镍钴层状双金属氢氧化物的可控掺杂及其电化学性能研究
发布时间：2021-08-06 06:05
新能源的开发及利用对电化学能量储存和转换器件提出了新的要求。层状双金属氢氧化物（layer double hydroxides,LDH）是一种理想的赝电容电极材料和电催化分解水催化剂材料,其层板中的过渡族金属阳离子可以作为电化学反应的活性位点,在超级电容器及电催化析氧催化剂方面有广阔的应用前景。但是LDH的电化学反应动力学较为缓慢,电子及离子传导性较差,导致其电化学性能仍旧有较大的提升空间。基于此,本文利用掺杂其它金属离子的手段对NiCo-LDH进行改性,分别制备了钒掺杂的NiCo-LDH作为超级电容器电极材料,以及钌掺杂的NiCo-LDH电催化析氧（oxygen evolution reaction,OER）催化剂材料。本文主要内容如下:利用VCl3作为钒源,采用简单的一步水热法合成了钒掺杂的NiCo-LDH纳米片,探究了掺杂量与电极材料形貌及电化学性能的关系,确定了最佳的掺杂比例（10%at）。钒掺杂改性的NiCo-LDH中的纳米片排布更加致密,孔结构得到优化,电化学储能性能得到提升。在电流密度为1 A g-1时,电极材料的比容量为296...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LDH的结构示意图[7]
惆逯械亩?劢鹗衾胱樱?谝酝?南字斜ǖ赖腖DH中最常用的二价金属阳离子为：Mg2+，Fe2+，Co2+，Cu2+，Ni2+或Zn2+，M3+代表的是板层中的三价金属阳离子，文献中最常见的是Al3+，Cr3+，Ga3+，Mn3+或Fe3+，此外，锂离子和一些四价的金属阳离子也可以引入到LDH的层板之中，甚至多元的LDH也可以被可控合成。通过对合成过程中加入的不同反应物的投料比的调控，LDH的化学成分可以被相对精确地调控，从而可以制备获得有不同化学性质的LDH以满足不同应用的需求。构成LDH层板的金属阳离子如图1.2所示[8]。图1.2LDH层板中的金属阳离子；代表的是在文献中报道过的金属阳离子，代表的是在专利中报道过的金属阳离子，代表的是离子半径和Mg2+偏离大于50%的元素，表示离子半径和Mg2+偏离小于50%的元素，而与此同时，图中某些元素其离子半径既可以表现为小于50%又可以表现为大于50%，这是因为这些元素拥有不同的氧化态[8]。Fig1.2MetalsinLDHlayers.Reportedinjournals,Claimedinpatents,DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＞50%，DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＜50%.SomeelementshaveionicradiusdeviationfromMg2+＞and＜50%,becausetheyexistindifferentoxidationstates.(2)层间的插层阴离子的种类以及数量的可调控性LDH的阴离子吸附能力十分强，这是由于LDH具有十分大的比表面积，且层间距较大，层板带有正电，故而，层板间可以容纳许多不同种类的阴离子，常见的插层阴离子包括CO32-，SO42-，NO3-，Cl-等。此外，层板与阴离子之间的相互作用力较弱，层间空间较为灵活，插层阴离子很容易发生离子交换被交换出来。LDH有极大的阴离子交换能力(anion-exchangecapacities,AEC)。LDHs的阴离子交换能力层?
，同时可以实现LDH与其他导电基底的均匀复合生长，如石墨烯，碳纳米管等。但是，由于尿素水解会在最终的LDH中引入CO32-作为插层阴离子，且对于含Cu2+或者Cr2+的一些LDH样品的合成中受到一些限制，故而文献中也用HMT或者CTAB来代替尿素水解进行反应。以HMT为例，水热中的高温条件，使得HMT更容易分解形成氨，故而可以为水热反应的进行提供更强的碱性环境。与共沉淀相比，水热合成的优势在于它能产生结晶良好，形态均匀的纳米复合材料。通过水热法合成的LDH与导电基底复合的电极材料在电化学领域有非常广阔的应用。下图1.3是常见的水热法合成LDH复合材料的图示[33-36]。图1.3水热法合成NiFe-LDHs/rGO的示意图[33]Fig1.3ThediagramofNiFe-LDHs/rGOpreparedbyhydrothermalreduction
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of novel adsorbent by intercalation of biopolymer in LDH for the removal of arsenic from synthetic and natural water[J]. Hanen Bessaies,Sidra Iftekhar,Bhairavi Doshi,Jamel Kheriji,Mohamed Chaker Ncibi,Varsha Srivastava,Mika Sillanp??,Bechir Hamrouni. Journal of Environmental Sciences. 2020(05)
[2]层状双氢氧化物/聚合物纳米复合材料[J]. 贾潞,马建中,高党鸽,吕斌. 化学进展. 2018(Z1)
[3]High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitor Based on CoAl-LDH and rGO Electrodes[J]. Shuoshuo Li,Pengpeng Cheng,Jiaxian Luo,Dan Zhou,Weiming Xu,Jingwei Li,Ruchun Li,Dingsheng Yuan. Nano-Micro Letters. 2017(03)
本文编号：3325219
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LDH的结构示意图[7]
惆逯械亩?劢鹗衾胱樱?谝酝?南字斜ǖ赖腖DH中最常用的二价金属阳离子为：Mg2+，Fe2+，Co2+，Cu2+，Ni2+或Zn2+，M3+代表的是板层中的三价金属阳离子，文献中最常见的是Al3+，Cr3+，Ga3+，Mn3+或Fe3+，此外，锂离子和一些四价的金属阳离子也可以引入到LDH的层板之中，甚至多元的LDH也可以被可控合成。通过对合成过程中加入的不同反应物的投料比的调控，LDH的化学成分可以被相对精确地调控，从而可以制备获得有不同化学性质的LDH以满足不同应用的需求。构成LDH层板的金属阳离子如图1.2所示[8]。图1.2LDH层板中的金属阳离子；代表的是在文献中报道过的金属阳离子，代表的是在专利中报道过的金属阳离子，代表的是离子半径和Mg2+偏离大于50%的元素，表示离子半径和Mg2+偏离小于50%的元素，而与此同时，图中某些元素其离子半径既可以表现为小于50%又可以表现为大于50%，这是因为这些元素拥有不同的氧化态[8]。Fig1.2MetalsinLDHlayers.Reportedinjournals,Claimedinpatents,DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＞50%，DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＜50%.SomeelementshaveionicradiusdeviationfromMg2+＞and＜50%,becausetheyexistindifferentoxidationstates.(2)层间的插层阴离子的种类以及数量的可调控性LDH的阴离子吸附能力十分强，这是由于LDH具有十分大的比表面积，且层间距较大，层板带有正电，故而，层板间可以容纳许多不同种类的阴离子，常见的插层阴离子包括CO32-，SO42-，NO3-，Cl-等。此外，层板与阴离子之间的相互作用力较弱，层间空间较为灵活，插层阴离子很容易发生离子交换被交换出来。LDH有极大的阴离子交换能力(anion-exchangecapacities,AEC)。LDHs的阴离子交换能力层?
，同时可以实现LDH与其他导电基底的均匀复合生长，如石墨烯，碳纳米管等。但是，由于尿素水解会在最终的LDH中引入CO32-作为插层阴离子，且对于含Cu2+或者Cr2+的一些LDH样品的合成中受到一些限制，故而文献中也用HMT或者CTAB来代替尿素水解进行反应。以HMT为例，水热中的高温条件，使得HMT更容易分解形成氨，故而可以为水热反应的进行提供更强的碱性环境。与共沉淀相比，水热合成的优势在于它能产生结晶良好，形态均匀的纳米复合材料。通过水热法合成的LDH与导电基底复合的电极材料在电化学领域有非常广阔的应用。下图1.3是常见的水热法合成LDH复合材料的图示[33-36]。图1.3水热法合成NiFe-LDHs/rGO的示意图[33]Fig1.3ThediagramofNiFe-LDHs/rGOpreparedbyhydrothermalreduction
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of novel adsorbent by intercalation of biopolymer in LDH for the removal of arsenic from synthetic and natural water[J]. Hanen Bessaies,Sidra Iftekhar,Bhairavi Doshi,Jamel Kheriji,Mohamed Chaker Ncibi,Varsha Srivastava,Mika Sillanp??,Bechir Hamrouni. Journal of Environmental Sciences. 2020(05)
[2]层状双氢氧化物/聚合物纳米复合材料[J]. 贾潞,马建中,高党鸽,吕斌. 化学进展. 2018(Z1)
[3]High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitor Based on CoAl-LDH and rGO Electrodes[J]. Shuoshuo Li,Pengpeng Cheng,Jiaxian Luo,Dan Zhou,Weiming Xu,Jingwei Li,Ruchun Li,Dingsheng Yuan. Nano-Micro Letters. 2017(03)
本文编号：3325219
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