过渡金属（Mn、Fe）氧化物及其复合材料的制备和电化学性能研究

发布时间：2017-10-30 22:22

  本文关键词：过渡金属（Mn、Fe）氧化物及其复合材料的制备和电化学性能研究

  更多相关文章： 普鲁士蓝 Fe3O4 锂离子电池 负极材料 三维结构 石墨烯 MnO 氧还原反应 电化学传感器 多巴胺

【摘要】：电化学方面的研究是解决目前能源问题、环境问题以及临床诊断等方面问题的重要手段。例如,研究锂离子电池能有效储存风能、太阳能、潮汐能、地热能等间歇式能源;而燃料电池的开发则能减少石油等化石能源的消耗;生物电化学传感器的研制则对于研究生物小分子的生理功能以及对神经疾病的诊断具有重要意义。过渡金属氧化物由于具有较高的电化学活性,在电化学方面具有广泛和重要的作用。本文通过合成介孔立方Fe3O4应用锂离子电池负极材料,期望得到容量大以及稳定性优良的锂离子电池负极材料;合成了三维N掺杂石墨烯MnO复合材料,希望得到催化性能良好的燃料电池阴极氧还原反应催化剂;利用三维N掺杂石墨烯MnO复合材料构建高选择性、高敏感的的生物电化学传感器。具体的实施方案如下:(1)以普鲁士蓝结构为模板合成介孔Fe3O4立方及其在锂离子电池中的应用。以普鲁士蓝立方为模板,通过热解过程合成介孔Fe3O4立方。由于介孔Fe3O4立方的介孔结构能提供更多电化学过程中的离子和电子通道,另外介孔结构也使材料的比表面积增大,使得材料表面具有更多的反应位点;介孔Fe3O4立方的支撑状立方结构缓解了Li+嵌入/脱出过程中体积变化产生的内应力,从而阻止了材料结构的破坏及粉化。将其应用于锂离子电池负极材料获得了良好的稳定性,并且可逆容量达到800 mAh g-1左右。(2)三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料高效催化氧还原反应。通过戊二醛和间苯二酚辅助交联共价组装合成了三维氮掺杂石墨烯/氧化锰纳米复合材料(3D-N-RGO/MnO)。N元素的掺杂能有效的对RGO表面进行改性,使得RGO获得更好的电化学性能。将三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料应用于氧还原反应中三维氮掺杂石墨烯与MnO纳米粒子发生了明显的协同作用,获得了优良的氧还原反应催化性能,具有良好的稳定性和抗干扰性,电子转移数达到3.03。(3)三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料对多巴胺的电化学检测。利用三维氮掺杂石墨烯与MnO纳米粒子的协同催化性能及其对DA、UA和AA具有不同的催化氧化电位,实现对DA、UA和AA进行同时检测。利用DPV法实现了在UA存在的情况下对DA的定量检测。并且测得检测的线性范围及检测限。
【关键词】：普鲁士蓝 Fe3O4 锂离子电池 负极材料 三维结构 石墨烯 MnO 氧还原反应 电化学传感器 多巴胺
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 过渡金属氧化物概述10
• 1.2 过渡金属氧化物在锂离子电池中的应用10-15
• 1.2.1 锂离子电池工作原理10-12
• 1.2.2 过渡金属氧化物负极材料在锂离子电池中的应用现状12-15
• 1.3 过渡金属氧化物在催化氧还原反应中的应用15-18
• 1.3.1 催化氧还原反应简介15-16
• 1.3.2 过渡金属氧化物在催化氧还原反应中的应用16-18
• 1.4 过渡金属氧化物在电化学传感中的应用18-22
• 1.4.1 电化学传感器概述18-19
• 1.4.2 过渡金属氧化物在葡萄糖检测中的应用19-20
• 1.4.3 过渡金属氧化物在H_2O_2检测中的应用20-21
• 1.4.4 过渡金属氧化物在多巴胺检测中的应用21-22
• 1.5 论文选题依据及研究意义22-24
• 第2章 以普鲁士蓝的结构为模板合成介孔Fe_3O_4立方及其在锂离子电池中的应用24-35
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 试剂25-26
• 2.2.2 材料的合成26
• 2.2.3 材料的表征技术26
• 2.2.4 电池组装与电化学测试26-27
• 2.3 结果与讨论27-33
• 2.3.1 材料的形貌和结构表征27-31
• 2.3.2 Fe_3O_4/M-cubic在锂离子电池负极材料中的应用31-33
• 2.4 小结33-35
• 第3章 三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料高效催化氧还原反应35-44
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 试剂36
• 3.2.2 3D-N-RGO/MnO纳米复合材料的合成36-37
• 3.2.3 材料的表征37
• 3.2.4 电化学测试37
• 3.3 结果与讨论37-43
• 3.3.1 3D-N-RGO/MnO纳米复合材料的形貌和结构表征37-40
• 3.3.2 3D-N-RGO/MnO纳米复合材料在ORR中的应用40-43
• 3.4 结论43-44
• 第4章 三维氮掺杂石墨烯/MnO纳米粒子复合材料对多巴胺的电化学检测44-52
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-47
• 4.2.1 试剂45-46
• 4.2.2 3 3D-N-RGO/MnO纳米复合材料的合成46
• 4.2.3 材料的表征46
• 4.2.4 电化学检测46-47
• 4.3 结果和讨论47-51
• 4.3.1 3D-N-RGO/MnO的形貌和结构表征47
• 4.3.2 3D-N-RGO/MnO修饰电极的电化学性能47
• 4.3.3 多巴胺检测的电化学传感器47-51
• 4.4 小结51-52
• 第5章 结论52-53
• 参考文献53-62
• 硕士期间发表的论文62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 姚煜;纳米结构氧化物锂离子电池负极材料研究[D];复旦大学;2012年

，

本文编号：1119590