钴基氮掺杂碳复合材料的制备及其能量转换与储存的性能研究
发布时间：2022-02-13 19:10
过渡金属-碳复合材料是一类被广泛认为具有良好电化学性能的材料,在能量转换与储存的应用中备受关注。在燃料电池以及锂离子电池领域,钴基碳复合材料至今已经得到一定的研究。因此,寻求一种高效可控的制备方法,用于设计、合成以及调控材料的形貌结构,在决定它们的电化学性能方面具有至关重要的作用。本论文主要通过热分解法和水热法制备两种钴基碳复合材料,系统地研究调控材料形貌以及影响其电化学性能的关键因素。1)Co-Co O@NC/NC的氧还原催化性质:通过对硝酸钴（Co（NO3）2）、葡萄糖以及尿素混合干燥得到的前驱体进行简单的煅烧,制备出一种由氮掺杂碳纳米片（NC）以及氮掺杂碳包覆钴-氧化钴纳米颗粒（Co-Co O@NC）复合的多级结构电催化剂材料。经研究发现,获得的Co-Co O@NC/NC材料具有很高的氧还原反应催化活性。在电催化氧还原性能测试中,Co-Co O@NC/NC的氧还原起始电位为0.961V（vs.RHE）,半波电位为0.868V（vs.RHE）。无论是起始电位还是半波电位均高于大部分已报道的催化剂材料,甚至接近商业化Pt/C催化剂（目前最好的催化剂之一）。另外,Co-Co O@NC/...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酸性和碱性电解质中的氧还原反应电子转移过程示意图
导致燃料电池的 Pt 载量非常高。目前采用的商业化 Pt 催化剂都是将贵金属 Pt 负载到比表面积非常高的碳载体上，从而提高金属 Pt 的利用率，降低了 Pt 载量。尽管如此，图1-2表明Pt贵金属的资源匮乏，Pt催化剂虽然被证实具有较高的氧还原催化性能，但是存在的成本昂贵、稳定性不佳、甲醇耐受性较差等问题，依然是燃料电池商业化应用的严重障碍。
图 1-4 从零维到三维结构的锂离子电池负极材料形貌与结构的演变示意图[re 1-4. Schematic illustration of systematic morphology evolution0 to 3-dimensional architecture of LIB anode materials.[26]年，Sun 等[32]以醋酸钴为原料，在氧化石墨烯上原位生长 CoO 纳米颗粒，graphene 复合材料。该材料在 200 mA g-1的电流下循环500圈后展现出高达10比容量以及出色的长期循环稳定性，表明材料之间构筑的导电网络有利于提的电化学性能以及结构稳定性。Wang 等[33]设计与制备了一种无定形 CoSnO3@种特殊中空结构的复合材料具有较高的可逆容量以及良好的倍率性能，表的协同效应有利于提高材料的倍率性能。另外，Gao 等[34]以硝酸锌和硝酸钴为檬酸和表面活性剂 HMTA 的调控下，合成 ZnCo2O4纳米片/还原氧化石墨烯复合料在 90 mA g-1的电流下循环 100 圈后仍保持 961 mAh g-1的可逆比容量。Y调节反应溶剂的组分和比例，制备一种形貌可控的 CoxMn3-xO4纳米材料。这种大倍率充放电过程中展现出较高的比容量，是一种先进的锂离子电池负极
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能锂离子电池负极多孔CuO/GO纳米片的制备（英文）[J]. 于思琦,石麟,孙春晓,任志敏,付欣欣,范晨尧,钱国栋,王智宇. 稀有金属材料与工程. 2016(S1)
[2]High-energy cathode materials for Li-ion batteries: A review of recent developments[J]. ZHANG YiDi,LI Yi,XIA XinHui,WANG XiuLi,GU ChangDong,TU JiangPing. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[3]α型氧化铁与γ型氧化铁负载氮掺杂碳纳米管高效氧气还原反应催化剂（英文）[J]. 孙猛,张弓,刘会娟,刘洋,李景虹. Science China Materials. 2015(09)
本文编号：3623757
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酸性和碱性电解质中的氧还原反应电子转移过程示意图
导致燃料电池的 Pt 载量非常高。目前采用的商业化 Pt 催化剂都是将贵金属 Pt 负载到比表面积非常高的碳载体上，从而提高金属 Pt 的利用率，降低了 Pt 载量。尽管如此，图1-2表明Pt贵金属的资源匮乏，Pt催化剂虽然被证实具有较高的氧还原催化性能，但是存在的成本昂贵、稳定性不佳、甲醇耐受性较差等问题，依然是燃料电池商业化应用的严重障碍。
图 1-4 从零维到三维结构的锂离子电池负极材料形貌与结构的演变示意图[re 1-4. Schematic illustration of systematic morphology evolution0 to 3-dimensional architecture of LIB anode materials.[26]年，Sun 等[32]以醋酸钴为原料，在氧化石墨烯上原位生长 CoO 纳米颗粒，graphene 复合材料。该材料在 200 mA g-1的电流下循环500圈后展现出高达10比容量以及出色的长期循环稳定性，表明材料之间构筑的导电网络有利于提的电化学性能以及结构稳定性。Wang 等[33]设计与制备了一种无定形 CoSnO3@种特殊中空结构的复合材料具有较高的可逆容量以及良好的倍率性能，表的协同效应有利于提高材料的倍率性能。另外，Gao 等[34]以硝酸锌和硝酸钴为檬酸和表面活性剂 HMTA 的调控下，合成 ZnCo2O4纳米片/还原氧化石墨烯复合料在 90 mA g-1的电流下循环 100 圈后仍保持 961 mAh g-1的可逆比容量。Y调节反应溶剂的组分和比例，制备一种形貌可控的 CoxMn3-xO4纳米材料。这种大倍率充放电过程中展现出较高的比容量，是一种先进的锂离子电池负极
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能锂离子电池负极多孔CuO/GO纳米片的制备（英文）[J]. 于思琦,石麟,孙春晓,任志敏,付欣欣,范晨尧,钱国栋,王智宇. 稀有金属材料与工程. 2016(S1)
[2]High-energy cathode materials for Li-ion batteries: A review of recent developments[J]. ZHANG YiDi,LI Yi,XIA XinHui,WANG XiuLi,GU ChangDong,TU JiangPing. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[3]α型氧化铁与γ型氧化铁负载氮掺杂碳纳米管高效氧气还原反应催化剂（英文）[J]. 孙猛,张弓,刘会娟,刘洋,李景虹. Science China Materials. 2015(09)
本文编号：3623757
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