一锅固相反应法制备的碳基纳米材料及其电化学性能研究

发布时间：2017-09-01 01:24

  本文关键词：一锅固相反应法制备的碳基纳米材料及其电化学性能研究

  更多相关文章： 一锅法 固相反应 碳基材料 储锂(钠)性能 电化学电容器

【摘要】：碳基材料由于其化学稳定性高、导电性好等优点,已经在能量储存和转化领域得到了广泛应用,例如,碳基材料用作锂离子电池负极材料、钠离子电池负极材料以及超级电容器电极材料。其中,分级多孔的碳基纳米材料特别是有杂原子掺杂、金属复合的碳基纳米材料作为电极材料表现出了优异的电化学性能。本论文主要采用一锅固相反应法一种简易环保的合成方法,简便地合成了一系列的有杂原子掺杂、金属复合的分级多孔碳基纳米材料。由于该法对环境友好,所制备的碳基纳米材料具有独特的结构和组成,因此,表现出优异的储锂(钠)以及电化学电容性能,展现了该法制备的碳基纳米材料在新能源材料领域中具有广阔的应用前景。本论文主要研究的结论如下：(1)将丁二酮肟和锌盐作为前驱体,分别采用一步法和两步法制备出了两种有氮掺杂的多孔碳材料。用一步法制备的N-C(900℃)纳米材料具有很好的电化学电容器的性能。例如,在0.5 Ag~(-1)的电流密度下,N-C(900℃)纳米材料法拉第电容高达112.2 F g~(-1)。用两步法制备的N-C(700℃)纳米材料,表现出了较好的储锂性能。例如,在100 mAhg~(-1)的充放电速率下,经过100次循环,它的可逆比容量仍然能保持在700.0 mAhg~(-1),这远远高于碳材料的理论比容量(372 mAh g~(-1))。(2)以丁二酮肟和镍盐为前驱体,通过一锅固相反应法一步合成了中空多孔的均匀镶嵌镍的氮掺杂碳复合材料(H-Ni@N-C Network)。再进一步用盐酸酸化后,去除部分Ni,得到含有少量Ni纳米粒子的中空多孔网状结构材料(L-Ni@N-C Network)。将L-Ni@N-C Network纳米材料作为电极材料,它不仅表现出了极佳的储锂性能,也表现出了较好的储钠性能。(3)以邻苯二胺、邻香草醛与钴盐为前驱体,通过一锅固相反应法一步合成了均匀镶嵌有Co纳米粒子的中空凹多面体碳复合纳米材料。此材料的中空结构能有效地缓解充放电过程中的体积膨胀效应,促使了锂离子的快速传输。将它作为锂离子电池负极材料,它表现出了较高的可逆容量、好的循环稳定性以及高的倍率性能。在100 mAhg~(-1)的充放电速率下,经过100次循环,它的可逆比容量仍然能保持在1189.8 mAhg~(-1)。
【关键词】：一锅法 固相反应 碳基材料 储锂(钠)性能 电化学电容器
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 锂离子电池9-11
• 1.2.1 锂离子电池的发展9
• 1.2.2 锂离子电池的基本结构和工作原理9-10
• 1.2.3 锂离子电池的应用和发展10-11
• 1.3 超级电容器11-13
• 1.3.1 超级电容器的基本概念及其发展11
• 1.3.2 超级电容器的基本结构、分类及工作原理11-12
• 1.3.3 超级电容器的特点及应用12-13
• 1.4 固相反应13-14
• 1.4.1 低温固相化学反应法的概况及发展13
• 1.4.2 低温固相化学反应法制备纳米材料的方法13-14
• 1.5 纳米材料14-16
• 1.5.1 纳米材料的定义与分类14-15
• 1.5.2 纳米材料的制备方法15
• 1.5.3 碳纳米材料在电化学领域的应用15-16
• 1.6 本论文的选题依据及研究意义16-18
• 参考文献18-22
• 第2章 多孔碳基纳米材料的制备及其电化学性能-以丁二酮肟与醋酸锌为前驱体22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验试剂22-23
• 2.2.2 N掺杂多孔碳纳米材料的制备23
• 2.2.3 N-C多孔纳米材料的表征23-24
• 2.2.4 电极材料的制备24
• 2.2.5 电池的组装与电化学性能测试24-25
• 2.3 结果与讨论25-35
• 2.3.1 一步法制备的N-C多孔纳米材料的表征及超级电容器性能25-30
• 2.3.2 两步法制备的N-C多孔纳米材料的表征及其储锂性能30-35
• 2.4 小结35-36
• 参考文献36-37
• 第3章 中空多孔碳基纳米材料的制备及其储锂(钠)性能-以丁二酮肟与醋酸镍为前驱体37-50
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-38
• 3.2.1 H-Ni@N-C Network与L-Ni@N-C Network的制备37-38
• 3.2.2 Ni@N-C Network的表征38
• 3.2.3 Ni@N-C Network的电化学性能测试38
• 3.3 结果与讨论38-46
• 3.3.1 Ni@N-C Network的表征及形成机制分析38-44
• 3.3.2 Ni@N-C Network的储锂性能44-46
• 3.3.3 Ni@N-C Network的储钠性能46
• 3.4 小结46-47
• 参考文献47-50
• 第4章 中空凹多面体碳基纳米材料及其储锂性能-以芳香醛、芳香胺及醋酸钴为前驱体50-56
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.2.1 均匀镶嵌有金属Co纳米粒子的中空凹多面体碳复合材料的制备50
• 4.2.2 中空凹多面体Co@N-C复合材料的表征50
• 4.2.3 电极的制备50-51
• 4.2.4 电池的组装与超级性能测试51
• 4.3 结果与讨论51-54
• 4.3.1 中空凹多面体Co@N-C复合材料的制备51-53
• 4.3.2 中空凹多面体Co@N-C复合材料的储锂性能研究53-54
• 4.4 小结54-55
• 参考文献55-56
• 第5章 总结56-57
• 攻读硕士学位期间已发表及待发表的的学术成果57-58
• 致谢58

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本文编号：769102