基于无机电活性离子交换材料电子/离子传导机理的理论计算及实验研究
发布时间：2022-02-14 03:48
电活性离子交换材料（Electroactive ion exchange materials,EIXMs）是一类通过电化学氧化还原反应产生电子响应的功能材料。将EIXMs制成膜电极,通过调节电极电位,使膜材料在氧化态和还原态之间转变,实现可逆充电和放电过程的同时从溶液中置入或释放离子。由于这种特殊的电控离子交换性能,EIXMs在新能源储存、重金属离子去除、高附加值离子提取等领域得到广泛应用,可有效解决工业化带来的能源危机问题。EIXMs的性能与材料中电子的传导能力和电解液离子在材料内的扩散能力有关,仅依靠实验很难从电子、分子尺度上进行研究,因此借助理论计算手段对设计高性能的EIXMs具有重要的指导意义。本论文采用理论计算结合实验的方法,考察了层状双金属氢氧化物（LDHs）和尖晶石型氧化锰（λ-MnO2）两种无机EIXMs的电子/离子传导机制。含过渡金属元素的LDHs是一种具有层状结构的无机EIXMs,普遍用作超级电容器材料。而不同的过渡金属配比往往使得LDHs表现出不同的电化学性能。本论文中采用单极脉冲电沉积（UPED）方法在碳纸基体上合成了Ni3-x<...
【文章来源】：太原理工大学山西省211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 引言
1.2 无机EIXMs的种类
1.2.1 过渡金属铁氰化物(MHCFs)
1.2.2 过渡金属氧化物(M_xO_y)
1.2.3 过渡金属氢氧化物(M_x(OH)_y)
1.3 无机EIXMs的制备方法
1.3.1 λ-MnO_2的制备方法
1.3.2 LDHs的制备方法
1.4 无机EIXMs的应用
1.4.1 无机EIXMs在超级电容器中的应用
1.4.2 无机EIXMs在电控离子交换中的应用
1.5 无机EIXMs的理论计算研究
1.5.1 无机EIXMs的量化计算研究
1.5.2 无机EIXMs的分子动力学模拟研究
1.6 本课题研究意义及内容
1.6.1 研究意义
1.6.2 研究内容
第二章 理论模拟方法与软件简介
2.1 量子化学计算
2.1.1 密度泛函理论
2.1.2 交换相关能函数
2.1.3 自洽场迭代计算
2.2 分子动力学模拟
2.2.1 分子力场
2.2.2 系综
2.2.3 非键截断距离
2.2.4 周期性边界条件
2.3 MaterialsStudio模拟软件简介
2.3.1 Visualizer模块
2.3.2 CASTEP模块
2.3.3 AmorphousCell模块
2.3.4 Forcite模块
第三章 Ni_(3-x)Co_xAl-LDHs电化学性能的实验及理论计算
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 药品与仪器
3.2.2 电极材料的制备
3.2.3 电极材料的表征
3.2.4 电极材料的电化学性能测试
3.3 模拟计算部分
3.3.1 模型建立
3.3.2 计算参数
3.4 结果与讨论
3.4.1 电子导电性
3.4.2 离子导电性
3.4.3 去质子化作用
3.4.4 材料的表征
3.4.5 电化学性能测试
3.5 本章小结
第四章 λ-MnO_2/rGO复合材料对Li~+电化学吸附性能的理论计算
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 药品与仪器
4.2.2 电极材料的制备
4.2.3 电极材料的电化学性能测试
4.3 计算部分
4.3.1 模型建立
4.3.2 计算参数
4.4 结果与讨论
4.4.1 电子导电性
4.4.2 离子导电性
4.4.3 离子选择性
4.4.4 电化学性能测试
4.5 本章小结
第五章 结论、创新点及展望
5.1 结论
5.2 创新点
5.3 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]超重力反应共沉淀法制备纳米尖晶石锰酸锂[J]. 黄新武,周继承,谢芝柏,廖晶晶,刘思维. 功能材料. 2013(16)
[2]碳毡基NiHCF膜电极电化学控制Cs+分离[J]. 孙斌,郝晓刚,王忠德,张忠林. 化工进展. 2011(S1)
[3]电化学控制的离子交换技术[J]. 肖俊强,郝晓刚. 化学进展. 2010(12)
[4]燃料量和温度对固相燃烧合成LiMn2O4的影响[J]. 郭俊明,刘贵阳,崔茜,何英,王宝森,陈克新. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[5]碳纤维/石墨基电控离子分离NiHCF膜电极制备与表征[J]. 李永国,郝晓刚,马旭莉,张忠林,刘世斌,孙彦平. 功能材料. 2008(06)
博士论文
[1]ZnO掺杂改性的第一性原理研究[D]. 熊志华.南昌大学 2008
本文编号：3624183
【文章来源】：太原理工大学山西省211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 引言
1.2 无机EIXMs的种类
1.2.1 过渡金属铁氰化物(MHCFs)
1.2.2 过渡金属氧化物(M_xO_y)
1.2.3 过渡金属氢氧化物(M_x(OH)_y)
1.3 无机EIXMs的制备方法
1.3.1 λ-MnO_2的制备方法
1.3.2 LDHs的制备方法
1.4 无机EIXMs的应用
1.4.1 无机EIXMs在超级电容器中的应用
1.4.2 无机EIXMs在电控离子交换中的应用
1.5 无机EIXMs的理论计算研究
1.5.1 无机EIXMs的量化计算研究
1.5.2 无机EIXMs的分子动力学模拟研究
1.6 本课题研究意义及内容
1.6.1 研究意义
1.6.2 研究内容
第二章 理论模拟方法与软件简介
2.1 量子化学计算
2.1.1 密度泛函理论
2.1.2 交换相关能函数
2.1.3 自洽场迭代计算
2.2 分子动力学模拟
2.2.1 分子力场
2.2.2 系综
2.2.3 非键截断距离
2.2.4 周期性边界条件
2.3 MaterialsStudio模拟软件简介
2.3.1 Visualizer模块
2.3.2 CASTEP模块
2.3.3 AmorphousCell模块
2.3.4 Forcite模块
第三章 Ni_(3-x)Co_xAl-LDHs电化学性能的实验及理论计算
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 药品与仪器
3.2.2 电极材料的制备
3.2.3 电极材料的表征
3.2.4 电极材料的电化学性能测试
3.3 模拟计算部分
3.3.1 模型建立
3.3.2 计算参数
3.4 结果与讨论
3.4.1 电子导电性
3.4.2 离子导电性
3.4.3 去质子化作用
3.4.4 材料的表征
3.4.5 电化学性能测试
3.5 本章小结
第四章 λ-MnO_2/rGO复合材料对Li~+电化学吸附性能的理论计算
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 药品与仪器
4.2.2 电极材料的制备
4.2.3 电极材料的电化学性能测试
4.3 计算部分
4.3.1 模型建立
4.3.2 计算参数
4.4 结果与讨论
4.4.1 电子导电性
4.4.2 离子导电性
4.4.3 离子选择性
4.4.4 电化学性能测试
4.5 本章小结
第五章 结论、创新点及展望
5.1 结论
5.2 创新点
5.3 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]超重力反应共沉淀法制备纳米尖晶石锰酸锂[J]. 黄新武,周继承,谢芝柏,廖晶晶,刘思维. 功能材料. 2013(16)
[2]碳毡基NiHCF膜电极电化学控制Cs+分离[J]. 孙斌,郝晓刚,王忠德,张忠林. 化工进展. 2011(S1)
[3]电化学控制的离子交换技术[J]. 肖俊强,郝晓刚. 化学进展. 2010(12)
[4]燃料量和温度对固相燃烧合成LiMn2O4的影响[J]. 郭俊明,刘贵阳,崔茜,何英,王宝森,陈克新. 稀有金属材料与工程. 2009(S2)
[5]碳纤维/石墨基电控离子分离NiHCF膜电极制备与表征[J]. 李永国,郝晓刚,马旭莉,张忠林,刘世斌,孙彦平. 功能材料. 2008(06)
博士论文
[1]ZnO掺杂改性的第一性原理研究[D]. 熊志华.南昌大学 2008
本文编号：3624183
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3624183.html
