过渡金属化合物异质结构的构筑及储能与转化机理研究
发布时间：2021-03-23 08:32
现今社会能源压力越来越大,传统的化石能源伴随着日益膨胀的需要显得捉襟见肘,而由化石能源所引发的一系列环境污染问题也受到全球各国的关注。因此开发新型,可持续供应,并且无污染或者污染危害小的能源迫在眉睫。锂硫电池作为新兴的储能器件是其中的佼佼者,因为其自身的高能量密度以及理论比容量还有亲民的价格,是满足人类生活需求的重要候选。而氢气也作为一种新兴能源,由于反应产物是水,满足了新型能源无污染的条件,未来也具有相当大的开发潜力。二者都涉及到电化学部分,如何在电化学过程中促进反应的催化转换,是如今研究的方向之一。异质结构材料在能源,电化学催化等研究地带都有着优秀的表现。通过对异质结构材料的各相设计以及界面合成,可以加速电子或者离子的运输及转换。而通过过渡金属的可塑特征,合成过渡金属化合物的异质结构,理论上对电化学转化具有极好的催化结果。本论文的主要目的是合成出过渡金属化合物异质结构,并对其催化转换的机理进行研究。本论文的主要内容如下:（1）MnP4/Mn3O4异质结构用于锂硫电池正极性能研究本文中首先制备了氮磷共掺杂的多孔碳,并且...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池的工作原理示意图
第一章绪论4图1.2（a）TEM和（b，c）带有FFT模式插图的WO3纳米板的HRTEM图像。（d）带有FFT模式的WO3-x纳米板的TEM和（e，f）HRTEM图像。Figure1.2StructuralcharacterizationsofWO3andoxygen-deficientWO3(WO3-x)nanoplatespreparedbyheatingWO3inhydrogenat500°C.(a)TEMand(b,c)HRTEMimagesofWO3nanoplateswithaninsetoftheirFFTpatterns.(d)TEMand(e,f)HRTEMimagesofWO3-xnanoplatewithaninsetoftheirFFTpatterns.Fang等人设计和制备了一种独特的夹心型C@TiO2@C中空球[20]，在这种独特的结构中，充当硫载体的中间层TiO2层可以通过TiO2与多硫化物之间的化学键有效地捕获多硫化物，而夹心型C@TiO2@C结构可以舒缓反应过程中的硫占据空间变化。此外，内层和最外层的碳层可提供有效的三维（3D）导电网络，以改善硫阴极的电子导电性，同时进一步抑制多硫化物的溶解。得益于该多相材料独特的形貌结构和出色的导电性，具有76.4％硫含量的C@TiO2@C杂化中空微球在0.2C的倍率下可提供1247.3mAhg-1的高放电比容量以及优异的库仑效率（96％），在0.5C时保持300次循环的放电容量为741.3mAhg-1，在2C时保持500次循环的放电比容量为511mAhg-1，远远优于作为对比的TiO2-S和C@C-S电极。
第一章绪论5图1.3示意性地说明了夹层型C@TiO2@C-S微球的制备方法及其在Li–S电池正极材料中的应用。Figgure1.3Aschematicillustrationoftheprocedureforthepreparationofsandwich-typeC@TiO2@C–SmicrospheresandtheirapplicationascathodematerialsforLi-Sbatteries.Zhou等人制备了孪生的TiO2-TiN异质结构，该结构结合了高吸附性TiO2和导电TiN的优点，并实现了界面上LiPS的平稳捕集-扩散-转化[21]。TiO2对LiPS具有很高的吸附力，而TiN促进了它们向不溶性Li2S的转化。LiPS从TiO2到TiN的快速扩散有助于实现高捕集效率和快速转化。这是比较早发现异质结构分工合作促进锂硫电池反应的工作。通过将这种异质结构加载到充当物理屏障的石墨烯上，可以在隔板上形成致密且薄的涂层，即使在高硫负载下，LiPS穿梭也受到很大抑制。在0.3C的低电流密度下，经过300次循环后的容量为927mAhg-1。在2000次循环中，硫负荷分别为3.1和4.3mgcm-2时，在1C下的容量保持率分别达到73％和67％。
本文编号：3095503
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池的工作原理示意图
第一章绪论4图1.2（a）TEM和（b，c）带有FFT模式插图的WO3纳米板的HRTEM图像。（d）带有FFT模式的WO3-x纳米板的TEM和（e，f）HRTEM图像。Figure1.2StructuralcharacterizationsofWO3andoxygen-deficientWO3(WO3-x)nanoplatespreparedbyheatingWO3inhydrogenat500°C.(a)TEMand(b,c)HRTEMimagesofWO3nanoplateswithaninsetoftheirFFTpatterns.(d)TEMand(e,f)HRTEMimagesofWO3-xnanoplatewithaninsetoftheirFFTpatterns.Fang等人设计和制备了一种独特的夹心型C@TiO2@C中空球[20]，在这种独特的结构中，充当硫载体的中间层TiO2层可以通过TiO2与多硫化物之间的化学键有效地捕获多硫化物，而夹心型C@TiO2@C结构可以舒缓反应过程中的硫占据空间变化。此外，内层和最外层的碳层可提供有效的三维（3D）导电网络，以改善硫阴极的电子导电性，同时进一步抑制多硫化物的溶解。得益于该多相材料独特的形貌结构和出色的导电性，具有76.4％硫含量的C@TiO2@C杂化中空微球在0.2C的倍率下可提供1247.3mAhg-1的高放电比容量以及优异的库仑效率（96％），在0.5C时保持300次循环的放电容量为741.3mAhg-1，在2C时保持500次循环的放电比容量为511mAhg-1，远远优于作为对比的TiO2-S和C@C-S电极。
第一章绪论5图1.3示意性地说明了夹层型C@TiO2@C-S微球的制备方法及其在Li–S电池正极材料中的应用。Figgure1.3Aschematicillustrationoftheprocedureforthepreparationofsandwich-typeC@TiO2@C–SmicrospheresandtheirapplicationascathodematerialsforLi-Sbatteries.Zhou等人制备了孪生的TiO2-TiN异质结构，该结构结合了高吸附性TiO2和导电TiN的优点，并实现了界面上LiPS的平稳捕集-扩散-转化[21]。TiO2对LiPS具有很高的吸附力，而TiN促进了它们向不溶性Li2S的转化。LiPS从TiO2到TiN的快速扩散有助于实现高捕集效率和快速转化。这是比较早发现异质结构分工合作促进锂硫电池反应的工作。通过将这种异质结构加载到充当物理屏障的石墨烯上，可以在隔板上形成致密且薄的涂层，即使在高硫负载下，LiPS穿梭也受到很大抑制。在0.3C的低电流密度下，经过300次循环后的容量为927mAhg-1。在2000次循环中，硫负荷分别为3.1和4.3mgcm-2时，在1C下的容量保持率分别达到73％和67％。
本文编号：3095503
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