基于过渡金属复合物的超级电容器电极材料研究
发布时间：2020-12-26 10:47
对于需要高额定功率,长循环周期以及高可靠性的不同应用,超级电容器是一项值得关注的技术。电极材料在超级电容器的性能改变中扮演着重要角色。过渡金属化合物成本低、毒性低,并且由于其具有优异的电导率,多种氧化态和比商用碳材料更高的理论容量,在超级电容器的电极研究方面拥有巨大潜力。本论文以水热法、高温退火和硫化改性等方法制备了一系列过渡金属基纳米复合材料,并通过各种检测仪器,对其形貌组成与结构性能进行了分析讨论,主要内容如下:（1）采用两步水热法和随后的退火处理,在盐酸活化的镍泡沫上合成了NiO/NiCo2O4纳米电极材料。第一步将NiO纳米球生长在泡沫镍基底上,第二步使NiCo2O4纳米针在NiO表面原位生长,从而得到了具有新颖结构特征的NiO/NiCo2O4纳米复合材料。氮吸附结果表明,合成的NiO/NiCo2O4三维复合结构具有57.244 m2·g-1的高比表面积,可以为...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiO/NiCo2O4纳米复合材料的制备过程示意图
NiO/NiCo2O4纳米复合材料的制备及电化学性能研究21（2）相同）具有扁平的纳米花状结构。虽然分布较为均匀，但过多的重叠部分减少了电极材料与电解质的接触区域，增加了阴离子和阳离子的扩散阻力。为了提高其电化学性能，预先将NiO前体负载在原始的泡沫镍基体上。如图3-2b所示，原始NiO前体的形状为不规则球体，这可以为后续NiCo2O4的生长提供有效的框架支撑，并通过协同作用增加电极表面的活性位点。图3-2NiCo2O4和NiO的SEM图谱Fig.3-2SEMimagesofNiCo2O4andNiO图3-3（a-c）表明，原始NiO前体在第二次水热作用后形成NiO/NiCo2O4纳米花球，且原始基底被NiCo2O4纳米针完全覆盖。Ni泡沫上负载NiO/NiCo2O4材料的过程可以进行如下解释：在二次水热中，Ni2+与Co2+反应，在NiO纳米球表面形成均匀的金属氢氧化物沉淀[67]，添加的尿素作为还原剂和沉淀剂。形成的氢氧化物进行低温退火处理后，进一步转化为NiCo2O4，涉及的化学反应有[68-70]：2366322CO3NH6NHC)NH(CO6（3-1）OHNHOHNH423（3-2）i6xOH+2xCo+xNi(OH)CoN→6x2xx-22（3-3）O3xHONiCox→xO21i(OH)CoN24226x2xx（3-4）由于分散的NiO前体的界面能低，二次生长的NiCo2O4表现出均匀的纳米针结构。NiO前体聚集成球体的区域有很多活性位点[71]。为了减少界面能，NiCo2O4网络沿取向方向生长，形成纳米范围的花瓣结构，并进一步形成结构良好的花球。均匀分布的针/球复合结构增加了活性物质的比表面积，并有效地促进了离子交换。
西南科技大学硕士学位论文22图3-3NiO/NiCo2O4的SEM图谱Fig.3-3SEMimagesofNiO/NiCo2O43.3.2NiO/NiCo2O4纳米复合材料的TEM分析为了获得更深入的了解，通过TEM对从NiO/NiCo2O4电极材料上超声获得的样品进行了进一步的纳米结构表征。如图3-4（a，b）所示，TEM图像清楚地表明，NiO/NiCo2O4纳米花球是由许多平均直径为3050nm的纳米棒组装而成的。图3-4c显示了该材料的选区电子衍射（SAED）图案。衍射环的状态表明复合材料具有多晶特性，测量晶面间距并与PDF卡片对比可知各衍射环分别对应于NiCo2O4的（111）、（311）平面和NiO的（220）、（200）平面，这与XRD及之后的HRTEM分析结果相符，进一步证明了样品中NiCo2O4和NiO的同时存在。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2D MOF Nanoflake-Assembled Spherical Microstructures for Enhanced Supercapacitor and Electrocatalysis Performances[J]. Huicong Xia,Jianan Zhang,Zhao Yang,Shiyu Guo,Shihui Guo,Qun Xu. Nano-Micro Letters. 2017(04)
[2]NiO nanosheet assembles for supercapacitor electrode materials[J]. Huanhao Xiao,Shunyu Yao,Hongda Liu,Fengyu Qu,Xu Zhang,Xiang Wu. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(03)
本文编号：2939547
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiO/NiCo2O4纳米复合材料的制备过程示意图
NiO/NiCo2O4纳米复合材料的制备及电化学性能研究21（2）相同）具有扁平的纳米花状结构。虽然分布较为均匀，但过多的重叠部分减少了电极材料与电解质的接触区域，增加了阴离子和阳离子的扩散阻力。为了提高其电化学性能，预先将NiO前体负载在原始的泡沫镍基体上。如图3-2b所示，原始NiO前体的形状为不规则球体，这可以为后续NiCo2O4的生长提供有效的框架支撑，并通过协同作用增加电极表面的活性位点。图3-2NiCo2O4和NiO的SEM图谱Fig.3-2SEMimagesofNiCo2O4andNiO图3-3（a-c）表明，原始NiO前体在第二次水热作用后形成NiO/NiCo2O4纳米花球，且原始基底被NiCo2O4纳米针完全覆盖。Ni泡沫上负载NiO/NiCo2O4材料的过程可以进行如下解释：在二次水热中，Ni2+与Co2+反应，在NiO纳米球表面形成均匀的金属氢氧化物沉淀[67]，添加的尿素作为还原剂和沉淀剂。形成的氢氧化物进行低温退火处理后，进一步转化为NiCo2O4，涉及的化学反应有[68-70]：2366322CO3NH6NHC)NH(CO6（3-1）OHNHOHNH423（3-2）i6xOH+2xCo+xNi(OH)CoN→6x2xx-22（3-3）O3xHONiCox→xO21i(OH)CoN24226x2xx（3-4）由于分散的NiO前体的界面能低，二次生长的NiCo2O4表现出均匀的纳米针结构。NiO前体聚集成球体的区域有很多活性位点[71]。为了减少界面能，NiCo2O4网络沿取向方向生长，形成纳米范围的花瓣结构，并进一步形成结构良好的花球。均匀分布的针/球复合结构增加了活性物质的比表面积，并有效地促进了离子交换。
西南科技大学硕士学位论文22图3-3NiO/NiCo2O4的SEM图谱Fig.3-3SEMimagesofNiO/NiCo2O43.3.2NiO/NiCo2O4纳米复合材料的TEM分析为了获得更深入的了解，通过TEM对从NiO/NiCo2O4电极材料上超声获得的样品进行了进一步的纳米结构表征。如图3-4（a，b）所示，TEM图像清楚地表明，NiO/NiCo2O4纳米花球是由许多平均直径为3050nm的纳米棒组装而成的。图3-4c显示了该材料的选区电子衍射（SAED）图案。衍射环的状态表明复合材料具有多晶特性，测量晶面间距并与PDF卡片对比可知各衍射环分别对应于NiCo2O4的（111）、（311）平面和NiO的（220）、（200）平面，这与XRD及之后的HRTEM分析结果相符，进一步证明了样品中NiCo2O4和NiO的同时存在。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2D MOF Nanoflake-Assembled Spherical Microstructures for Enhanced Supercapacitor and Electrocatalysis Performances[J]. Huicong Xia,Jianan Zhang,Zhao Yang,Shiyu Guo,Shihui Guo,Qun Xu. Nano-Micro Letters. 2017(04)
[2]NiO nanosheet assembles for supercapacitor electrode materials[J]. Huanhao Xiao,Shunyu Yao,Hongda Liu,Fengyu Qu,Xu Zhang,Xiang Wu. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(03)
本文编号：2939547
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