基于液相激光熔蚀技术新型储能纳米材料的制备及其物性研究

发布时间：2018-04-25 22:35

本文选题：液相激光熔蚀技术 + MoS_2/Co_3O_4复合结构　；参考：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：液相激光熔蚀技术(Laser Ablation in Liquid,LAL)作为一种简单、快捷、环境友好的纳米材料合成手段,因其极端的热力学条件以及快速淬灭的非平衡动力学过程,在获得独特的纳米材料和纳米结构方面具有重要意义。本论文以液相激光熔蚀技术为基础,结合其他常规的湿化学合成方法,开展了多种功能纳米材料的制备及其应用研究工作,包括复合纳米结构、自组装纳米结构、掺杂纳米结构的制备及其在电化学电容器、锂离子电池、可充电锌-空电池等领域的应用。取得的创新性成果如下:(1)提出了一种制备MoS_2/Co_3O_4复合纳米材料的新方法。该方法首先利用1064 nm激光在去离子水中熔蚀金属Co靶制备尺寸均匀、表面带正电荷的Co(OH)_2纳米颗粒,然后将其与表面带负电荷的MoS_2纳米片混合搅拌,在静电吸附作用下得到了超细Co(OH)_2纳米颗粒均匀修饰的MoS_2纳米片,最后经过70℃陈化处理便得到了 MoS_2/Co_3O_4复合材料,该方法简单、有效;电化学测试结果显示,由于MoS_2与Mo_3O_4间的协同效应,MoS_2/Co_3O_4复合材料电极具有比纯相Co_3O_4电极更高的比容量和更优异的循环充放电性能。(2)发展了一种制备亚稳相TT-Nb_2O_5单晶纳米柱的新方法。该方法以液相激光熔蚀技术得到的高活性Nb胶体作为非离子前驱体,然后进行水热处理,最终得到了一种亚稳相TT-Nb_2O_5单晶纳米柱。我们详细讨论了亚稳相TT-Nb_2O_5单晶纳米柱的结构演变与自组装过程,并且将其与石墨烯结合组装成自支撑膜,可直接用作锂电池的负极材料,避免使用导电碳黑及连接剂,结果显示该产物纽扣电池具有较高的首次放电容量以及优异的循环充放电性能。(3)设计了一种简单、温和、一步获得Co掺杂Ni(OH)_2花状纳米片结构的新方法。该方法以液相激光熔蚀技术得到的高活性Co胶体作为非离子掺杂源,随后置于含有Ni(NO_3)_2和Na_2S_2O_3的混合溶液中室温下陈化生长,无需高温、高压等条件,即可获得具有花状形貌的Co掺杂Ni(OH)_2纳米片结构。电化学测试结果显示,由于掺杂之后Ni(OH)_2导电性的显著提高以及产物独特的表面微结构特征,从而使其具有优异的电化学电容性能。(4)基于上述掺杂方法,通过改变反应环境(去离子水与乙醇的混合溶液),还制备了形貌更加均一的Fe掺杂Ni(OH)_2花状纳米片结构,电化学测试结果显示其具有比商用RuO_2更优异的OER电催化性能。(5)研究了高活性Mn胶体对产物掺杂Ni(OH)_2纳米结构的形貌影响。选择液相激光熔蚀技术得到的高活性Mn胶体作为非离子掺杂源,去离子水为反应介质,加入Ni(NO_3)_2和Na_2S_2O_3,室温下陈化生长十天,结果显示最终产物为具有线状形貌的Mn掺杂Ni(OH)_2纳米结构。
[Abstract]:The innovative results are as follows: 1) A new method for preparing MoS_2/Co_3O_4 composite nanomaterials is proposed. The Co doped Ni(OH)_2 nanostructures with flower-like morphology were obtained. The results show that the final product is mn doped Ni(OH)_2 nanostructure with linear morphology.
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

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