MCo2O4(M=Ni,Cu,Zn)納米材料的制備及其超級電容性能的研究.pdf

1、本文以尖晶石結(jié)構(gòu)鈷酸鹽材料為研究對象，探索設(shè)計合成高性能超級電容器電極材料。主要內(nèi)容包括：⑴通過水熱法將NiCo2O4納米針陣列直接生長在不同基底上，隨后將不同基底上的NiCo2O4納米針陣列結(jié)構(gòu)直接當(dāng)做工作電極研究其超級電容器性能。研究結(jié)果表明，在1 Ag-1的電流密度下NiCo2O4 NNAs/N.F.（泡沫鎳）的比電容達(dá)到655Fg-1;在電流密度增加到20A g-1時，比電容仍保持在544Fg-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。此外，泡

2、沫鎳基底上的NiCo2O4納米針陣列的比電容和倍率性能都優(yōu)于碳布基底上的NiCo2O4納米針陣列，說明了基底的導(dǎo)電性對性能有很大影響。經(jīng)過4000次循環(huán)后，NiCo2O4NNAs/N.F.的比電容仍保持在初始值的81％。⑵采用兩步水熱法成功合成分層NiCo2O4@Ni0.5Co0.5MoO4(NCO@NCMO)核/殼納米結(jié)構(gòu)。SEM和TEM等手段對NCO@NCMO核/殼納米結(jié)構(gòu)的表征觀測證明成功合成了該結(jié)構(gòu)。隨后將該集成電極直接用作工作

3、電極，通過電化學(xué)工作站對其電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入的測試研究。結(jié)果表明，NCO@NCMO核/殼納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在2mAcm-2時，NCO@NCMO核/殼納米結(jié)構(gòu)的比電容達(dá)到761 mF cm-2，遠(yuǎn)大于NCONNAs的477mFcm-2，該結(jié)果表明設(shè)計合成的NCO@NCMO核/殼納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能得到了很大提升。⑶在碳布上成功設(shè)計并合成了Ni0.5Co0.5(OH)2納米片包覆CuCo2O4納米針的核/殼納米結(jié)構(gòu)陣列。首先制

4、備獨(dú)立有序結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的CuCo2O4納米針陣列作為高效導(dǎo)電支架，隨后通過電沉積方法將Ni0.5Co0.5(OH)2超薄納米片負(fù)載在CuCo2O4納米針陣列上，進(jìn)而增加比表面積和電化學(xué)活性位點以增強(qiáng)電化學(xué)性能。電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示CuCo2O4@Ni0.5Co0.5(OH)2納米結(jié)構(gòu)在1Ag-1的電流密度下比電容達(dá)到1935Fg-1，在40 Ag_的大電流密度下比電容仍保持在1497 F g-1，表明其具有良好的倍率性能。此外，組裝的Cu

5、Co2O4@Ni0.5Co0.5(O H)2//AC非對稱超級電容器表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在1Ag-1時比電容達(dá)90Fg-1，在800Wkg-1的功率密度下能量密度達(dá)到32Whkg-1。更重要的是，組裝的器件表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在8Ag-1的大電流密度下循環(huán)12000次能保持在初始值的91.9％左右）、機(jī)械穩(wěn)定性和柔韌性，表明其作為能量儲存裝置的巨大應(yīng)用前景。⑷通過水熱法以及后續(xù)熱處理過程，在泡沫鎳上制備了ZnCo2O4納米針狀陣

6、列(ZCO NNAs)。將該ZCONNAs直接作為工作電極沉積鎳鈷硫化物(NCS)納米片，形成了核/殼分層納米結(jié)構(gòu)。高導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的ZCONNAs內(nèi)核加上大比表面積和高活性位點的NCS納米片外殼形成的ZCO@NCS核/殼納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。在1Ag-1的電流密度下ZCO@NCS核/殼納米結(jié)構(gòu)的比電容達(dá)到700Fg-1，遠(yuǎn)高于ZCONNAs的273Fg-1。這種結(jié)果證明了我們所設(shè)計合成的ZCO@NCS核/殼納米結(jié)構(gòu)用以