异质结构纳米复合材料的可控合成及其电化学性能

发布时间：2017-08-15 06:16

  本文关键词：异质结构纳米复合材料的可控合成及其电化学性能

  更多相关文章： 金属泡沫镍基底 核壳结构 纳米复合材料 超级电容器

【摘要】：近年来,随着科学技术的快速发展,能源资源的日益匮乏和人类对能源需求的不断增加,加之环境污染日益严重。解决能源与环境问题最有效的方法之一就是大力发展高效、清洁的可再生能源。而纳米材料作为一种新型能源材料,由于其在热力学、电学、光学等方面表现出了许多传统材料所不具备的优势。特别是在能量存储(超级电容器、锂离子电池、太阳能电池)方面表现出了许多显著的优势。在众多储能器件中,超级电容器作为最重要的储能器件之一,因其具有工作电压高、质量轻、体积小、循环寿命长、充放电速度快以及环境友好等一系列优点。因此,在能量存储方面有很广阔的应用前景。本文主要采用简单的水热合成方法,以金属泡沫镍为基底,实现可控合成三维钼酸镍包覆钴酸镍核壳纳米线(NiCo_2O_4@NiMoO_4)、Co_3O_4@Co MoO_4纳米线阵列、纳米花状NiCo_2O_4@MnMoO_4核壳结构纳米材料、普适性方法合成MCo_2O_4(M=Mn Fe NiCu Zn)纳米线。同时,此类直接生长在金属泡沫镍基底上的纳米复合材料,不仅可以直接作为电极,还可以制备超级电容器。经电化学测试研究,发现此类电极具有良好的电化学性能。主要包括以下具体内容:1、在金属泡沫镍基底上,成功设计合成NiCo_2O_4@NiMoO_4混合纳米线用来制备非对称超级电容器同时实现能量存储,从而得到正电极,用活性炭作为负电极。具有改进的能量存储的组装集成系统(面积比电容在电流密度60 mA-2时6.30 Fcm-2,比电容在电流密度10 mA cm-2时高达1242 F g-2),通过将电位窗口从0 V提高至1.6 V从而增强了其功率密度。这类柔性集成器件可能被用于智能和自供电的、可穿戴、便携式电子产品中。2、通过离子交换水热法在泡沫镍上合成分层Co_3O_4@CoMoO_4核/壳纳米线阵列。Co_3O_4纳米线被具有超薄介孔的CoMoO_4纳米片完全覆盖。通过实验推测它的增长机制是钼酸离子夺取Co_3O_4纳米线上的部分钴离子,并在此基础上进行二次生长。经检测,用其作为超级电容器的电极时,这种独特的Co_3O_4@Co MoO_4核壳复合电极表现出超高的比表面积,几乎是原始Co_3O_4电极的数倍。同时电极表现出较高的比电容(电流密度为1A·g-1时,比电容为1112.51 F·g-1)和出色的循环稳定性。这两个电活性材料的合理组合和合理的阵列配置使其具有卓越的电化学性能。3、在金属泡沫镍上,以简单是水热法合成花状NiCo_2O_4@MnMoO_4纳米材料。实验结果表明,这种特殊的混合电极有较高的比电容,是传统的钴酸镍电极的数倍。电流密度为为1 A g-1时,电极的比电容高达1118 F g-1,并且有显著的循环稳定性(循环5000次,电容量仍然保持在原来电容的88%)。这种卓越的电化学性质归因于两种电极材料的有效结合及合理的结构组合。4、以金属泡沫镍为基底,我们第一次通过离子交换的方法合成了一种独特的层状MCo_2O_4(M=Mn Fe NiCu Zn)纳米线。其中分层的NiCo_2O_4纳米线被用作超级电容器电极,这种电极在1 A g-1电流密度下具有更高的达到1165 F g-1比电容。此外,使用直流电动机可以显示组装对称超级电容器的性能。结果表明分层的MCo_2O_4复合电极材料作为能源储存设备和系统具有巨大的潜力。
【关键词】：金属泡沫镍基底 核壳结构 纳米复合材料 超级电容器
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TB33;TM53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 纳米材料的概述12-14
• 1.1.1 纳米材料的基本概念12
• 1.1.2 核壳纳米材料及其制备方法12-13
• 1.1.3 纳米材料的应用前景13-14
• 1.2 超级电容器的概述14-18
• 1.2.1 超级电容器的基本概念及储能机理14-15
• 1.2.2 超级电容器电极材料的研究现状及存在问题15-16
• 1.2.3 新型储能电极材料的设计及制备16-18
• 1.3 本文研究内容18-19
• 参考文献19-27
• 第二章 三维钼酸镍包覆钴酸镍核壳结构纳米线的电化学能量存储27-44
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.3 结果与讨论30-37
• 2.4 结论37-39
• 参考文献39-44
• 第三章 离子交换法建造独特的Co_3O_4@CoMoO_4核壳结构用于电化学能量储存44-60
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-46
• 3.3 结果与讨论46-55
• 3.4 结论55-56
• 参考文献56-60
• 第四章 基于高性能NiCo2O_4@MnMoO_4核壳纳米花结构在超级电容器中的应用60-72
• 4.1 引言60-61
• 4.2 实验部分61-62
• 4.3 结果与讨论62-68
• 4.4 结论68-69
• 参考文献69-72
• 第五章 一种普适性的方法合成层状MCo_2O_4 (M= Mn Fe NiCu Zn )纳米线在高性能超级电容器中的应用72-87
• 5.1 引言72-73
• 5.2 实验部分73-74
• 5.3 结果与讨论74-81
• 5.4 结论81-82
• 参考文献82-87
• 第六章 总结与展望87-89
• 一、总结87-88
• 二、展望88-89
• 附录：攻读硕士研究生期间发表的论文及获奖情况89-91
• 一、已发表及待发表论文情况89-90
• 二、专利申请情况90
• 三、获奖情况90-91
• 致谢91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 唐伟家;导电纳米复合材料[J];合成材料老化与应用;2001年02期

2 李兴田;聚酰胺6纳米复合材料的新进展[J];化学工业与工程技术;2001年02期

3 李淑玉;导电纳米复合材料[J];建材工业信息;2001年10期

4 ;可溶性纳米复合材料[J];技术与市场;2001年04期

5 钱红梅,郝成伟;粘土/有机纳米复合材料的研究进展[J];皖西学院学报;2002年02期

6 王珂,朱湛,郭炳南;聚对苯二甲酸乙二醇酯/蛭石纳米复合材料的制备[J];应用化学;2003年07期

7 钟厉,韩西;纳米复合材料的研究应用[J];重庆交通学院学报;2003年03期

8 金延;纳米复合材料及应用[J];金属功能材料;2004年06期

9 ;美国纳米复合材料需求将增长[J];橡塑技术与装备;2008年03期

10 赵中坚;王强华;;汽车中的纳米复合材料:研究活动及商业现状[J];玻璃钢;2008年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 肖红梅;杨洋;李元庆;郑斌;付绍云;;功能纳米复合材料研究进展[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（上册）[C];2008年

2 葛岭梅;周安宁;李天良;曲建林;;矿物纳米复合材料的研究进展[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（上册）[C];2001年

3 马永梅;;塑料/膨润土纳米复合材料市场应用[A];2003年中国纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2003年

4 陈洁;徐晓楠;杨玲;;纳米复合材料的阻燃研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

5 赵海波;徐波;王俊胜;王玉忠;;主链含磷阻燃共聚酯/硫酸钡纳米复合材料的研究[A];2009年中国阻燃学术年会论文集[C];2009年

6 张忠;;多级次多尺度纳米复合材料力学性能研究[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年

7 卢小泉;;基于纳米复合材料的电化学生物传感器[A];第六届海峡两岸分析化学会议摘要论文集[C];2010年

8 周安宁;杨伏生;曲建林;李天良;葛岭梅;;矿物纳米复合材料研究进展[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2001年

9 上官文峰;;纳米复合材料的构筑及其光催化性能[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年

10 林鸿福;;加速聚合物/粘土纳米复合材料的产业化进程[A];浙江省科协学术研究报告——浙江优势非金属矿产资源的开发利用研究论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 宋玉春;纳米复合材料能否风行？[N];中国石化报;2005年

2 李闻芝;纳米复合材料产业化研讨会将开[N];中国化工报;2004年

3 李伟;汽车用上纳米复合材料部件[N];中国化工报;2004年

4 渤海投资 周延;武汉塑料 突破60日均线压制[N];证券时报;2004年

5 唐伟家 吴汾 李茂彦;尼龙纳米复合材料的开发和市场[N];中国包装报;2008年

6 华凌;纳米复合材料提升自充电池性能[N];中国化工报;2014年

7 塑化;聚合物系纳米复合材料发展前景广阔[N];国际商报;2003年

8 唐伟家 吴汾 李茂彦;尼龙纳米复合材料的开发和包装应用[N];中国包装报;2008年

9 本报记者 王海霞;纳米复合材料将广泛应用到新能源领域[N];中国能源报;2009年

10 刘霞;高效存储氢的纳米复合材料研制成功[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李念武;锂硫二次电池用碳基含硫正极材料的研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 夏雷;尼龙6及其纳米复合材料的热氧稳定性研究[D];浙江大学;2013年

3 杜青青;高效荧光碳点合成及其功能复合材料研究[D];山东大学;2015年

4 刘江涛;四种纳米复合材料的制备及其电化学和电化学传感研究[D];西北大学;2015年

5 李苏原;SnO_2/C纳米复合材料的制备及其储锂性能研究[D];兰州大学;2015年

6 郭改萍;环境友好大豆蛋白质材料改性研究[D];北京化工大学;2015年

7 孙逊;新型介孔无机物/聚苯胺纳米复合材料的制备及其性能研究[D];兰州大学;2012年

8 卜小海;螺旋聚炔基纳米复合材料的制备及其红外辐射性能研究[D];东南大学;2015年

9 刘晓艳;氧化锌及硒化锌基纳米复合材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2016年

10 宋健;基于无机纳米复合材料和有机薄膜材料的生物传感器研究[D];吉林大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 易华玉;纳米复合材料和酶放大构建凝血酶电化学适体传感器的研究[D];西南大学;2015年

2 于丹;BaTiO_3基介电陶瓷和纳米复合材料的制备及性能研究[D];浙江大学;2015年

3 王超;PVC纳米复合材料的制备及其性能研究[D];河北大学;2015年

4 谭丽莎;功能化磁性纳米复合材料的制备及其对Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的选择性去除研究[D];浙江大学;2015年

5 杜青;锆基纳米复合材料深度净化水体中的微量重金属[D];燕山大学;2015年

6 王正奇;硫化锌纳米复合材料的制备、表征及性质研究[D];陕西科技大学;2015年

7 明洪涛;TiO_2/Au核壳纳米复合材料的制备及其光学性质研究[D];东北师范大学;2015年

8 赵元旭;多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的制备与性能研究[D];郑州大学;2015年

9 孙艺铭;金/碳纳米复合材料生物传感器检测多药耐药基因MDR1及其表达蛋白ABCB1的实验研究[D];福建医科大学;2015年

10 陈亚;基于碳纳米复合材料及β-环糊精对手性小分子识别研究[D];西南大学;2015年

，

本文编号：676639