纳米多孔镍催化合成石墨烯基复合材料及其超电容性能

发布时间：2021-02-03 05:56

　　随着小型化、便携式电子器件的快速发展,制备高体积能量密度的超级电容器成为关注的重点之一,而具有高导电性、高稳定性的三维（3D）石墨烯和具有丰富的氧化态、高理论比容量的镍钴双金属氢氧化物（NiCo-LDH）因其良好的性能,在超电容储能领域得到了广泛的研究和应用。但是,目前合成的3D石墨烯和NiCo-LDH大多存在孔径过大、导电性差、电极空间利用率低等问题,导致其在微电源领域的应用受限。因此,研究开发具有高活性物质负载量、高空间利用率的自支撑超级电容器电极材料具有重要的意义。本文以脱合金化得到的小孔径纳米多孔镍（NPN）为模板和催化剂,采用化学气相沉积（CVD）法,成功制备出3D纳米多孔石墨烯基复合材料。系统研究了CVD参数、氮、氧掺杂处理、沉积时间等对产物形貌及结构的影响,探讨了影响3D纳米多孔石墨烯、异质结构NiCo-LDH性能的因素,并研究了其电化学性能及作用机理。研究发现,异质原子的掺杂及孔径分布会影响3D石墨烯薄膜的电化学性能。相比于3D大孔石墨烯材料,3D纳米多孔石墨烯材料具有更高的活性物质负载量及比表面积,且在不同性质的电解液中具有更高的电化学稳定窗口。同时,氮原子和氧原子掺... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器概述
        1.2.1 超级电容器的发展简介
        1.2.2 超级电容器的特点及工作原理
        1.2.3 超级电容器的分类及应用
    1.3 超电容电极用材料及其研究进展
        1.3.1 碳材料
        1.3.2 导电聚合物
        1.3.3 金属氧化物/氢氧化物
    1.4 纳米多孔镍材料
        1.4.1 纳米多孔镍的特点及应用
        1.4.2 纳米多孔镍的形成及演化机理
        1.4.3 纳米多孔镍在超级电容器中的研究现状及发展
    1.5 本论文工作的主要研究意义及内容
第2章 实验部分
    2.1 实验材料
    2.2 超级电容器电极材料的制备方法
        2.2.1 NPN的制备工艺
        2.2.2 以NPN为模板催化合成氮氧掺杂的三维纳米多孔石墨烯的制备工艺
        2.2.3 ntN-NG@NiCo-LDH及ntN@NiCo-LDH的制备工艺
    2.3 实验仪器与设备
        2.3.1 材料合成用设备
        2.3.2 材料表征用主要仪器设备
    2.4 电极材料的电化学性能测试及设备
        2.4.1 循环伏安测试
        2.4.2 恒电流充放电测试
        2.4.3 交流阻抗测试
第3章 纳米多孔镍原位催化合成三维纳米多孔石墨烯材料
    3.1 引言
    3.2 纳米多孔镍的形貌及结构表征
    3.3 纳米多孔镍催化合成三维纳米多孔石墨烯的研究
        3.3.1 低温CVD工艺对合成氢化石墨的影响
        3.3.2 高温煅烧工艺对合成三维纳米多孔石墨烯的影响
        3.3.3 参数优化后的三维纳米多孔石墨烯的表征
        3.3.4 以NPN为模板催化合成三维大孔石墨烯材料的表征
    3.4 异质原子掺杂的三维纳米多孔石墨烯在不同的电解质中电化学性能研究
        3.4.1 中性电解质
        3.4.2 碱性电解质
        3.4.3 酸性电解质
    3.5 三维大孔石墨烯在不同的电解质中电压稳定窗口的研究
    3.6 本章小结
第4章 纳米多孔镍催化合成氮掺杂管道状石墨烯负载镍钴双金属氢氧化物
    4.1 引言
    4.2 ntN-NG及ntN基体的结构和形貌表征
    4.3 ntN-NG@NiCo-LDH及ntN@NiCo-LDH的表征
        4.3.1 不同水热沉积时间对镍钴双金属氢氧化物的影响
        4.3.2 ntN-NG及ntN基体对负载NiCo-LDH的影响
    4.4 镍钴双金属氢氧化物的电化学性能研究
        4.4.1 不同沉积时间得镍钴双金属氢氧化物
        4.4.2 不同基体负载镍钴双金属氢氧化物
    4.5 本章小结
第5章 全文结论与创新点
    5.1 全文结论
    5.2 工作创新点
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3016010