二维三元氢氧化物基复合材料制备及其超级电容性能研究

发布时间：2020-05-30 06:38

【摘要】：水滑石(LDH)是一种典型的二维金属氢氧化物纳米功能材料,其特有的物理化学性质一直以来都是人们研究开发的兴趣所在。近年来,具有优良性能的电极材料同样是电化学新能源研究领域的热点。目前,基于水滑石纳米材料作为电极材料的研究已经取得了一定成果。三元金属氧化物因其优良的金属分散性和活性位点分散性,使其具有优良的电化学性能以及电容性能。同时,水滑石/聚苯胺以及三元金属氧化物/聚苯胺复合材料不仅具备聚苯胺优良的赝电容特性,同时与水滑石、三元金属氧化物独特且优异的性能结合,使得其在电化学材料研究领域得到了广泛的关注。本文的研究工作如下:采用尿素法制备了不同Ni/Co/Fe摩尔比的NiCoFe-LDH纳米材料,结合各种表征分析表明,Ni/Co/Fe摩尔比为2/1/1的LDH-2晶格完整、晶相单一、层板结构规整,是一种典型的赝电容电极材料,具有优良超级电容特性。320℃高温煅烧水滑石,制备三元金属氧化物LDO。用氨基修饰剂APTS分别对LDH和LDO进行表面修饰,对氨基修饰条件选择优化,得到对LDH进行表面修饰的最佳条件为:反应时间6h、pH 8、修饰温度80℃、APTS用量为4%。对LDO进行表面修饰的最佳的条件为:反应时间5h、pH 7.5、修饰温度80℃、APTS用量为6%。分别以水滑石和三元金属氧化物为前驱体,采用原位聚合法,成功的制备了LDH/PANI、LDO/PANI两种纳米复合材料。通过对复合材料进行各种表征分析可知:苯胺单体成功的在前驱体表面原位聚合生成聚苯胺,聚苯胺与前驱体产生协同效应,可明显提高复合材料的电导率。进行超级电容性能测试,发现PANI的引入可提供较高的法拉第赝电容,前驱体起到骨架作用,聚苯胺与前驱体之间的协同效应,使复合材料呈现更好的超级电容性能,与LDH和LDO相比,复合材料的比电容得到极大的提高。复合材料LDH/PANI和LDO/PANI的循环稳定性优良,在1000次循环后容量保持率分别为84.69%和86.04%,且库仑效率均可保持在90%上,是极具潜力和应用价值的超级电容器电极材料。
【图文】：

水滑石,结构示意图

水滑石即层状双金属氧氧化物氧化物（ＬＤＨ，邋Ｌａｙｅｒｅｄ邋ｄｏｕｂｌｅ邋ｍｅｔａｌ邋ｈｙｄｒｏｘｉｄｅｓ）逡逑［４２］。如图１－１为水滑石的结构示意图，其化学通式可以表示为［Ｍ２＋；＿逡逑ｘＭ３＋ｘ（０Ｈ）２；Ｔ（Ａｎ：Ｕ．／？Ｈ２０，邋Ｍ２＋表示二价金属阳离子，可以是邋Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｏ２＋、逡逑Ｎｉ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｕ２＋；邋Ｍ３＋表示三价金属阳离子，可以是Ａｌ３＋、Ｃｒ３＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ３＋等；逡逑Ａｎ＿为层间阴离子，可以是带有不同负电荷的无机阴离子如：Ｃ０３２＼邋Ｎ０３＿、Ｃ１０４２＼逡逑Ｐ０４３—、＼￥０４２＿等，也可以是各种有机阴离子如：乙酸根、烷基磺酸根等；ｘ为三价阳逡逑离子占所有阳离子的摩尔比；ｘ指水滑石组成中金属元素的含量变化，通常情况逡逑０．２＜ｘ＜０．３３；邋ｍ代表层间的水分子数。逡逑Ｉ，Ｖ逡逑图１．１水滑石结构示意图逡逑４逡逑

流程图,超级电容器,电极片,流程

ｉ邋＾逡逑图２．１扣式超级电容器的组装逡逑扣式超级电容器的组装流程如图２．１所示。首先选取两个活性物质质量接近的逡逑电极片，然后按照电极片－隔膜－电极片的顺序依次平行放入电池壳中，滴加适量电逡逑解液，组装成扣式超级电容器，，封口，静置。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34;TM53

【参考文献】