锰基氧化物纳米结构薄膜的制备及性能研究

发布时间：2017-08-07 14:27

  本文关键词：锰基氧化物纳米结构薄膜的制备及性能研究

  更多相关文章： MnO CuMnO_2 纳米结构薄膜 锂离子电池 催化

【摘要】：锰基氧化物纳米材料因其组成和性质的多样性,在能源领域和环保领域均具有广阔的应用前景。与纳米粉体材料相比,基于导电基底的纳米结构薄膜材料具有更大的比表面积,更多的活性位点和更快的电荷运输能力,因而表现出更优异的性能。此外纳米结构薄膜材料作为电极材料时还可大大简化电极制备过程；作为催化剂时,容易进行分离回收重复使用,因而在实际应用方面具有更大的优势。本文基于水解-刻蚀机制,通过合理的设计实验方案,采用水热法制备出了基于镍基底的MnO纳米片阵列和基于铜基底的CuMnO2纳米片阵列,并分别研究了它们在锂离子电池和催化降解染料废水中的应用,主要研究内容总结如下：1、以金属镍为基底,以MnSO4作为锰源,通过水热条件下锰离子的水解对金属镍基底的刻蚀和锰基化合物的沉淀,结合后期煅烧还原过程,制备出在镍基底上生长的MnO纳米片阵列结构。通过改变合成反应中使用的锰盐,可以制备出不同形貌的锰前驱薄膜。将所得到的MnO纳米片阵列结构薄膜作为锂离子电池负极材料,测试其电化学储锂性能。结果表明：MnO纳米片阵列薄膜具有很好的循环性能和倍率性能。在0.2 C和5 C下其放电比容量分别为756和414mAhg-1,且在0.2 C下经过200次循环后放电比容量仍然有690 mAh g-1。以所制备的MnO纳米片阵列结构薄膜直接作为负极与三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2成功构建负极受限的MnO/LNCMO锂离子全电池,在0.2 C和10C倍率下放电比容量分别为560和180 mAh g-1,而且在0.2 C下经过50次循环后放电比容量仍保持在516mAh g-1。2、以生长在铜箔上的CuO纳米片阵列为模板,MnCl2溶液为锰源,同样基于水解-刻蚀机制,在水热条件下制备得到CuMnO2纳米片阵列,并将其作为催化剂催化H202氧化降解亚甲基蓝(MB)溶液,研究MB溶液初始浓度、H202用量对催化性能的影响,结果发现当MB浓度为20 mg/L, H2O2用量为0.8 mL时,CuMnO2催化剂的催化性能最佳,而且根据实验结果可知染料浓度在35 mg/L之内时,该催化剂均能起到很好的降解效果(降解率大于90%),浓度高达50 mg/L时,仍能取得不错的催化降解作用(降解率为75.8%)；将自制的CuO纳米片阵列和CuMnO2纳米片阵列两种催化剂用来催化H202氧化降解MB溶液,其降解率分别为：96.24%、30.88%。说明CuMnO2纳米片阵列催化剂对催化H202氧化降解MB染料效果优异。探究CuMnO2纳米片阵列催化剂的稳定性和循环使用性能,结果显示同一片CuMnO2催化剂经过6次重复利用后,MB溶液的降解率有下降趋势较小(首次：96.3%,第五次：92.8%,第6次：87.5%)。此外CuMnO2催化剂能稳定合成出放大的产品,而且相应的大面积的产品在放大体系中仍然具有很好的催化性能,说明CuMnO2催化剂在染料废水的处理方面具有很好的工程应用前景。
【关键词】：MnO CuMnO_2 纳米结构薄膜 锂离子电池 催化
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O484
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• abstract10-17
• 第一章 绪论17-28
• 1.1 前言17-18
• 1.2 锰基氧化物纳米结构薄膜材料制备方法研究进展18-23
• 1.2.1 电化学沉积法18-19
• 1.2.2 化学浴沉积法19-20
• 1.2.3 水热法20-21
• 1.2.4 静电喷雾沉积法21-23
• 1.2.5 射频溅射沉积法23
• 1.3 锰基氧化物纳米结构薄膜材料的相关性能研究进展23-26
• 1.3.1 锰基氧化物纳米结构薄膜在锂离子电池方面的应用24
• 1.3.2 锰基氧化物纳米结构薄膜在超级电容器方面的应用24-25
• 1.3.3 锰基氧化物纳米结构薄膜在环保方面的应用25-26
• 1.4 本课题的选题依据和研究内容26-28
• 1.4.1 本课题的选题依据26-27
• 1.4.2 本课题的研究内容27-28
• 第二章 MnO纳米片阵列的制备及储锂性能研究28-47
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 主要化学试剂与实验仪器29-30
• 2.2.2 样品制备30-31
• 2.2.3 样品表征31
• 2.2.4 电化学性能测试31-32
• 2.3 结果与讨论32-45
• 2.3.1 产物的表征32-35
• 2.3.2 MnO纳米片阵列的形成机理35-37
• 2.3.3 MnO纳米片阵列的电化学性能研究37-39
• 2.3.4 MnO/LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2全电池的构建及电化学性能研究39-42
• 2.3.5 锰氧化物纳米结构薄膜的拓展制备42-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 CuMnO_2纳米片阵列的制备与催化性能研究47-66
• 3.1 引言47-49
• 3.2 实验部分49-53
• 3.2.1 主要化学试剂与实验仪器49-50
• 3.2.2 样品制备50
• 3.2.3 样品表征50-51
• 3.2.4 样品对亚甲基蓝溶液的催化性能测试51-53
• 3.3 结果和讨论53-64
• 3.3.1 产物的表征53-55
• 3.3.2 CuMnO_2纳米片阵列的形成机理55-56
• 3.3.3 CuMnO_2纳米片阵列的催化性能研究56-61
• 3.3.4 CuMnO_2纳米片阵列的合成放大实验及催化性能研究61-64
• 3.4 本章小结64-66
• 第四章 结论和展望66-68
• 4.1 结论66-67
• 4.2 展望67-68
• 参考文献68-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;2011年世界十大科技进展(上)[J];新高考(高三理化生);2012年04期

2 董佳敏;宋玉哲;李旭东;刘国汉;韩根亮;李工农;;金纳米片的低温水相还原法制备及表征[J];甘肃科学学报;2009年04期

3 黄涛;李灿;吴静;周忠强;池泉;刘汉范;;四方形钯纳米片的控制合成[J];中南民族大学学报(自然科学版);2013年03期

4 武慧芳;马艳芸;谢兆雄;;银纳米片的室温合成及其生长机理[J];科学通报;2007年18期

5 罗云清;刘文丛;龚剑;瞿伦玉;;导电聚苯胺纳米片的合成与表征[J];东北师大学报(自然科学版);2008年04期

6 赵玉双;马辉;马淑兰;杨晓晶;;带相反电荷无机纳米片胶体稳定存在的溶剂[J];北京师范大学学报(自然科学版);2009年04期

7 ;上海光机所二维纳米光子学材料研究取得突破[J];中国科学院院刊;2013年06期

8 胡军成;周贤龙;周腾飞;李潇婷;成文戈;;钛酸铋纳米片的合成及其在降解卟啉类分子中的应用[J];中南民族大学学报(自然科学版);2012年01期

9 陈婷婷;陈彩凤;王洪玲;赵玉双;杨胜;马辉;杨晓晶;;聚苯胺修饰石墨烯纳米片的分散行为[J];北京师范大学学报(自然科学版);2011年04期

10 吴玉,徐柏庆;单斜相片状纳米TiO_2的合成和表征[J];科学通报;2005年13期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨晓华;杨化桂;李春忠;;{001}晶面主导的锐钛二氧化钛纳米片的热稳定性研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

2 杨晓晶;;无机纳米片的制备和再配列的进展[A];中国化学会第26届学术年会无机与配位化学分会场论文集[C];2008年

3 刘德宇;叶泽中;林海昕;任斌;田中群;;铜纳米片及其复杂合金纳米结构的合成及应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

4 张东阳;丁书江;Xiong Wen(David)Lou;;二硫化钼纳米片复合材料的制备及其锂离子存储性能[A];中国化学会第28届学术年会第5分会场摘要集[C];2012年

5 虞梦娜;杜祝祝;林进义;解令海;黄维;;萘酰亚胺基有机纳米片的二维生长和纳米复合[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

6 崔聪颖;成英文;李文静;邱翠翠;马厚义;;金纳米片的刻蚀过程及其腐蚀机理[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年

7 张桥;;银纳米片的胶体合成[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会：胶体与界面[C];2014年

8 陈圆;丁欢欢;刘天晴;;层状液晶中金属纳米片的制备[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会：胶体与界面[C];2014年

9 杨海丽;刘益江;周鹏;王启光;梁福鑫;杨振忠;;响应性聚合物/无机复合Janus纳米片的制备及其性能研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题J：高分子复合体系[C];2013年

10 陈小兰;师赛鸽;黄艺专;陈美;汤少恒;莫世广;郑南峰;;不同表面修饰对钯纳米片活体行为的影响[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第05分会：无机化学[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 记者 刘霞;科学家利用超薄沸石纳米片造出高效催化剂[N];科技日报;2012年

2 冯卫东;新型透明塑料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 郭琬;铋系氧酸盐的形貌调控及其光催化性能研究[D];东北师范大学;2015年

2 张文东;BiOBr和C_3N_4的制备、表征及可见光催化氧化罗丹明B性能研究[D];重庆大学;2015年

3 尹莉;氧化钨纳米片与石墨烯基多级复合纳米材料的构筑与气敏性能研究[D];郑州大学;2015年

4 李秀万;氧化锰电极的纳米结构设计、制备及其储锂性能研究[D];兰州大学;2015年

5 刘飞;氮化硼基纳米材料与薄膜的催化剂辅助生长及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 李蓓蓓;富含{001}晶面二氧化钛光催化剂的可控制备及性能研究[D];大连理工大学;2015年

7 朱金保;3d过渡金属氧化物超薄纳米片的合成及其储能性质研究[D];中国科学技术大学;2013年

8 钱红梅;金属、半导体纳米片的调控合成、组装及光电性能研究[D];北京理工大学;2015年

9 胡晨晖;基于层状铌酸钾和α-磷酸锆的光降解和烯烃环氧化催化剂研究[D];南京大学;2013年

10 胡家佳;BiOCI纳米结构的制备、修饰及其光催化性能[D];合肥工业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李涛;基于氧化钨纳米片多级复合纳米结构的制备与光催化性能研究[D];郑州大学;2012年

2 段晓龙;NaInS_2纳米结构的复合体溶剂热分解法制备及其表征[D];大连海事大学;2016年

3 程福星;石墨相氮化碳的剥离及其在光催化中的应用[D];浙江理工大学;2016年

4 赵逢焕;二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能的研究[D];中国海洋大学;2015年

5 王东潇;二氧化钛基纳米光催化剂的合成及其性能研究[D];太原理工大学;2016年

6 田雨;二维纳米材料化学修饰及高性能催化剂构建的理论研究[D];哈尔滨师范大学;2016年

7 王新军;基于二维纳米片复合材料的电化学酶生物传感平台的构建[D];青岛科技大学;2016年

8 居佃兴;氧化锌/锡纳米片/线气敏元件直接构筑及其性能研究[D];济南大学;2015年

9 何志伟;功能化石墨烯纳米片的制备、表征及应用[D];山东理工大学;2015年

10 刘维港;Y/Eu二元系稀土层状氢氧化物纳米片的低温一步合成、层间阴离子交换、热分解行为及其氧化物光功能材料的研究[D];东北大学;2014年

，

本文编号：635159