蛋白辅助合成过渡金属硫化物及储能性能研究

发布时间：2020-11-03 21:01

　　能源和环境问题是人类21世纪以来面临的两大难题,已经严重制约了社会的可持续发展。其中环境问题的根源也在于人类对能源持续增长的需求。开发新技术、发展新能源以及新型储能器件成为了人们关注的焦点之一,超级电容器是一种环境友好、储能性能优越的能源存储与转换系统,与其他的储能系统(电池、传统的电容器等)相比,超级电容器的储能性能优越,具有循环寿命长、充放电迅速、运行安全等优点,在电动汽车、军事设备、电子设备等领域得到普遍的应用。其中电极材料作为能量存储器件的重要构成部分,极大地影响着储能器件的电荷存储性能。寻找和开发高性能的电极材料是科学研究者长期以来孜孜不倦的追求,是实现我国储能器件的长足发展的关键。截至目前,在储能方面得到普遍研究并成功应用的电极材料主要有碳材料(碳纳米管、碳纳米纤维等)、导电聚合物(聚吡咯等)和过渡金属化合物(氧化物、氮化物等)。在上述三类材料中,碳基材料在双电层电容器的电极材料中得到广泛应用,但碳基材料在储能(比电容和比能量等)方面存在不足,阻碍了其在储能领域中的大规模应用;导电聚合物(聚吡咯、聚噻吩等)和过渡金属化合物(氧化物、磷化物等)是一类赝电容材料,主要是通过电极发生氧化还原反应来存储与释放电荷的,在储能方面的性能比碳基材料显著。导电聚合物与硫化物相比,导电聚合物在电解质溶液中离子会重复的嵌入和脱出,将引起材料体积的膨胀和收缩,使材料的储能性能降低,因此,导电聚合物材料在循环寿命方面存在不足。过渡金属化合物(氧化物、磷化物等)相对也存在不足之处,但在储能和循环性能方面都有其独特的优势,因此过渡金属化合物(氧化物、磷化物等)是目前研究工作者们普遍关注的、有发展前景的一类性能优越的储能材料。在过渡金属化合物中(氧化物、磷化物、硫化物等),因金属硫化物的组成多变,表现出良好的导电性,在储能器件中的电化学性能优异。已经报道的合成金属硫化物的方法有很多,如沉积法、溶胶-凝胶法等。仿生法是一种在室温条件下,水体系中进行合成的,是环境友好的合成技术,并且合成的材料形貌尺寸均匀、晶型易于控制、材料的性能优异等优点,因此仿生法是合成性能优异的纳米材料的一种具有发展前景的新方法。本文的工作主要是采用蛋白辅助水热合成金属硫化物,并对产物的性能进行测试,现将本工作主要内容述诸如下:1、蛋白辅助水热法合成MoS_2材料及电化学储能性能研究采用BSA辅助在温度200℃、反应时间12 h条件下水热合成MoS_2微球,探索了水热时间、原料比对合成MoS_2材料形貌的影响,讨论了产物MoS_2的生长过程。通过三电极系统,对产物MoS_2进行性能表征,测试结果表明,与其他的合成技术相比,此方法合成材料的性能优异,电容值为136.25 F/g(1 A/g),循环寿命高达10000次。2、蛋白辅助水热法合成孔状结构NiS_2纳米材料及电化学储能性能研究采用BSA辅助下水热合成多孔NiS_2,通过系列表征对合成的产物NiS_2进行分析,此材料为小颗粒堆积的多孔纳米球,并且材料的表面性能优异。通过做不同的水热时间实验,研究了对其产物NiS_2形貌的影响,由表征结果确定最佳水热时间。并对所合成的产物进行三电极系统测试,由性能结果可知,多孔NiS_2是一种赝电容材料,表现出优异的电容性能,电容值为1454 F/g,在高电流密度下(10 A/g),比电容还能保持较高的数值,为738 F/g,说明合成的NiS_2材料储能性能较好。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O611.4
【部分图文】：

数据图,储量,资源匮乏,新型能源