蜂窝状钴镍基纳米材料：形貌调控，表面改性及电化学性能
发布时间：2021-09-29 02:45
过渡金属钴镍基化合物有优秀的电化学性能,可作为超级电容器电极材料和电解水催化剂。本文系先后利用双溶剂热法、水热法、室温硫化工艺以及化学气相淀积法等合成多种结构的钴镍基化合物,系统地对产物的微观形貌和电化学特性进行了表征和测量,并深入研究了一些重要结构的形成机制。主要工作及研究结论如下:（1）利用乙二醇基双溶剂,通过溶剂热法获得了多种形貌的硫化钴镍,发现硫化钴镍的形貌对其氧化还原反应产生较大影响。蜂窝状多孔材料的比电容值在1 A/g条件下达到1464 F/g,在5 A/g的电流密度下,循环2000圈,电容保持率仍能达到87%。此外,还探明了蜂窝状结构的形成过程,该结构的形成与水压导致的壳体破裂有关。利用丙三醇基双溶剂热法,无法获得蜂窝结构,但通过调控合成时间,可获得不同结晶性的硫化钴镍。用作电极材料,硫化钴镍硫（NiCo2S4-GE-3）在1A/g条件下拥有比电容为1816 F/g。可见,形貌和结晶性优化,均能改善硫化钴镍的电容性能。（2）基于乙二醇+异丙醇双溶剂热法,获得石墨烯包覆蜂窝状硫化钴镍复合材料。该材料的比电容在1A/g条件下为124...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器示意图[5]
硕士学位论文6结构不仅能够为能量存储提供大量的电化学活性位点，而且拥有良好的电子传递性能，NiCo2S4@泡沫镍电极在20mA/cm2的电流密度下，面积比电容可达到10.15F/cm2，且当电流密度增大到100mA/cm2时，面积电容仍然为7.29F/cm2，显示出优异的电容保持率;电流密度为20mA/cm2，充放电5000次，电容保持率是72.5%，显示出NiCo2S4@泡沫镍电极良好的循环稳定性。1.3钴镍基水电催化分解水概述(SummarizeofelectrocatalyticdecompositionofwaterinCobaltNickelbasedmaterials)1.3.1电催化分解水简介电催化分解水过程是借助直流电的作用，使水分子发生分解反应，在阴极通过还原水形成氢气，在阳极则通过氧化水形成氧气。在研究中，电解水的过程可以看作为两个半反应，即阴极上的还原析氢反应，其热力学平衡电位为0V，和阳极上的析氧反应，其热力学平衡电位为1.23V。由于电解水过程中存在着由电解液电阻，隔膜电阻，电极电阻等产生的电阻电压降，阴极，阳极材料极化产生的过电势等因素，电解水所需要的直流电压一般远大于水的理论分解电压，实际生产中电解水过程所需要的外加启动电压大约为1.8~2.0V。为了降低电解水过程中电能损耗，可通过减少反应体系电阻，降低电极材料的极化过电位来实现。电催化反应是由阴极析氢反应（Hydrogenevolutionreaction,HER）和阳极析氧反应（Oxygenevolutionreaction,OER）构成(图1-2)[37]。阳极反应为：4OH-=2H2O+O2+4e-，阴极反应为：4e-+4H2O=2H2+4OH-。图1-2电催化分解水示意图[37]Figure1-2Schematicdiagramoftheelectrocatalyticdecompositionofwater[37]1.3.2电催化分解水原理电解水过程中，对电极施加电压从而释放出H3O+，游离的H3O+被吸附在催
3双有机溶剂体系合成蜂窝状硫化钴镍及电化学特性193.3乙二醇溶剂体系中硫化钴镍的表征(CharacterizationofCobaltnickelsulfidesynthesizedbyEthyleneglycolsolventsystem)3.3.1X-射线衍射及能谱分析图3-1（a,b）为不同比例或类型双溶体系制备得到的不同形貌NiCo2S4-EI-1，NiCo2S4-EI-2，NiCo2S4-EI-3，NiCo2S4-EI-4，NiCo2S4-EI-5，NiCo2S4-GI，NiCo2S4-EM，NiCo2S4-EA的X射线衍射光谱。在15~70°范围内，所有样品在26.83°，31.59°，38.32°，50.46°和55.33°处具有相同的衍射峰，与卡片PDF-20-0782)相吻合，分别对应(220)，(311)，(400)，(511)和(440)晶面，判断为NiCo2S4化合物[54-55]。图3-1不同比例或类型双溶剂体系中硫化钴镍的XRD图Figure3-1XRDpatternsofcobalt-nickelsulfideindifferentproportionsortypesofdoublesolventsystems3.3.2扫描电子显微镜分析样品NiCo2S4-EI-1，NiCo2S4-EI-2，NiCo2S4-EI-3，NiCo2S4-EI-4，NiCo2S4-EI-5，NiCo2S4-GI，NiCo2S4-EM，NiCo2S4-EA的扫描电子显微分析如图3-2所示。从图3-2（a~e）可以观察到，NiCo2S4-EI-1呈现小的粒状结构（图3-2（a））。NiCo2S4-EI-2样品显示具有约200nm直径的球状形貌（图3-2（b）），并且少量球体表面因破裂形成的孔，此为空心球结构。有趣地是，样品NiCo2S4-EI-3则呈现出了蜂窝状形态（图3-2（c））并且具有较大的比表面积。由图3-2（d，e）中显示，随着EG的增多和IPA的减少，样品的形貌为蜂窝状趋向颗粒结构。特别地，仅用EG溶剂获得的NiCo2S4-EI-5样品呈现不等尺寸的颗粒结构（图3-2（e））。图3-2（f~h）描述了使用其它溶剂获得样品的形貌。它们依旧表现出了直径约200nm的不规则颗粒结构。?
本文编号：3413043
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器示意图[5]
硕士学位论文6结构不仅能够为能量存储提供大量的电化学活性位点，而且拥有良好的电子传递性能，NiCo2S4@泡沫镍电极在20mA/cm2的电流密度下，面积比电容可达到10.15F/cm2，且当电流密度增大到100mA/cm2时，面积电容仍然为7.29F/cm2，显示出优异的电容保持率;电流密度为20mA/cm2，充放电5000次，电容保持率是72.5%，显示出NiCo2S4@泡沫镍电极良好的循环稳定性。1.3钴镍基水电催化分解水概述(SummarizeofelectrocatalyticdecompositionofwaterinCobaltNickelbasedmaterials)1.3.1电催化分解水简介电催化分解水过程是借助直流电的作用，使水分子发生分解反应，在阴极通过还原水形成氢气，在阳极则通过氧化水形成氧气。在研究中，电解水的过程可以看作为两个半反应，即阴极上的还原析氢反应，其热力学平衡电位为0V，和阳极上的析氧反应，其热力学平衡电位为1.23V。由于电解水过程中存在着由电解液电阻，隔膜电阻，电极电阻等产生的电阻电压降，阴极，阳极材料极化产生的过电势等因素，电解水所需要的直流电压一般远大于水的理论分解电压，实际生产中电解水过程所需要的外加启动电压大约为1.8~2.0V。为了降低电解水过程中电能损耗，可通过减少反应体系电阻，降低电极材料的极化过电位来实现。电催化反应是由阴极析氢反应（Hydrogenevolutionreaction,HER）和阳极析氧反应（Oxygenevolutionreaction,OER）构成(图1-2)[37]。阳极反应为：4OH-=2H2O+O2+4e-，阴极反应为：4e-+4H2O=2H2+4OH-。图1-2电催化分解水示意图[37]Figure1-2Schematicdiagramoftheelectrocatalyticdecompositionofwater[37]1.3.2电催化分解水原理电解水过程中，对电极施加电压从而释放出H3O+，游离的H3O+被吸附在催
3双有机溶剂体系合成蜂窝状硫化钴镍及电化学特性193.3乙二醇溶剂体系中硫化钴镍的表征(CharacterizationofCobaltnickelsulfidesynthesizedbyEthyleneglycolsolventsystem)3.3.1X-射线衍射及能谱分析图3-1（a,b）为不同比例或类型双溶体系制备得到的不同形貌NiCo2S4-EI-1，NiCo2S4-EI-2，NiCo2S4-EI-3，NiCo2S4-EI-4，NiCo2S4-EI-5，NiCo2S4-GI，NiCo2S4-EM，NiCo2S4-EA的X射线衍射光谱。在15~70°范围内，所有样品在26.83°，31.59°，38.32°，50.46°和55.33°处具有相同的衍射峰，与卡片PDF-20-0782)相吻合，分别对应(220)，(311)，(400)，(511)和(440)晶面，判断为NiCo2S4化合物[54-55]。图3-1不同比例或类型双溶剂体系中硫化钴镍的XRD图Figure3-1XRDpatternsofcobalt-nickelsulfideindifferentproportionsortypesofdoublesolventsystems3.3.2扫描电子显微镜分析样品NiCo2S4-EI-1，NiCo2S4-EI-2，NiCo2S4-EI-3，NiCo2S4-EI-4，NiCo2S4-EI-5，NiCo2S4-GI，NiCo2S4-EM，NiCo2S4-EA的扫描电子显微分析如图3-2所示。从图3-2（a~e）可以观察到，NiCo2S4-EI-1呈现小的粒状结构（图3-2（a））。NiCo2S4-EI-2样品显示具有约200nm直径的球状形貌（图3-2（b）），并且少量球体表面因破裂形成的孔，此为空心球结构。有趣地是，样品NiCo2S4-EI-3则呈现出了蜂窝状形态（图3-2（c））并且具有较大的比表面积。由图3-2（d，e）中显示，随着EG的增多和IPA的减少，样品的形貌为蜂窝状趋向颗粒结构。特别地，仅用EG溶剂获得的NiCo2S4-EI-5样品呈现不等尺寸的颗粒结构（图3-2（e））。图3-2（f~h）描述了使用其它溶剂获得样品的形貌。它们依旧表现出了直径约200nm的不规则颗粒结构。?
本文编号：3413043
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3413043.html
