钒氧化物及其复合物的水热合成与电化学性能研究

发布时间：2017-06-20 23:11

  本文关键词：钒氧化物及其复合物的水热合成与电化学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器具有循环寿命长、较高的能量密度和功率密度等优点,因此在电动汽车、移动通讯、电子产品等领域中已经得到广泛的应用。对超级电容器的研究主要集中在寻找性能较好的电极材料方面。钒氧化物资源丰富,种类较多,具有良好的反应活性,适合用作超级电容器的电极材料。在众多钒氧化物中,研究较多的是单一价态的V2O5和VO2,但是它们的循环性能较差,需要进一步改善提高。由于V2O5是n型半导体,混合价态的钒氧化物比单一价态的有更高的导电率,从而改善其循环性能。本文以V2O5粉末原料,首次以葡萄糖和MnSO_4为还原剂,利用简单的水热法制备了混合价态的V_(10)O_(24)·10H_2O及其复合物,并研究了它们在中性水系电解液中的电容性能。结果表明,V_(10)O_(24)·10H_2O及其复合物的电容性能明显优于单一价态的钒氧化物。具体结果如下:(1)首次以葡萄糖为还原剂,水热温度为100°C时制备得到V_(10)O_(24)·10H_2O,并研究了其在水系电解液中的电容性能。在1 M KNO3电解液中、电压窗口为(-0.3-0.7)V下,V_(10)O_(24)·10H_2O电极的比电容为187.3 F·g-1,1000次循环后的比电容保持率92.8%。在此制备过程中,水热温度和还原剂的量是决定产物价态的关键因素。当水热温度为80°C时,得到V2O5·H2O纳米带;当水热温度为120°C时,得到VO2·0.7H2O纳米带;它们的电容性能特别差。当葡萄糖量为0.125 g时,反应进行的程度很小,主要成分为V2O5;葡萄糖量为0.5 g时,也得到V_(10)O_(24)·10H_2O,但其电容性能变差。因此,制备V_(10)O_(24)·10H_2O的最佳水热温度为100°C,最佳葡萄糖量为0.25 g。(2)为进一步改善V_(10)O_(24)·10H_2O的电容性能,以葡萄糖为还原剂水热合成了掺杂不同比例石墨烯的V_(10)O_(24)·10H_2O/rGO复合材料,并研究了其电容性能。结果表明,掺杂0.025 g石墨烯的V_(10)O_(24)·10H_2O/rGO电极的电容性能好于纯的V_(10)O_(24)·10H_2O电极。在1 M KNO3电解液中、电压窗口为(-0.3-0.7)V下,V_(10)O_(24)·10H_2O/rGO的最大比电容为196.3 F·g-1,1000次循环后比电容保持率为97.3%。当石墨烯的掺杂量为0.05 g,比电容明显降低。最大比电容为157.4 F·g-1,1000次循环后比电容保持率为90.8%。因此,制备V_(10)O_(24)·10H_2O/rGO的最佳石墨烯掺杂量为0.025 g。(3)首次以MnSO_4为还原剂,水热温度为140°C时制备得到V_(10)O_(24)·10H_2O,并研究了其在水系电解液中的电容性能。结果表明,在电压窗口为(-0.2-0.9)V、1 M KNO3中性溶液为电解液条件下,V_(10)O_(24)·10H_2O电极展现出最大比电容为157.0F·g-1;1000次循环后比电容保持率为97.6%;3000次循环后比电容保持率为90.4%。与前面葡萄糖辅助制得的V_(10)O_(24)·10H_2O相比,MnSO_4辅助剂制得V_(10)O_(24)·10H_2O的比电容值稍稍小一些。综上所述,电容性能最好的是石墨烯掺杂量为0.025 g的V_(10)O_(24)·10H_2O/rGO复合材料;其次是以0.25 g葡萄糖为还原剂、水热温度为100°C时制备得到V_(10)O_(24)·10H_2O;较差的是以MnSO_4为还原剂、水热温度为140°C时制备得到V_(10)O_(24)·10H_2O。
【关键词】：V_(10)O_(24)·10H_2O 水热法 葡萄糖 MnSO_4 石墨烯
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53;TB33
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 前言10-24
• 1.1 超级电容器概述10-12
• 1.1.1 超级电容器的结构与特点10-12
• 1.1.2 超级电容器的应用12
• 1.2 超级电容器的分类12-13
• 1.2.1 双电层电容器和赝电容电容器12-13
• 1.2.2 对称和非对称超级电容器13
• 1.3 超级电容器的电极材料13-18
• 1.3.1 碳材料14-15
• 1.3.2 过渡金属氧化物15-18
• 1.4 超级电容器的电解质18-19
• 1.4.1 水系电解质18
• 1.4.2 有机系电解质18-19
• 1.4.3 离子液体电解质19
• 1.4.4 固体电解质19
• 1.5 电化学表征19-21
• 1.5.1 循环伏安法19-20
• 1.5.2 恒流充放电法20-21
• 1.6 本论文的选题意义及主要内容21-24
• 1.6.1 本论文的选题意义21-22
• 1.6.2 本论文的主要内容22-24
• 第2章 葡萄糖辅助水热合成不同价态钒氧化物及其电容性能24-39
• 2.1 引言24-26
• 2.2 不同温度下制备的钒氧化物及其电容性能26-33
• 2.2.1 实验部分26-27
• 2.2.2 结果与讨论27-32
• 2.2.3 本节结论32-33
• 2.3 不同葡萄糖的量制备的钒氧化物及其电容性能33-38
• 2.3.1 实验部分33
• 2.3.2 结果与讨论33-38
• 2.3.3 本节结论38
• 2.4 本章结论38-39
• 第3章 葡萄糖辅助水热合成V_(10)O_(24)·10H_2O/rGO及其电容性能39-46
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40
• 3.2.1 复合材料的制备40
• 3.2.2 复合材料的表征40
• 3.2.3 复合电极的制备40
• 3.2.4 复合电极的电化学性能测试40
• 3.3 结果与讨论40-45
• 3.3.1 XRD分析40-41
• 3.3.2 SEM分析41
• 3.3.3 循环伏安测试41-42
• 3.3.4 恒流充放电测试42-45
• 3.4 结论45-46
• 第4章 MnSO_4辅助水热合成V_(10)O_(24)·10H_2O及其电容性能46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.2.1 样品的制备46
• 4.2.2 样品的表征46
• 4.2.3 V_(10)O_(24)·10H_2O电极制备46
• 4.2.4 V_(10)O_(24)·10H_2O电极的电化学性能测试46-47
• 4.3 结果与讨论47-54
• 4.3.1 XRD分析47
• 4.3.2 XPS分析47-48
• 4.3.3 EDS分析48
• 4.3.4 TG分析48-49
• 4.3.5 SEM分析49
• 4.3.6 循环伏安测试49-51
• 4.3.7 恒流充放电测试51-54
• 4.4 结论54-55
• 第5章 结论与展望55-58
• 5.1 本论文的结论55-56
• 5.2 本论文工作新颖之处56
• 5.3 今后工作展望56-58
• 参考文献58-66
• 致谢66-69
• 攻读硕士期间研究成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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  本文关键词：钒氧化物及其复合物的水热合成与电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：467131