过渡金属氧化物—碳复合材料制备及其电化学性能的研究

发布时间：2020-05-16 05:16

【摘要】：能源短缺和大气污染是目前制约我国社会发展的重大问题,无论是作为锂离子电池负极材料,还是电化学催化分解NO_x的催化剂,过渡金属氧化物以其高理论比容量和不使用还原剂避免氨氮二次污染而吸引大量关注。通过溶剂热法制备了过渡金属氧化物Fe_3O_4和Mn_3O_4及其碳复合材料,研究了溶剂热条件、碳种类、复合比例等因素对材料形貌、结构和性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对材料的组成和形貌进行表征,运用循环伏安、恒流充放电等研究了材料的电池电化学性能,通过测试NO_x转化率研究了材料的电催化性能。以FeSO_4·7H_2O为铁源溶剂热法制备了具有储锂性能的八面体结构Fe_3O_4,但其容量衰减较快,容量保持率较低。以FeCl_3·6H_2O为铁源,制备了纳米空心球Fe_3O_4及其碳复合材料;Fe_3O_4的空心球结构可缓解嵌脱锂过程的体积膨胀,表现出较好的电化学性能,电流密度100 mA·g~(-1),循环100次可逆比容量为523.1mAh·g~(-1),容量保持率为64.2%。该材料与海绵状碳复合后,电化学性能更加优异,电流密度100 mA·g~(-1)循环100次后可逆容量高于1000 mAh·g~(-1),电流密度5A·g~(-1)时,可逆比容量为503 mAh·g~(-1)是纯Fe_3O_4电极的2.4倍。两种形貌纳米Fe_3O_4碳催化剂的NO_x转化率均小于50%,表现出较差的电化学催化性能。以KMnO_4为锰源,溶剂热法制备Mn_3O_4材料,循环25次容量衰减至410mAh·g~(-1),但60次循环后容量缓慢回升,100次循环后可逆比容量升至547 mAh·g~(-1)。以Mn_3O_4掺加量5 wt%制备的Mn_3O_4-粒状活性炭复合材料为催化剂,其电化学催化性能明显优于Fe_3O_4基催化剂,电压2.5 V、50℃时,NO_x转化率高达96.7%。
【图文】：

尖晶石型,理想模型,氧化物,比容量

[29]具有优异的循环稳定性·g-1比容量）。利用溶剂的储锂容量，在 0.1 A·g-1量。二元铁基尖晶石氧化，其中比容量 MnFe2O4>的多孔球状锰基尖晶石氧化 ZnMn2O4> CoMn2O4> 池负极材料。

氧化物,理想模型,氯化钠,掺杂石墨

尖晶石型氧化物 AB2O4结构odel of spinel-type oxides w化物过渡金属氧化物如 FeO属氧化物的理论比容较oO 纳米颗粒与碳纳米管逆容量。N 掺杂石墨烯50 次循环后依然提供烯与 FeO 复合材料[35]容 700 mAh·g-1。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】