Keggin型多酸复合材料及电化学性能研究

发布时间：2017-07-30 12:20

  本文关键词：Keggin型多酸复合材料及电化学性能研究

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【摘要】：多酸化学发展至今,逐渐由基础研究延伸至与国民经济发展紧密相连的能源与环境领域,与我们的生活息息相关。由于Keggin型多酸阴离子具有对称性高、强酸性、可逆氧化还原性、结构稳定和可接受电子等优越的性能,且可以提高聚苯胺等导电聚合物的质子化和电化学性能,因此其在电化学方面的应用引起了广泛关注。我们知道H3PMo12O40多酸可以达到其超级还原态[PMo12O40]27-,得失传递24电子,具有较大的理论容量。但是此Keggin型多酸易团聚和易溶解,即将其用作电池和电容器等的电极材料时易出现团聚和溶解现象,从而降低电池和电容器等的循环稳定性和速率稳定性。因此如何实现Keggin多酸在电池和电容器等中的广泛应用,是本课题研究的目的所在。大量研究表明,将多酸负载到一些刚性的碳材料(如碳纳米管和石墨烯)上,对多酸有限域的作用,从而有效的解决上述问题。所以本文利用导电聚合物聚苯胺作为连接体来将多酸负载到碳纳米管上,不仅解决了多酸易聚集的问题,还大大提高了其电化学性能。为了探索研究Keggin型多酸基复合材料的电化学性能,本文设计合成了一系列复合材料,并将其应用到锂离子电池和超级电容器中进行表征研究,研究内容包括以下两部分：1、在锂离子电池中的应用。首先通过π-π相互作用将多碳纳米管MWNTs和聚苯胺PANI结合在一起形成复合材料PANI/MWNTs,后通过静电相互作用将多酸阴离子[PMo12O40]加载到复合材料PANI/MWNTs上,成功的合成纳米复合材料PMo12/PANI/MWNTs.将该纳米复合材料PMo12/PANI/MWNTs用作锂离子电池的负极材料来研究其电化学性能,说明了该杂化材料不仅具有高的放电比容量；有好的循环稳定性且循环100圈后,电容保持率能达到100%；有好的速率稳定性。我们进一步研究了PMo12-nVn/PANI/MWNTs纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能,得到其虽有高的放电比容量,但循环稳定性较差。所以我们研究得到了一种好的电化学性能的电极材料PMo12/PANI/MWNTs,对多酸基复合材料在能源方面的应用有促进作用。2、在超级电容器中的应用。同第一部分合成方法,成功的合成了纳米复合材料PMo12-nVn/PANI/MWNTs.将该纳米复合材料PMo12-nVn/PANI/MWNTs用作超级电容器的电极材料来研究其电化学性能,说明了该杂化材料不仅具有高的放电比容量；有好的循环稳定性；有好的速率稳定性。我们进一步研究了PMo12/PANI/MWNTs纳米复合材料作为超级电容器电极材料的电化学性能,得到其虽有高的放电比容量,但循环稳定性较差。因此我们研究得到了一种好的电化学性能的电极材料PMo12-nVn/PANI/MWNTs,在超级电容器方面具有很广泛的应用前景。
【关键词】：多酸 聚苯胺 碳纳米管 电化学
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TM912;TM53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-31
• 1.1 多酸概况16-23
• 1.1.1 多酸的结构及研究进展16-17
• 1.1.2 Keggin型多酸简介17-19
• 1.1.3 Keggin多酸的催化性能19-20
• 1.1.4 Keggin型多酸的电化学性能20-23
• 1.2 聚苯胺PANI简介23-27
• 1.2.1 聚苯胺的结构与性能23-24
• 1.2.2 聚苯胺的研究进展24-27
• 1.3 超级电容器的简介27-28
• 1.3.1 超级电容器的工作原理及研究进展27-28
• 1.4 锂离子电池的简介28-29
• 1.4.1 锂离子电池的工作原理及研究进展28-29
• 1.5 本课题研究的目的、意义及内容29-31
• 1.5.1 本课题的研究目的及意义29
• 1.5.2 论文的研究内容29-31
• 第二章 Keggin型多酸基复合材料的合成及锂电性能研究31-53
• 2.1 引言31-32
• 2.2 实验部分32-37
• 2.2.1 实验材料与仪器32-34
• 2.2.2 复合材料的制备34-35
• 2.2.2.1 利用原位合成的方法制备聚苯胺与多壁碳纳米管的复合材料34
• 2.2.2.2 合成H_3PMo_(12)O_(40)/聚苯胺/多壁碳纳米管的电极材料34-35
• 2.2.3 产品的表征35-36
• 2.2.3.1 傅里叶红外光谱(FT-IR)35
• 2.2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)35
• 2.2.3.3 透射电子显微镜(TEM)35
• 2.2.3.4 X射线衍射光谱(XRD)35
• 2.2.3.5 热重分析(TGA)35
• 2.2.3.6 X-射线光电子能谱(XPS)35-36
• 2.2.3.7 拉曼光谱仪(Roman)36
• 2.2.3.8 核磁共振分析(NMR)36
• 2.2.4 锂离子电池的组装和测试36-37
• 2.2.4.1 锂离子半电池的组装36
• 2.2.4.2 锂离子电池的测试36-37
• 2.3 结果与讨论37-52
• 2.3.1 纳米复合材料的形貌表征37-39
• 2.3.2 纳米复合材料的结构表征39-44
• 2.3.3 纳米复合材料PMo_(12)/PANI/MWNTs的电化学性能研究44-48
• 2.3.4 纳米复合材料PMo_(12-n)V_n/PANI/MWNTs的电化学性能研究48-52
• 2.4 本章小结52-53
• 第三章 Keggin型多酸基复合材料的合成及超级电容器性能研究53-70
• 3.1 引言53-54
• 3.2 实验部分54-59
• 3.2.1 实验材料与仪器54-56
• 3.2.2 产品的表征56-57
• 3.2.2.1 傅里叶红外光谱(FT-IR)56
• 3.2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)56
• 3.2.2.3 透射电子显微镜(TEM)56
• 3.2.2.4 X射线衍射光谱(XRD)56
• 3.2.2.5 热重分析(TGA)56
• 3.2.2.6 X-射线光电子能谱(XPS)56-57
• 3.2.2.7 拉曼光谱仪(Roman)57
• 3.2.2.8 核磁共振分析(NMR)57
• 3.2.3 超级电容器的测试57-58
• 3.2.3.1 超级电容器工作电极制备57
• 3.2.3.2 三电极体系57
• 3.2.3.3 超级电容器的测试57-58
• 3.2.4 纳米复合材料的制备58-59
• 3.2.4.1 利用原位合成的方法制备聚苯胺与多壁碳纳米管的复合材料58
• 3.2.4.2 合成PMo_(12-n)V_nO_(40)/聚苯胺/多壁碳纳米管的电极材料58-59
• 3.3 结果与讨论59-68
• 3.3.1 纳米复合材料的形貌表征59-60
• 3.3.2 纳米复合材料的结构表征60-64
• 3.3.3 纳米复合材料PMo_(12-n)V_n/PANI/MWNTs的电化学性能研究64-68
• 3.7 小结68-70
• 第四章 结论70-72
• 参考文献72-78
• 致谢78-80
• 研究成果及发表的学术论文80-82
• 作者和导师简介82-83
• 附件83-84

【共引文献】

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本文编号：594223