二氧化锡纳米复合材料的设计合成及其光电化学性能研究

发布时间：2017-09-29 19:05

  本文关键词：二氧化锡纳米复合材料的设计合成及其光电化学性能研究

  更多相关文章： SnO_2 纳米复合材料 掺杂 光催化 电化学储锂性能

【摘要】：SnO_2是一种宽禁带的n型半导体材料,由于其具有优良的稳定性、光学性能、催化性能和很高的储锂容量,使其在多种领域有着广泛的应用。但是SnO_2材料在实际应用中,仍然存在一些问题,比如光催化过程中对可见光的低响应性;在锂离子电池应用上,充放电过程材料结构的易崩塌,这些都阻碍了其在光电化学方面的应用。本文通过对SnO_2纳米材料结构的设计合成,采用包覆、复合和掺杂等手段以改善它的光电化学性能(光催化性能和电化学储锂性能)。主要研究内容包括:1.中空CuO@SnO_2微球的制备及其光电化学性能的研究采用SiO_2微球为模板剂在水热条件下制备获得SnO_2@SiO_2微球,然后通过浸渍、陈腐、煅烧、蚀刻等一系列过程实现CuO包覆,制备获得中空CuO@SnO_2微球,并对产物进行光电化学性能的研究。结果显示,相对于SnO_2微球而言,中空CuO@SnO_2微球具有良好的光催化活性和电化学储锂性能,这归功于CuO的引入。在光催化方面,CuO的包覆不仅拓宽了光谱的吸收范围还提高了光生载流子的分离,从而提高的光催化降解的效率;在储锂性能方面,CuO包覆增强了电荷迁移能力和提供电极支撑材料来减缓SnO_2负极材料结构坍塌,从而提高了SnO_2负极材料电化学储锂性能。2.SnO_2/C微球复合物的制备及其电化学储锂性能的研究采用水热法制备的碳微球在Sn Cl2水溶液中浸渍、陈腐,再经过惰性气氛煅烧制备获得SnO_2/C微球复合物。电化学测试结果表明,制备出的SnO_2/C微球复合物相比于C微球表现出更高可逆容量,而相比于SnO_2纳米晶粒则具有更好的循环性能。这是由于SnO_2纳米晶粒和碳微球复合后,不但在电荷迁移能力方面得到了有效改善,而且在牺牲一部分容量的前提下,碳微球有效抑制了SnO_2结构的坍塌从而获得了较好的结构稳定性。3.Zn掺杂SnO_2纳米结构的制备及其光催化性能的研究采用一步水热法制备获得Zn掺杂SnO_2纳米结构,并对产物进行光催化性能研究。结果表明,在水热反应的高温高压条件下,Zn掺杂后的合成制备过程中发生晶体晶格的定向生长,但并没有改变SnO_2纳米结构原有的晶格点阵。相对于纯SnO_2样品,Zn掺杂SnO_2样品具有良好的光催化活性,这归因于Zn的掺杂增加晶格有序度,提高光生载流子的迁移速率;掺杂形成的缺陷在表面增加了反应活性位点;掺杂后形成许多氧空位,使得电子迁移过程中发生自陷捕获,从而提高了光生载流子的分离。
【关键词】：SnO_2 纳米复合材料 掺杂 光催化 电化学储锂性能
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TB33
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 1 绪论16-31
• 1.1 引言16
• 1.2 SnO_2纳米材料16-22
• 1.2.1 纳米材料概述16-17
• 1.2.2 SnO_2纳米材料制备17-20
• 1.2.3 SnO_2纳米材料性能20-21
• 1.2.4 SnO_2纳米材料应用21-22
• 1.3 SnO_2光催化性能22-26
• 1.3.1 光催化原理22-24
• 1.3.2 SnO_2光催化材料的研究进展24-26
• 1.4 SnO_2电化学储锂性能26-29
• 1.4.1 储锂机理26-27
• 1.4.2 SnO_2负极材料的研究进展27-29
• 1.5 本课题的研究内容和意义29-31
• 2 实验部分31-39
• 2.1 实验药品与仪器31-33
• 2.1.1 主要实验药品31-32
• 2.1.2 实验仪器和设备32-33
• 2.2 实验方法33-35
• 2.2.1 SiO_2为模板剂制备中空CuO@SnO_2微球33-34
• 2.2.2 制备SnO_2/C微球复合物34-35
• 2.2.3 水热法制备Zn掺杂SnO_2纳米结构35
• 2.3 材料分析测试35-36
• 2.4 光催化性能测试36-37
• 2.5 电化学储锂性能测试37-39
• 3 SiO_2为模板剂制备中空CuO@SnO_2微球39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 中空CuO@SnO_2微球的制备39-40
• 3.3 实验结果与讨论40-53
• 3.3.1 SiO_2模板剂的表征40-41
• 3.3.2 中空CuO@SnO_2微球的结构形貌表征41-44
• 3.3.3 紫外-可见漫反射光谱分析44-45
• 3.3.4 光催化测试45-50
• 3.3.5 电化学储锂性能50-53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 SnO_2/C微球复合物55-64
• 4.1 引言55
• 4.2 SnO_2/C微球复合物的制备55-56
• 4.3 实验结果与讨论56-62
• 4.3.1 产物结构形貌表征56-58
• 4.3.2 循环伏安测试58-60
• 4.3.3 充放电循环测试60-62
• 4.3.4 电化学阻抗（EIS）测试62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 一步水热法制备Zn掺杂SnO_2纳米结构64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 Zn掺杂SnO_2纳米结构的制备64
• 5.3 实验结果与讨论64-72
• 5.3.1 材料的结构形貌表征64-67
• 5.3.2 紫外-可见漫反射光谱分析67-68
• 5.3.3 光催化性能68-72
• 5.4 本章小结72-74
• 6 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-84
• 作者简历84-85

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