过渡金属氧化物（氧化镍、氧化铁）纳米结构材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-06-21 12:12

  本文关键词：过渡金属氧化物（氧化镍、氧化铁）纳米结构材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源和环境问题一直以来备受关注,为满足日益增长的能源需求,同时避免资源耗竭以及对环境的破坏,锂离子电池(LIBs)和光催化技术应运而生。过渡金属氧化物(TMOs)在能量储存与转化、光催化等领域扮演着极为重要的角色。本文采用纳米化构筑等改性手段,从材料微纳结构设计入手,成功制备了三维级次多孔NiO纳米花以及由金属有机框架(MOFs)衍生的纺锤形Fe2O3/C纳米梭,并分别对它们的锂电性能和光催化性能进行了测试。1.3D级次多孔NiO纳米花的合成及其LIBs性能研究我们以Ni(CH3COO)2-4H2o、六亚甲基四胺(HMTA)、P123为原料,采用水热-热解两步合成法成功制备了三维(3D)级次多孔NiO纳米花,并对产物的物相和微观结构进行了详细的表征。该3D级次NiO纳米花是由NiO多孔纳米片构成,其中,这些纳米片是由许多粒径约为15nm的纳米晶构成。作为LIBs负极材料,NiO纳米花表现出高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。在最初的20圈充放电循环中,容量没有任何衰减,保持为1100mAhg-1,循环50次(电流密度100mA g-1)之后容量还能稳定在845mAhg-1。即使在1000mA g-1大电流密度下,放电容量仍可以达到380mAhg'',与商业化石墨电极比容量相当。NiO纳米花LIBs性能的改善主要是由于材料内部的多孔和疏松结构可以有效缓冲循环过程中电极材料的体积变化对材料造成的破坏,同时多孔NiO纳米片还能够缩短Li+扩散距离,增大电极-电解质溶液接触面积,加速Li+在界面的动力学传输,最终实现倍率性能的提高。2.基于金属有机框架化合物Fe-MIL-88B合成纺锤形多孔Fe2O3/C纳米梭及其在光催化中的应用我们以FeCl3-6H2o、对苯二甲酸(BDC)、 CH3COOH. NaOH为原料,采取一步沉淀法制备了Fe-MIL-88B金属有机框架(MOF)前驱体,随后将前驱体在惰性气氛下热解,得到纺锤形多孔Fe2O3/C纳米梭。经FE-SEM、 TEM微结构分析,此Fe2O3/C纳米梭长约1.51μm,宽约500nm。产物分散性好,大小均一。每个纺锤形Fe2O3/C纳米梭是由许多尺寸小于20nm的纳米晶构成。这些纳米晶在光催化测试中发挥着重要作用,可以增大材料表面积,增加对染料分子的吸附作用。而且以MOFs作前驱体惰性气氛下得到的产物中C与Fe2O3的复合可以起到迅速转移光生电子,防止光生电子和空穴复合的作用,从而可以提高光生载流子浓度,达到提高光催化效率的目的。我们以纺锤形多孔Fe2O3/C纳米梭作为催化剂,研究了模拟太阳光光照条件下溶液中亚甲基蓝(MB)的降解。测试结果显示,当光照210min后,MB降解率达到85.2%,远远高于以商业Fe203和空气气氛下煅烧得到的Fe203纳米梭作为光催化剂时MB的降解率(仅20%和24.4%)。
【关键词】：锂离子电池 负极 氧化镍 三氧化二铁 光催化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-29
• 1.1 锂离子电池简述11-17
• 1.1.1 锂离子电池发展历史11-12
• 1.1.2 锂离子电池工作原理12-13
• 1.1.3 锂离子电池负极储锂机制13-16
• 1.1.4 NiO作为锂离子电池负极研究进展16-17
• 1.2 光催化研究简述17-22
• 1.2.1 光催化机理18-19
• 1.2.2 Fe_2O_3作为光催化材料研究进展19-22
• 1.3 本论文选题的目的和意义22
• 1.4 参考文献22-29
• 第二章 3D级次多孔NiO纳米花的制备及其锂电性能研究29-48
• 2.1 引言29-31
• 2.2 实验部分31-32
• 2.2.1 原料与试剂31
• 2.2.2 制备过程31
• 2.2.3 表征31-32
• 2.2.4 电化学测试32
• 2.3 结果与讨论32-41
• 2.3.1 3D级次多孔NiO纳米花的微观结构32-38
• 2.3.2 3D级次多孔NiO纳米花作为锂离子电池负极的电化学性能38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 2.5 参考文献42-48
• 第三章 基于金属有机框架化合物Fe-MIL-88B合成纳米纺锤形多孔Fe_2O_3/C及其光催化性能研究48-64
• 3.1 引言48-50
• 3.2 实验部分50-51
• 3.2.1 原料与试剂50
• 3.2.2 制备过程50
• 3.2.3 表征50-51
• 3.2.4 光催化测试51
• 3.3 结果与讨论51-58
• 3.3.1 纺锤形多孔Fe_2O_3/C纳米梭的微观结构51-56
• 3.3.2 多孔Fe_2O_3/C纳米梭的光催化性能56-58
• 3.4 本章小结58-59
• 3.5 参考文献59-64
• 结束语64-65
• 致谢65-67
• 攻读硕士期间己发表和待发表的论文67-68
• 附件68

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