Co_xS_y及其纳米复合物的制备及在能源储存与转换中的应用
本文关键词：Co_xS_y及其纳米复合物的制备及在能源储存与转换中的应用
更多相关文章： Co_9S_8 石墨烯 纳米复合材料 锂离子电池 光催化
【摘要】：先进的能源转换和存储设备(包括燃料电池、太阳能电池、锂离子电池和超级电容器)在缓解我们目前面临的能源与环境危机方面发挥重要作用。而ECS设备的优劣很大程度上取决于其所用的材料。最新进展表明,纳米过渡金属硫化物由于具有优异的导电性、机械和热稳定性以及循环性等特殊的物理、化学性质而成为有广泛应用前景的高效ECS材料。其中,钴的硫化物存在不同的化学计量比,如Co1-xS、CoS2、Co3S4和Co_9S_8等,因此具有丰富的结构化学属性和广泛的用途而备受关注。本文在不使用模板和表面活性剂的情况下通过溶剂热法在乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中合成出直径约为1μm的Co_9S_8空心球。并通过XRD、SEM、EDS、TEM对Co_9S_8空心球进行结构和形貌的表征。通过研究溶剂体积比、钴盐种类和比例、硫源的种类和比例以及反应时间对Co_9S_8空心球形成的影响,提出了Co_9S_8空心球的生长机理。所制得的Co_9S_8空心球作为锂离子电池负极电极材料表现出优异的电化学性能。在0.1 C的电流密度下首次放电容量和充电容量分别高达1050 mAh/g和591mAh/g,循环75次后,仍保留650 mAh/g的可逆容量。在0.1 C-2 C的电流密度下循环后仍然保留600 mAh/g的可逆容量,展示出优异的循环性能和高倍率性能。在合成Co_9S_8空心球的基础上,成功制备出Co_9S_8/rGO纳米复合材料。此复合材料作为锂离子电池负极电极材料在0.1C的电流密度下首次放电容量和充电容量分别高达1690 mAh/g和1210 mAh/g,循环75次后,仍保留1110 mAh/g的可逆容量。在0.1 C-2 C的电流密度下循环后仍然保留760 mAh/g的可逆容量。此外,用阳离子交换方法制备出表面插片状的Co3S4/CuS空心球体(~1μm),用回流法制备出CoNi2S4/NiS空心球(~300 nm)。研究发现Co与Cu或Ni的加料比对相应复合材料的形貌和结构有显著的影响。最后,研究了Co_9S_8空心球、Co_9S_8/rGO和Co3S4/CuS三种材料的光催化性能。光照90分钟后,Co3S4/CuS、Co_9S_8/rGO和Co_9S_8的脱色率分别是99.8%、97.3%和85.6%。Co3S4/CuS和Co_9S_8/rGO表现出较Co_9S_8更优异的催化性能。
【关键词】：Co_9S_8 石墨烯 纳米复合材料 锂离子电池 光催化
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-11
- 第1章 绪论11-28
- 1.1 引言11-12
- 1.2 过渡金属硫化物的合成方法12-15
- 1.2.1 模板技术12-13
- 1.2.2 水热法13
- 1.2.3 溶剂热法13-14
- 1.2.4 混合溶剂热14
- 1.2.5 多元硫化物的合成方法14-15
- 1.3 过渡金属硫化物在ECS中的应用15-22
- 1.3.1 锂离子电池15-18
- 1.3.2 超级电容器18-19
- 1.3.3 燃料电池19
- 1.3.4 太阳能电池19-20
- 1.3.5 电催化水分解20-21
- 1.3.6 光催化21-22
- 1.4 Co_xS_y的研究进展22-26
- 1.4.1 纳米Co_xS_y的制备23-24
- 1.4.2 Co_xS_y及其复合材料在ECS领域的研究进展24-26
- 1.4.3 Co_xS_y及其复合材料在光催化领域中的研究进展26
- 1.5 课题研究的主要内容和选题依据26-28
- 第2章 实验部分28-33
- 2.1 实验原料及试剂28-29
- 2.2 实验仪器与设备29
- 2.3 材料的表征29-30
- 2.3.1 X射线粉末衍射仪（XRD）29
- 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）-能量色散谱仪（EDS）29-30
- 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）30
- 2.3.4 X-射线光电子能谱仪（XPS）30
- 2.3.5 拉曼光谱仪（Raman）30
- 2.3.6 比表面和孔径分布分析仪（BET）30
- 2.4 电化学性能测试30-32
- 2.4.1 电极片的制备30-31
- 2.4.2 扣式电池的组装31
- 2.4.3 交流阻抗测试（EIS）31
- 2.4.4 循环伏安测试（CV）31
- 2.4.5 充放电性能测试31-32
- 2.5 光催化性能测试32-33
- 第3章 Co_9S_8纳米空心球的合成及电化学储锂性能研究33-51
- 3.1 引言33-34
- 3.2 Co_9S_8纳米空心球的制备34
- 3.3 结果与结论34-50
- 3.3.1 结构与形貌的表征34-37
- 3.3.2 反应条件对产物形貌的影响37-41
- 3.3.3 形成机理41-44
- 3.3.4 电化学性能表征44-50
- 3.4 小结50-51
- 第4章 Co_9S_8/石墨烯纳米复合材料的合成及储锂性能研究51-60
- 4.1 引言51-52
- 4.2 Co_9S_8/rGO纳米复合材料的制备52-53
- 4.2.1 氧化石墨烯的制备52
- 4.2.2 Co_9S_8/rGO纳米复合材料的制备52-53
- 4.3 结果与讨论53-59
- 4.3.1 结构与形貌的表征53-56
- 4.3.2 电化学性能表征56-59
- 4.4 小结59-60
- 第5章 Co_9S_8空心球复合材料的制备及其光催化性能研究60-70
- 5.1 引言60-61
- 5.2 Co-Cu-S复合材料的制备61
- 5.3 Co-Ni-S复合材料的制备61-62
- 5.4 结果与讨论62-69
- 5.4.1 Co-Cu-S复合材料的结构与形貌表征62-64
- 5.4.2 原料比对Co-Cu-S复合材料形貌和结构的影响64-65
- 5.4.3 原料比对Co-Ni-S复合材料形貌和结构的影响65-67
- 5.4.4 光催化性能表征67-69
- 5.5 小结69-70
- 结论70-72
- 参考文献72-87
- 攻读学位期间发表论文与研究成果清单87-88
- 致谢88
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