新型碳基二维纳米材料的制备及其在储能器件中的应用

发布时间：2017-06-20 20:19

  本文关键词：新型碳基二维纳米材料的制备及其在储能器件中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于碳的二维纳米材料在储能器件中的应用已引起了科学家们的研究热潮。二维纳米材料因其具有独特的物理性质在电化学储能领域展现了巨大的应用潜能,目前已经有较多的报道。二维纳米材料的长宽没有限制,远远大于纳米级的厚度,能有效提高电子的传输流量和速率。制备二维纳米片的方法主要有三种：机械剥离法、自组装法和模板法,其中模板法由于操作简单,结构可控,是目前最常用的方法。但是,目前基于碳的二维纳米材料的合成结构可控性较差、功能性不强。因此本论文主要介绍了以模板法来制备不同结构的基于碳的二维纳米材料,并且对这些材料进行了结构表征和性能测试。具体的研究内容有：(1)以氧化石墨烯(GO)作为模板,首先,苯胺单体吸附到GO表面原位聚合,得到聚苯胺包覆GO的二维纳米片(PANI-GO):其次，将其再次作为基底继续生长二硫化钼前驱体三硫化钼(MoS3),得到负载有MoS3的二维复合片(MoS3-PANI-GO);最后,经过不同温度煅烧,MoS3前驱体热解为MoS2晶体,PANI碳化为含氮的碳,氧化石墨烯被还原为石墨烯,即为一系列MCGs,同时由于聚苯胺的存在,在碳化过程也会对石墨烯掺氮。这种杂化的二维纳米结构材料作为锂离子电池负极材料能有效提高电化学性能,以600℃下得到的产物性能最佳(MCG-600),在充电速率为200 mAg-1,经过300圈后,比容量仍可达到785 mA h g-1,即使在大电流1 Ag-1下,经过300圈后,比容量仍可达到724mA h g-1。(2)以镁铝双层氢氧化物(MgAl-LDH)作为模板,均匀的包覆一层聚多巴胺(LDH@PDA)然后将LDH@PDA在酸溶液中经过刻蚀,MgAl-LDH模板被溶解得到二维中空结构的聚多巴胺胶囊(HPDA),后续我们对HPDA进行了两种处理,第一种是将HPDA直接在高温下碳化得到中空结构的二维碳材料(HCS),第二种是将HPDA先进行抽膜处理再进行碳化,得到结构紧密的膜状结构的碳材料(HCF)。这种二维碳材料在超级电容器体系中表现了良好的电解液浸润性,在酸性电解液三电极体系中,电流密度为0.5Ag-1时,电容器比容量为150 F g-1,在电流密度为1 Ag-1时,经过1000圈充放电后容量依旧没有下降,且基本保持平稳。
【关键词】：二维材料 石墨烯 过渡金属硫化物 双层氢氧化物 锂离子电池 超级电容器
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM53
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 锂离子电池的概述10-12
• 1.2.1 锂离子电池的结构及原理10-11
• 1.2.2 锂离子电池正极材料11
• 1.2.3 锂离子电池负极材料11-12
• 1.3 超级电容器的概述12-14
• 1.3.1 超级电容器的发展12
• 1.3.2 超级电容器的结构12-13
• 1.3.3 超级电容器的分类13-14
• 1.4 石墨烯二维材料的概述14-17
• 1.4.1 石墨烯的性能及制备14-15
• 1.4.2 基于石墨烯的二维复合材料15-17
• 1.5 过渡金属硫族化物(TMDs)的概述17-19
• 1.5.1 过渡金属硫族化物的结构与制备17-18
• 1.5.2 过渡金属硫族化物的应用18-19
• 1.6 层状双金属氢氧化物(LDHs)的概述19-21
• 1.6.1 LDHs的结构及制备19-20
• 1.6.2 LDHs与聚合物的复合材料20-21
• 1.7 本课题设想与研究内容21-23
• 第二章 聚苯胺/氧化石墨烯模板构筑二硫化钼/氮掺杂石墨烯二维复合材料23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 材料及仪器23-25
• 2.2.1 实验原料23-24
• 2.2.2 实验仪器24-25
• 2.3 实验部分25-27
• 2.3.1 GO的制备25-26
• 2.3.2 PANI-GO二维片的制备26
• 2.3.3 前驱体MoS_3-PANI-GO二维复合材料的制备26
• 2.3.4 MCGs二维复合材料的制备26
• 2.3.5 锂离子电池的组装及测试26-27
• 2.4 结果与讨论27-34
• 2.4.1 MCGs二维复合材料及其前驱体的微观形貌表征27-30
• 2.4.2 MCGs二维复合材料及其前驱体的结构表征30-32
• 2.4.3 MCGs二维复合材料及其前驱体的电化学性能研究32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 层状双金属氢氧化物为模板构筑的二维碳材料35-46
• 3.1 引言35-36
• 3.2 材料及仪器36-37
• 3.2.1 实验原料36
• 3.2.2 实验仪器36-37
• 3.3 实验部分37-38
• 3.3.1 Mg-LDH的制备37
• 3.3.2 聚多巴胺包覆MgAl-LDH(LDH@PDA)二维材料的制备37-38
• 3.3.3 HCS维纳米材料的制备38
• 3.3.4 HCF组装成膜的制备38
• 3.3.5 超级电容器电极的制备及测试38
• 3.4 结果与讨论38-45
• 3.4.1 HCF及其前驱体的微观形貌表征38-41
• 3.4.2 HCF及其前驱体的结构表征41-42
• 3.4.3 HCF的电化学性能研究42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 总结与展望46-48
• 4.1 本文总结46-47
• 4.2 工作展望47-48
• 参考文献48-59
• 致谢59-60
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文60

  本文关键词：新型碳基二维纳米材料的制备及其在储能器件中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：466813