基于过渡金属复合硫化物的制备及其电化学性能的研究

发布时间：2017-09-22 16:38

  本文关键词：基于过渡金属复合硫化物的制备及其电化学性能的研究

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【摘要】：近年来,对无机纳米材料的电化学性能及其应用的研究已经成为当今化学研究的一个热点,过渡金属硫化物由于其组成结构多元,自然储量丰富,电学性质显著且合成工艺简单等特点更是受到研究者的青睐。过渡金属复合硫化物因其独特的电化学性质,在不同的领域都得到了运用。本论文首先概括性的介绍了过渡金属硫化物的制备方法,随后研究了铜镉锡硫、铜钴硫等这些过渡金属复合硫化物的电学及其他性质,结果显示它们的电学性能优异。基于此,研究了这些复合金属硫化物作为光伏材料、锂离子电池负极材料的潜在价值。本论文的主要研究内容:1.喷雾热解法沉积四元复合金属硫化物铜锌锡硫薄膜及水热合成法制备三元复合金属硫化物铜钴硫纳米材料使用化学喷雾热解技术,成功地沉积了铜镉锡硫(Cu_2CdSnS_4)半导体薄膜,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、紫外分光光度计(UV-Vis)分别对铜镉锡硫半导体薄膜的结构、形貌、光学及电学性质以及光电响应等进行了表征测试。运用水热反应成功地制备了直径为20-50 nm的铜钴硫(CuCo_2S_4)纳米颗粒和铜钴硫(CuCo_2S_4)纳米带及还原石墨烯的复合物(CuCo_2S_4/RGO),用XRD和拉曼光谱来表征了CuCo_2S_4系列复合硫化物的结构,用SEM和TEM表征了铜钴硫纳米颗粒及纳米带与还原石墨烯复合物的形貌。2.基于铜锌锡硫薄膜和铜钴硫纳米颗粒以及铜钴硫纳米带复合石墨烯化合物的电学性质研究铜镉锡硫薄膜不仅具有1.38-1.49 eV的直接光学带隙,而且其光响应电流是无光时的十多倍。对(CuCo_2S_4)的电学性能研究表明,由于铜离子和钴离子的协同效应,使得铜钴硫(CuCo_2S_4)纳米颗粒结合了铜离子和钴离子两者的电学特性而比单一粒子的电学性能要优异。对于CuCo_2S_4/RGO的电学研究得出,CuCo_2S_4与RGO复合后,金属硫化物和石墨化碳材料之间的协同效应可以大大改善材料的动力学性质和循环稳定性,减缓聚硫化物溶解的和改善尖晶石过渡金属Cu和Co基硫化物在化学反应中发生的体积变化。3.铜锌锡硫薄膜和铜钴硫纳米颗粒以及铜钴硫纳米带复合石墨烯化合物的电学性质的实际应用基于(Cu_2CdSnS_4)这一四相复合硫化物半导体薄膜具有1.38-1.49 eV的直接光学带隙,且其光响应电流是无光时的十多倍这样的光电学特性,可将其应用于光伏能源材料中。三元的金属硫化物由于其在改善体积膨胀和材料导电性方面具有优异的潜质,已经在传感器、电容器、锂离子电池等多个领域得到了运用;基于三元复合金属硫化物优异的电学特性,本实验将制备得到的复合金属硫化物铜钴硫(CuCo_2S_4)作为一种锂离子电池的负极材料来研究,由于铜离子和钴离子之间的协同效应使得材料具有很高的比容量,优异的循环稳定性和良好的倍率性。对于CuCo_2S_4/RGO的复合物,石墨烯不仅可以扮演着导电网络的作用,而且作为一个缓冲铜钴硫纳米带发生体积膨胀的缓冲层而存在。同样,将CuCo_2S_4/RGO作为锂离子电池的负极材料来研究其电学性能的应用价值,结果表明合成的铜钴硫纳米带及还原石墨烯复合物具有比单独的花状的铜钴硫纳米带更加优异的储锂性能。
【关键词】：纳米材料 过渡金属复合硫化物 电学性质 应用
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ125.18
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 过渡金属硫化物应用于能源材料时的电学性能9-10
• 1.3 过渡金属复合硫化物的特性10-11
• 1.4 本文的选题思想及主要研究内容11-13
• 第二章 过渡金属复合硫化物的制备及结构特征13-26
• 2.1 引言13
• 2.2 过渡金属复合硫化物Cu_2CdSnS_4 (CCTS)薄膜合成的制备及表征13-18
• 2.3 过渡金属复合硫化物CuCo_2S_4纳米颗粒的制备及表征18-21
• 2.4 花状纳米带CuCo_2S_4/RGO复合物的制备及表征21-25
• 2.5 结论25-26
• 第三章 过渡金属复合硫化物的电学性质26-32
• 3.1 引言26
• 3.2 复合硫化物Cu_2CdSnS_4 (CCTS)薄膜的光电学性质26-28
• 3.3 复合硫化物CuCo_2S_4纳米材料的电学性质28-30
• 3.4 硫化物纳米带CuCo_2S_4/RGO复合物的电学性质30-31
• 3.5 结论31-32
• 第四章 过渡金属复合硫化物电学性质的实际应用32-38
• 4.1 引言32
• 4.2 复合硫化物Cu_2CdSnS_4 (CCTS)薄膜在太阳能电池中的应用前景32
• 4.3 复合硫化物CuCo_2S_4纳米颗粒在锂离子电池中的应用32-34
• 4.4 硫化物CuCo_2S_4纳米花和石墨烯的复合物在锂离子电池中的应用34-37
• 4.5 结论37-38
• 参考文献38-46
• 作者部分相关论文题录46-47
• 致谢47

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本文编号：901911