度與反應溫度，制備出了富含氧空位的NiMoO4納米片與納米線陣列。經(jīng)過電化學測試分析，氫化后的NiMoO4要遠遠優(yōu)于氫化處理前NiMoO4，且納米片要優(yōu)于納米線。結合熱分析測試及XPS分析結果，確認該納米線與納米片所對應的分子式分別約為NiMoO3358以及NiMoO363。在引入氧空位后，部分Mo6+被還原

7、到Mo4+的價態(tài)，同時NiMoO4晶格發(fā)生畸變，增強了該材料的電導率與離子擴散速率，表現(xiàn)出更高的電化學活性。將氫化處理后的NiMoO4作為正極與活性碳負極匹配制得的全固態(tài)超級電容器器件獲得了49.11Wh Kg-1(800W Kg-1)的能量密度。
　　3、采用兩步法在銅基底上制備CuO@MnO2復合核殼陣列結構。首先在商用銅箔上用水浴法快速（僅需8min）合成出氧化銅納米片，然后使用水熱法，在氧化銅的外表面負載二氧化錳形成核殼陣