多孔碳与石墨烯基钴镍双金属的合成及其储能性能研究

发布时间：2017-08-10 17:25

  本文关键词：多孔碳与石墨烯基钴镍双金属的合成及其储能性能研究

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【摘要】：非清洁能源的大量使用,导致了严重的气候和环境问题。气候变暖、环境破坏和污染已经成为人类发展过程中亟待解决的问题。气候与环境问题直接关系着经济社会可持续发展问题。环保能源有助于创造一个可持续发展的未来。能源短缺、匮乏,环境破坏与环境污染以及厄尔尼诺等气候问题开始不断吸引全世界的关注和目光。促使人们找到轻便、环保、成本低的有效途径以解决这些问题。这些研究的一个重要方面是合成一系列功能材料,可用于解决许多的与当前和未来的发展战略相关的挑战。例如,生物质可以转化为碳材料作为替代能源。碳材料是解决许多实际问题的理想材料(如环境污染和温室效应),然而碳材料通常需要繁琐的合成方法且成本高,不利于环保和经济可持续发展,这些缺点限制了碳材料的大规模生产和商业化。因此,为了提高材料的比电容,还选用了金属与碳复合的材料。金属硫化物能够产生赝电容,继而不断提升超电性能。本论文主要研究以下几方面内容:1.以生物质废弃物棕榈壳为原料,通过原位熔融盐模板的方法制备出具有3D结构的多孔碳,独特的结构赋予了多孔碳优异的电容性能,将其用于超级电容器电极材料的研究,表现出优秀的循环稳定性和倍率性能。2.以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,通过溶剂热的方法制备特殊形貌的NiCo_2S_4/RGO-C复合物。对制备的NiCo_2S_4/RGO-C复合物的微观结构进行分析,它是一种表面包覆碳的钴镍双金属硫化物生长在RGO上的结构。将其与电化学测试相结合,研究复合物的超电性能。这种特殊的片层自组装结构显示出优异的超电性能和良好的循环稳定性。3.以六次甲基四胺(HMT)为表面活性剂,采用溶剂热的方法制备出石墨烯基NiCo_2S_4复合材料。探究了微观结构对其性能的影响,它是一种包覆碳的NiCo_2S_4小粒子均匀地长在RGO的片层上,有效激活了电子传递效率。这种独特的微观结构能有效提高材料的比电容以及大电流密度下的充放电循环稳定性。
【关键词】：超级电容器 3D分级多孔碳 原位熔盐模板 生物质棕榈壳 钴镍双金属
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器概述10-15
• 1.2.1 超级电容器的结构与工作原理11-14
• 1.2.2 超级电容器的特点14
• 1.2.3 超级电容器的应用与发展前景14-15
• 1.3 超级电容器电极材料的研究现状15-20
• 1.3.1 碳基电极材料15-19
• 1.3.2 过渡金属氧/硫化物电极材料19-20
• 1.3.3 导电聚合物电极材料20
• 1.4 超级电容器的研究进展20
• 1.5 选题依据20-21
• 1.6 本课题的研究内容21-22
• 第2章 实验材料及表征方法22-25
• 2.1 实验试剂22-23
• 2.2 实验仪器23
• 2.3 表征方法23-24
• 2.3.1 X射线衍射光谱 (XRD)23
• 2.3.2 拉曼光谱（Raman）23
• 2.3.3 N_2吸附-脱附等温线的测定 (BET)23-24
• 2.3.4 X射线光电子能谱 (XPS)24
• 2.3.5 扫描电子显微镜 (SEM)24
• 2.3.6 透射电子显微镜 (TEM)24
• 2.4 电化学测试24-25
• 2.4.1 循环伏安测试（CV）24
• 2.4.2 恒电流充放电测试（GCD）24
• 2.4.3 交流阻抗测试（EIS）24-25
• 第3章 多孔碳的合成及其电化学性能研究25-38
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验部分26-28
• 3.2.1 原位熔盐模板法制备 3D多孔碳26-27
• 3.2.2 超级电容器性能测试27-28
• 3.3 实验结果与讨论28-37
• 3.3.1 结构表征28-33
• 3.3.2 电化学性能33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4 章以PVP为表面活性剂合成石墨烯基钴镍双金属及其电化学性能研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 以PVP为表面活性剂制备NiCo_2S_4/RGO-C复合材料38-39
• 4.2.2 超级电容器性能测试39
• 4.3 实验结果与讨论39-47
• 4.3.1 结构表征39-44
• 4.3.2 电化学性能44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5 章以HMT为表面活性剂合成石墨烯基钴镍双金属及其电化学性能研究48-57
• 5.1 引言48
• 5.2 实验部分48-49
• 5.2.1 以HMT为表面活性剂制备NiCo_2S_4/RGO-C复合材料48-49
• 5.2.2 超级电容器性能测试49
• 5.3 实验结果与讨论49-56
• 5.3.1 结构表征49-54
• 5.3.2 电化学性能54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利情况68-69

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本文编号：651982