面向车用电容器和汽车尾气处理的Bi系纳米材料的制备和性能研究

发布时间：2017-09-28 12:03

  本文关键词：面向车用电容器和汽车尾气处理的Bi系纳米材料的制备和性能研究

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【摘要】：全球汽车数量逐年增加,加剧了国民经济对化石类能源的依赖和汽车尾气的排放进而造成严重的环境污染。因此开发新能源以及有效处理汽车尾气是可持续发展的必由之路。其中以电力驱动的电动汽车相比内燃机汽车而言,不产生污染,对环境十分有利,而且电动机产生的噪音较小,对人体伤害小,其发展的关键之一是能量的存储。超级电容器作为新一代储能元件,具有高功率密度,高倍率充放电性能以及长循环寿命,因此具有很大的潜在应用价值。在汽车尾气处理技术中,光催化技术能够充分利用太阳能降解NO,避免产生光化学烟雾、酸雨等一些重大环境污染。铋系材料具有较高的电化学稳定性,较高的氧化还原可逆性,良好的光催化活性和独特的电子/能带结构而同时具有电化学和光催化性能,因此受到广泛关注。本文以铋系为基础的条件下,通过与不同材料的复合,分别研究其电化学和光催化性能。通过X射线衍射仪(XRD)、光电子能谱仪(XPS)、聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB/SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及热重分析(TGA)等对样品进行了晶体结构、化学价态、形貌特征和样品成分等的分析。采用恒电流充放电法,循环伏安法和交流阻抗法对所得的复合材料的电化学性能进行研究,采用UV-vis DRS,PL以及空气中NO的去除率等对复合材料的光催化性能进行研究。主要研究内容及结论如下:通过合理调节柠檬酸铋和碳酸钠的量,制备形貌均匀的(BiO)_2CO_3纳米花。并通过与高锰酸钾的水热反应制备(BiO)_2CO_3@MnO_2纳米复合材料,超薄的MnO_2纳米片负载于(BiO)_2CO_3表面,形成核壳结构。并研究了该复合材料的电化学性能。结果表明,(BiO)_2CO_3@MnO_2的比电容可达到196.0 F g-1,同时具有良好的循环性能(循环1000次保留125%)。通过在特定条件下锻烧(BiO)_2CO_3获得Bi_2O_3,同样和高锰酸钾反应制备Bi_2O_3@MnO_2纳米复合材料。该复合材料中负载的MnO_2量明显减少。研究其电化学性能发现,Bi_2O_3@MnO_2的比电容最高为139.4 F g-1,循环性能较好(循环1000次保留112%)。但是和(BiO)_2CO_3@MnO_2纳米复合材料的电化学性能相比,该产物的性能略差。通过溶剂热法制备Ni掺杂的δ-Bi_2O_3,通过调节反应物中泡沫镍的加入量,可以获得不同Ni含量的复合产物,分别标记为纯Bi_2O_3,Ni-Bi_2O_3-2和Ni-Bi_2O_3-5.该复合材料首先形成板状的前驱体,然后逐渐消耗变为球状。Ni的加入不仅使产物的导电性提高,而且使产物具有介孔结构,使其比表面积增加,有利于光催化性能。研究其光催化性能发现,Ni-Bi_2O_3-5具有最好的可见光吸收能力,低的电子-空穴对重组率和最高的NO去除率(52.2%)。本文为铋系纳米材料的制备,复合以及电化学和光催化性能研究提供了新的思路,也为铋系纳米材料的进一步发展和实际应用奠定了基础。
【关键词】：碳酸氧铋 氧化铋 超级电容器 可见光催化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM53
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 超级电容器的概述11-16
• 1.2.1 超级电容器的研究背景12
• 1.2.2 超级电容器的特点及应用12-13
• 1.2.3 超级电容器的储能机理及分类13-15
• 1.2.4 超级电容器电极材料的研究15-16
• 1.3 光催化的概述16-17
• 1.3.1 光催化技术的原理16-17
• 1.3.2 光催化剂的研究进展17
• 1.4 超级电容器中铋系材料的研究现状及存在问题17-20
• 1.4.1 铋系材料在电化学中的应用现状17-18
• 1.4.2 铋系二氧化锰复合材料的电化学研究18-20
• 1.5 光催化中铋系材料的研究现状及存在问题20
• 1.6 选题依据及主要研究内容20-22
• 1.6.1 论文的选题依据20-21
• 1.6.2 主要研究内容21-22
• 2 实验方法与测试原理22-28
• 2.1 实验材料与仪器22-23
• 2.1.1 主要实验试剂22
• 2.1.2 实验仪器22-23
• 2.2 材料的表征和测试23-25
• 2.2.1 聚焦离子/电子双束显微镜分析（FIB/SEM）23-24
• 2.2.2 透射电子显微镜分析（TEM）24
• 2.2.3 X射线衍射分析（XRD）24
• 2.2.4 热重分析（TGA-DSC）24
• 2.2.5 光电子能谱仪（XPS）24-25
• 2.3 电化学性能测试25-26
• 2.3.1 循环伏安测试（CV）25-26
• 2.3.2 恒电流充放电测试（CC）26
• 2.3.3 电化学阻抗测试（EIS）26
• 2.4 光催化测试26-28
• 2.4.1 紫外-可见漫反射吸收光谱26
• 2.4.2 荧光光谱26-27
• 2.4.3 光催化活性评价27-28
• 3 (BiO)_2CO_3@MnO_2复合材料的制备及电化学性能研究28-37
• 3.1 前言28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.2.1 (BiO)_2CO_3@MnO_2的制备28
• 3.2.2 电极片的制备28-29
• 3.3 结果与讨论29-36
• 3.3.1 (BiO)_2CO_3@MnO_2纳米复合材料的形貌结构分析29-31
• 3.3.2 (BiO)_2CO_3@MnO_2纳米复合材料的相结构及成分分析31-32
• 3.3.3 (BiO)_2CO_3@MnO_2纳米复合材料的电化学性能测试32-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 Bi_2O_3@MnO_2复合材料的制备及电化学性能研究37-46
• 4.1 前言37
• 4.2 实验部分37-38
• 4.2.1 Bi_2O_3@MnO_2纳米复合材料的制备37-38
• 4.2.2 电极片的制备38
• 4.2.3 Bi_2O_3@MnO_2复合材料的表征38
• 4.3 结果与讨论38-45
• 4.3.1 Bi_2O_3@MnO_2纳米复合材料的形貌结构分析38-40
• 4.3.2 Bi_2O_3@MnO_2纳米复合材料的相结构及成分分析40-41
• 4.3.3 Bi_2O_3@MnO_2纳米复合材料的电化学性能测试41-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的制备及光催化性能研究46-54
• 5.1 前言46
• 5.2 实验部分46-47
• 5.2.1 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的制备46-47
• 5.2.2 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的表征47
• 5.2.3 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料光催化剂的活性评价47
• 5.3 结果与讨论47-53
• 5.3.1 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的相结构及化学成分分析47-48
• 5.3.2 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的形貌分析48-52
• 5.3.3 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的光学性质52
• 5.3.4 Ni-Bi_2O_3纳米复合材料的光催化性能评价52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 6 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-63
• 附录63
• A. 攻读硕士期间发表论文63
• B. 攻读硕士期间所获奖项63

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本文编号：935720