二维层状材料在超级电容器及其电流变领域的应用研究
发布时间：2021-03-25 01:58
二维纳米材料因其优异的电子、光学和机械性能引起了人们极大的研究兴趣,尤其是双金属氢氧化物（LDH）以及二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）,在储能、电流变、复合材料增强、生物传感器、润滑、光、电化学催化等领域表现出潜在的应用价值。然而由于存在MXenes容易被氧化及LDH的层与层之间堆叠聚集的缺点,在本论文中,我们运用简便方法（水热法、表面氧化等）成功制备了新型的二维层状复合材料,将其应用于超级电容器和电流变领域,并探究其在这两个领域中的应用潜力。本论文中,我们通过水热法在泡沫镍基底合成CoS2纳米片（CoS2@Ni）,然后通过水热法表面生成花状镍铁双氢氧化物（NiFe-LDH）纳米球,制备得到具有花状结构的NiFe-LDH@CoS2@Ni杂化物,可直接用于设计具有出色电容性能的无粘合剂电极。性能测试表明,在10小时水热条件下制备的NiFe-LDH纳米球具有优异的电容性能,当电流密度为2 mA cm-2时,面积比电容高达11.28 F cm-2,质量比电容为3880 F ...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超薄二维(2D)纳米材料及其结构示意图[29]
青岛大学硕士学位论文21.1.1二维层状双氢氧化物(LDHs)简介层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类由两种或两种以上金属元素组成的金属氢氧化物[30]，结构由主层板和层间的阴离子及水分子相互交叠构成，属于水滑石家族，也称为阴离子粘土。它们表现出类似于水镁石结构的三明治结构，由带正电荷的薄片组成，包含二价M2+或三价M3+金属阳离子，并散布有六个平衡OH-[31]。当二价(M2+)阳离子被三价(M3+)取代时，会产生电荷不平衡。因此，正的氢氧化物层与插在薄片之间的负离子(An-)交替出现，从而形成几乎连续的重复(图1.2)。描述该类水滑石结构的一般公式可以用以下通式表示：[[M1-x2+Mx3+(OH)2]x+(An-)x/n]x+mH2O[32]，x＝M3+/(M3++M2+)之比，即摩尔比，在(0.2-0.4)范围内变化。LDHs的主要特征是能够捕获阴离子物质(有机和无机)以构建不同的复合材料[33]。由于组成(层板上的金属离子的种类与比例、阴离子的种类等)易于调变、结构(层数、层间距等)易于调控、并且易于与其他材料复合实现功能化等优点[32,34-36]，其在超级电容器[37-39]、二次电池[40,41]及电催化等能源转换和电化学储能中表现出良好的应用前景；并且，其在从医学到物理学和工程学等的多个领域也展现出非凡的潜力[42]。图1.2层状双氢氧化物(LDHs)的典型结构示意图。[43]Figure1.2Typicalstructurediagramoflayereddoublehydroxides.1.1.2LDHs的合成与应用在过去的几年中，已经报道了一些与LDHs合成有关的研究，讨论了针对不同应用合成LDH的一些简易的方法。在许多制备这些层状固体的方法中，最常用的主要方
?锟商峁└?玫慕峋Ф群透?玫牧＞?控制[47]。J.Liu等人通过共沉淀法合成了ZnCrLDHs/CN杂化复合物，其生长过程如图1.3所示[48]。Cr(NO3)3·9H2O(0.5mM)和Zn(NO3)2·6H2O(1mM)Zn2+/Cr3+摩尔比为2：1，分散到100mL去离子水中以形成混合物，称为化合物A。然后，将g-C3N4(0.8g)混合到Na2CO3(1mM)溶液中，产生一个以B表示的悬浮液。然后，在60℃剧烈搅拌下，在A和B的化合物中滴定NaOH(1M)约30分钟，保持pH＝9.0。ZnCrLDHs/g-C3N4的异质结构是通过将ZnCrLDHs/g-C3N4在350°C下直接煅烧1h来合成的。图1.3杂化ZnCr-CLDH/g-C3N4-C纳米复合材料的制备路线和光催化性能的示意图[48]。Figure1.3Schematicillustrationofthemanufacturemethodandphotocatalyticperformanceofhybridg-C3N4-C(N)/ZnCrCLDHsphotocatalyst.阴离子交换。阴离子交换也是合成LDHs复合物的常用方法，并且对于插入多种
本文编号：3098809
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超薄二维(2D)纳米材料及其结构示意图[29]
青岛大学硕士学位论文21.1.1二维层状双氢氧化物(LDHs)简介层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类由两种或两种以上金属元素组成的金属氢氧化物[30]，结构由主层板和层间的阴离子及水分子相互交叠构成，属于水滑石家族，也称为阴离子粘土。它们表现出类似于水镁石结构的三明治结构，由带正电荷的薄片组成，包含二价M2+或三价M3+金属阳离子，并散布有六个平衡OH-[31]。当二价(M2+)阳离子被三价(M3+)取代时，会产生电荷不平衡。因此，正的氢氧化物层与插在薄片之间的负离子(An-)交替出现，从而形成几乎连续的重复(图1.2)。描述该类水滑石结构的一般公式可以用以下通式表示：[[M1-x2+Mx3+(OH)2]x+(An-)x/n]x+mH2O[32]，x＝M3+/(M3++M2+)之比，即摩尔比，在(0.2-0.4)范围内变化。LDHs的主要特征是能够捕获阴离子物质(有机和无机)以构建不同的复合材料[33]。由于组成(层板上的金属离子的种类与比例、阴离子的种类等)易于调变、结构(层数、层间距等)易于调控、并且易于与其他材料复合实现功能化等优点[32,34-36]，其在超级电容器[37-39]、二次电池[40,41]及电催化等能源转换和电化学储能中表现出良好的应用前景；并且，其在从医学到物理学和工程学等的多个领域也展现出非凡的潜力[42]。图1.2层状双氢氧化物(LDHs)的典型结构示意图。[43]Figure1.2Typicalstructurediagramoflayereddoublehydroxides.1.1.2LDHs的合成与应用在过去的几年中，已经报道了一些与LDHs合成有关的研究，讨论了针对不同应用合成LDH的一些简易的方法。在许多制备这些层状固体的方法中，最常用的主要方
?锟商峁└?玫慕峋Ф群透?玫牧＞?控制[47]。J.Liu等人通过共沉淀法合成了ZnCrLDHs/CN杂化复合物，其生长过程如图1.3所示[48]。Cr(NO3)3·9H2O(0.5mM)和Zn(NO3)2·6H2O(1mM)Zn2+/Cr3+摩尔比为2：1，分散到100mL去离子水中以形成混合物，称为化合物A。然后，将g-C3N4(0.8g)混合到Na2CO3(1mM)溶液中，产生一个以B表示的悬浮液。然后，在60℃剧烈搅拌下，在A和B的化合物中滴定NaOH(1M)约30分钟，保持pH＝9.0。ZnCrLDHs/g-C3N4的异质结构是通过将ZnCrLDHs/g-C3N4在350°C下直接煅烧1h来合成的。图1.3杂化ZnCr-CLDH/g-C3N4-C纳米复合材料的制备路线和光催化性能的示意图[48]。Figure1.3Schematicillustrationofthemanufacturemethodandphotocatalyticperformanceofhybridg-C3N4-C(N)/ZnCrCLDHsphotocatalyst.阴离子交换。阴离子交换也是合成LDHs复合物的常用方法，并且对于插入多种
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