核壳结构金属氧化物电极材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-11-07 16:58
超级电容器能在保持高功率密度情况下仍然具有较高的能量密度,因而近些年被大量研究。电极材料是超级电容器中的核心组成部分,对超级电容器整个器件的性能起决定作用。锰,钴,镍氧化物因为在自然界中含量丰富,价格低廉,同时具有较高的理论比电容值,因此常被用作超级电容器的电极材料。核壳结构可以缩短离子扩散距离、可以增加电极材料的比电容值、增强电极材料的循环稳定性。基于此,我们将金属氧化物制备成具有核壳结构的电极材料,获得了性能优异的超级电容器电极。本论文的研究工作主要包括:（1）MnO2纳米片/MnO2纳米管/三维石墨烯泡沫核壳分级结构复合电极材料的制备及其电化学性能研究。通过化学气相沉积法和水热法,制备得到核壳结构的复合电极材料。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱等测试手段对样品的形貌和组分进行了表征。用三电极测试系统对电极材料的负载量与电化学性能之间的关系进行了研究,结果表明当活性物质的负载量达到60%时,在扫速为2 mV/s时,基于整个电极质量计算得到的全电极的质量比电容值达到176 F/g。在50mV/s时,经过5000次长循...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiCo2O4@NiO核壳结构纳米线阵列的合成流程图；(B)(C)分别为低倍和高倍下NiCo2O4纳米线阵列的场发射扫描电镜图(D)(E)分别为低倍和高倍下NiCo2O4@NiO纳米线阵列的扫描电镜图
[66]。图4 (a)单独的NiCo2O4纳米片的扫描电镜图;(b) NiCo2O4@NiCo2O4核壳结构的扫描电镜图[66]Fig.4 SEM images of (a) the bare NiCo2O4nanoflake array and (b) the NiCo2O4@NiCo2O4core/shell nanoflake array[66].1.4.3 二维纳米结构二维纳米结构的材料指有两个维度的尺寸在纳米尺寸之外。由于纳米结构低维度的特性不同于块体，近年来，二维纳米材料已经成为材料研究的核心领域。有特定几何形状的二维纳米材料表现出独特的形貌依赖特性，也被用来作为纳米装置关键组分的结构单元[76]。二维纳米结构已经广泛应用在生物、物理、化学和医学方面[77]。当下研究的二维纳米结构主要包括纳米片，纳米盘，纳米薄片，纳米墙等[78-80]。1.4.4 三维纳米结构作为超级电容器电极，三维多孔结构提供了较大的比表面积，界限分明的离子扩散通道以及良好的机械稳定性[53]。三维纳米结构电极的制备可以使用三维金属泡沫作为模板，在其上原位生长活性物质，或者是采用三维多孔碳为模板，将活性物质通过掺杂，沉淀等方式集成到多孔模板内。目前研究的三维纳米结构主要有金属泡沫作为集流体制备的三维多孔结构[50, 81, 82]，三维富碳材料[83-85]以及三维赝电容材料[86-88]。1.5 论文选题意义与主要研究内容目前超级电容器面临的主要问题有：第一
图 5 三维石墨烯泡沫的制备流程图Fig.5 Schematic illustrate the synthetic procedure of the three – dimensional graphene foam (3DGF).三维石墨泡沫的制备流程如图 5 所示，用甲烷(CH4)做为碳源，商用的泡沫镍作为模板，用化学气相沉积法在其上生长三维石墨烯泡沫，然后用盐酸溶液将镍骨架刻蚀掉，得到三维石墨烯泡沫，具体试验步骤如下：（1）将商用的泡沫镍剪成 2 厘米宽的长条，并且分别在乙醇，丙酮，去离子水中超声清洗 10 分钟，除去泡沫镍表面的氧化层；（2）将清洗好的泡沫镍放置于石英舟上，将石英舟置于管式炉温区的中心位置，然后将石英管密封，通氩气 20 分钟左右，排尽石英管内的空气；（3）设置参数将管式炉 60 分钟升温到 1050℃，并在 1050℃退火 15 分钟，在此实验过程中的气体氛围氩气和氢气，流量分别为 700 sccm 和 60 sccm；（4）保持上一步骤中的气体流量不变，以 50 sccm 的流量通入甲烷 5 分钟，反
【参考文献】：
期刊论文
[1]Facile synthesis of high electrical conductive CoP via solid-state synthetic routes for supercapacitors[J]. Yumei Hu,Maocheng Liu,Qingqing Yang,Lingbin Kong,Long Kang. Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[2]超级电容器综述[J]. 李歆. 中国电子商情(基础电子). 2009(11)
本文编号：3482220
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiCo2O4@NiO核壳结构纳米线阵列的合成流程图；(B)(C)分别为低倍和高倍下NiCo2O4纳米线阵列的场发射扫描电镜图(D)(E)分别为低倍和高倍下NiCo2O4@NiO纳米线阵列的扫描电镜图
[66]。图4 (a)单独的NiCo2O4纳米片的扫描电镜图;(b) NiCo2O4@NiCo2O4核壳结构的扫描电镜图[66]Fig.4 SEM images of (a) the bare NiCo2O4nanoflake array and (b) the NiCo2O4@NiCo2O4core/shell nanoflake array[66].1.4.3 二维纳米结构二维纳米结构的材料指有两个维度的尺寸在纳米尺寸之外。由于纳米结构低维度的特性不同于块体，近年来，二维纳米材料已经成为材料研究的核心领域。有特定几何形状的二维纳米材料表现出独特的形貌依赖特性，也被用来作为纳米装置关键组分的结构单元[76]。二维纳米结构已经广泛应用在生物、物理、化学和医学方面[77]。当下研究的二维纳米结构主要包括纳米片，纳米盘，纳米薄片，纳米墙等[78-80]。1.4.4 三维纳米结构作为超级电容器电极，三维多孔结构提供了较大的比表面积，界限分明的离子扩散通道以及良好的机械稳定性[53]。三维纳米结构电极的制备可以使用三维金属泡沫作为模板，在其上原位生长活性物质，或者是采用三维多孔碳为模板，将活性物质通过掺杂，沉淀等方式集成到多孔模板内。目前研究的三维纳米结构主要有金属泡沫作为集流体制备的三维多孔结构[50, 81, 82]，三维富碳材料[83-85]以及三维赝电容材料[86-88]。1.5 论文选题意义与主要研究内容目前超级电容器面临的主要问题有：第一
图 5 三维石墨烯泡沫的制备流程图Fig.5 Schematic illustrate the synthetic procedure of the three – dimensional graphene foam (3DGF).三维石墨泡沫的制备流程如图 5 所示，用甲烷(CH4)做为碳源，商用的泡沫镍作为模板，用化学气相沉积法在其上生长三维石墨烯泡沫，然后用盐酸溶液将镍骨架刻蚀掉，得到三维石墨烯泡沫，具体试验步骤如下：（1）将商用的泡沫镍剪成 2 厘米宽的长条，并且分别在乙醇，丙酮，去离子水中超声清洗 10 分钟，除去泡沫镍表面的氧化层；（2）将清洗好的泡沫镍放置于石英舟上，将石英舟置于管式炉温区的中心位置，然后将石英管密封，通氩气 20 分钟左右，排尽石英管内的空气；（3）设置参数将管式炉 60 分钟升温到 1050℃，并在 1050℃退火 15 分钟，在此实验过程中的气体氛围氩气和氢气，流量分别为 700 sccm 和 60 sccm；（4）保持上一步骤中的气体流量不变，以 50 sccm 的流量通入甲烷 5 分钟，反
【参考文献】：
期刊论文
[1]Facile synthesis of high electrical conductive CoP via solid-state synthetic routes for supercapacitors[J]. Yumei Hu,Maocheng Liu,Qingqing Yang,Lingbin Kong,Long Kang. Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[2]超级电容器综述[J]. 李歆. 中国电子商情(基础电子). 2009(11)
本文编号：3482220
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