当前位置:主页 > 科技论文 > 化学工程论文 >

CuO微纳结构的合成与改性及其在催化与锂离子电池中的应用

发布时间:2018-06-12 17:27

  本文选题:纳米材料 + 过渡金属氧化物 ; 参考:《华东师范大学》2015年硕士论文


【摘要】:氧化铜由于其价格低廉、来源广泛、环境友好的特性在很早之前就成为了工业中用途十分广泛的功能材料,目前在光催化、吸附、气敏传感器以及锂离子电池领域中经常可以发现它的身影。本论文通过设计实验制备出了不同的氧化铜微纳结构,对特定结构的产物作了相应表征,对相关产物作了可见光催化研究或者作为锂离子电池电极时的电化学性能研究。论文的主体工作可以分为以下三个部分:1.利用水-二氯甲烷不混溶的特性,设计出有机-无机两相液体界面法控制制备出超薄纳米片组装成的CuO三维结构。通过X-射线衍射确定了产物的物相为纯相的CuO;通过扫描电镜(SEM)确定了制备的CuO组装体的结构单元是厚度为的超薄纳米片;通过透射电子显微分析(TEM)高分辨率透射电子显微分析(HETEM)以及选区电子衍射分析(SAED),确定了超薄纳米片组装单元的暴露面为[11-1]。通过研究产物在不同反应阶段的产物物相与形貌变化提出了合适的反应机理。除此之外,这部分内容还研究该产物在可见光条件下光催化降解水体中常见有机污染物玫瑰红即罗丹明B (RhB)降解时的性能以及作为锂离子电池电极材料时的电化学性能。实验结果表明,该超薄纳米片组装而成的大孔CuO三维结构在室温条件下30min内即可催化降解浓度为50mg/L的玫瑰-(RhB)溶液降解90%,该性能远远优于市售的氧化铜粉末、未组装的超薄CuO纳米片以及厚片组装的CuO三维结构;通过对比研究材料组装成CR2032型纽扣电池的电化学性能,由于该结构具有更大的比表面积、更短的离子嵌入脱出路程经过在0.1C电流密度下,30次充放电循环后该材料仍能保持390 mAhg-1的比容量,这远远大于市售的氧化铜粉末的190 mAhg-1、未组装的超薄CuO纳米片的130 mAhg-1以及厚片组装的CuO三维结构的220 mAhg-1。2.利用无机-有机(水-二氯甲烷)两相界面法合成了直径在200-300nm长度为若干微米的氢氧化铜前驱物。之后将该前驱物在200℃,400℃,600℃与800℃下的空气中煅烧6h,400℃下煅烧1h获得了不同形貌与孔隙率的CuO纳米棒。通过研究这些产物作为锂离子电极材料时的充放电表现,确定了多孔材料尤其是通过煅烧金属氢氧化物获得的产物时,产物的多孔结构与结晶度与电极材料的电化学性能有着非常重要的影响。400℃C下煅烧6h获得的产物在前50个循环过程中比较稳定,经过100个充放电循环后比容量超过了700mAhg-1,比其他温度下煅烧6h获得的产物的比容量明显要高了许多。不同倍率电流密度下充放电时,电流密度从0.1C逐渐增加到1C,400℃下煅烧6h的样品在O.1C,0.2C,0.5C,1C每个电流密度下容量依然保持最高也比较稳定,对应的比容量分别为600 mAh/g, 450 mAh/g,300 mAh/g and 280 mAh/g。即使经过高电流密度1C下充放电,在重新回到低电流密度0.1C充放电后400℃下煅烧6h的样品也能保持开始的容量,说明CuO-400-6具有很好的循环稳定性。实验结果说明通过类似方法制备多孔材料时同时优化结晶度与多孔结构的重要性。这一结论能为相关领域的研究者提供一个重要参考。3.根据CuS与Cu(OH)2在水溶液中溶解性质的不同,设计简便的实验,利用离子取代法,将现有无机-有机两相界面法合成的氢氧化铜纳米棒表面改性,通过控制硫离子的加入量,在现有的氢氧化铜纳米棒表面点缀或者包覆一层硫化铜。X-射线衍射分析、SEM都说明了实验中对Cu(OH)2改陛成功。随着实验中硫源(硫代乙酰胺/TAA)用量的增加,材料的结构与形貌都会发生相应的变化。将改性过的材料在氮气环境中400℃煅烧6h,通过扫描电镜显微分析确定了煅烧后产物的形貌。这些样品的XRD显示最终获得的产物是Cu784与CuO的复合产物。煅烧前后CuS向Cu7S4的转化说明了材料在煅烧过程中重结晶的发生。进一步的EDX表征说明了最终得到了含硫元素量不同的产物。这样的复合材料理论上存在CuO/CuS异质结结构,能改善原来CuO的光催化效率,因此该材料的光催化性能值得探究;所制备材料的锂离子电池电化学性能有待进一步探究。
[Abstract]:Copper oxide, because of its low price, wide source and environmental friendly characteristics, has become a very widely used functional material in industry a long time ago. It is often found in the field of photocatalysis, adsorption, gas sensing and lithium ion batteries. The main work of this thesis can be divided into three parts: 1. using the specificity of the immiscibility of water dichloromethane, the organic inorganic two-phase liquid interface method is designed. The CuO three-dimensional structure of the ultra-thin nanoscale was prepared. The phase of the product was determined by X- ray diffraction, and the CuO of the pure phase was determined. By scanning electron microscope (SEM), the structure unit of the prepared CuO assembly was the thickness of the ultra-thin nanoscale, and the high resolution transmission electron microanalysis (HETEM) of the transmission electron microscopy (TEM) was used for the transmission electron microanalysis (HETEM). And the selective area electron diffraction analysis (SAED) shows that the exposure surface of the ultrathin nanoscale assembly unit is [11-1]., and the suitable reaction mechanism is proposed by the product phase and morphology of the products at different reaction stages. In addition, this part also studies the photocatalytic degradation of common organic pollutants in the water under visible light. The performance of rhodamine B (RhB) degradation and the electrochemical performance of rhodamine B (RhB) as a lithium ion battery electrode material. The experimental results show that the macroporous CuO three-dimensional structure composed of the ultra-thin nanoscale can degrade 90% of the rose (RhB) solution at room temperature under the condition of room temperature, and the performance is far superior to that of 90%. The commercially available copper oxide powder, unassembled ultra-thin CuO nanoscale and the thick CuO three-dimensional structure assembled; the electrochemical properties of the CR2032 type button battery are assembled by comparison of the materials. Because the structure has a larger specific surface area, the shorter ion embed and release path passes through the 0.1C current density and after 30 charging and discharging cycles. The material can still maintain the specific capacity of 390 mAhg-1, which is far greater than the 190 mAhg-1 of the sold copper oxide powder, 130 mAhg-1 of unassembled ultra-thin CuO nanoscale and 220 mAhg-1.2. of the CuO three-dimensional structure of the thick piece assembled by the inorganic organic (water dichloromethane) two phase interface method to synthesize hydrogen and oxygen with a diameter of a number of microns in the 200-300nm length. The precursor was calcined at 200, 400, 600 and 800 C for 6h. The CuO nanorods with different morphology and porosity were obtained by calcining 1H at 400 C. The porous material, especially by the calcined metal hydroxide, was obtained by studying the charge discharge performance of these products as the lithium ion electrode material. When the product is produced, the porous structure and crystallinity of the product and the electrochemical performance of the electrode material have a very important influence on the products obtained by calcining 6h at.400 C C in the first 50 cycles. After 100 charging and discharging cycles, the specific capacity is more than 700mAhg-1, and the specific capacity of the products obtained by calcining 6h at other temperatures is significantly higher than that of other products. The current density increases from 0.1C to 1C, and the sample calcined for 6h at 400 C at O.1C, 0.2C, 0.5C, and 1C remains the highest and more stable at 600 mAh/g, 450 mAh/g, and 300 mAh/g and 280 mAh/g., even after high current density. After charging and discharging at lower current density, the samples calcined at 400 C after 0.1C charge and discharge at low current density can also maintain the starting capacity, indicating that CuO-400-6 has good cyclic stability. The experimental results show the importance of optimizing the crystallinity and the porous structure when the porous materials are prepared by similar methods. This conclusion can be used in the related fields. The researchers provide an important reference,.3., based on the difference in the solubility of CuS and Cu (OH) 2 in aqueous solution. The design of a simple experiment is to use the ion substitution method to modify the surface of the copper hydroxide nanorods synthesized by the existing inorganic organic two phase interface method. By controlling the addition of sulfur ions, the surface of the existing copper hydroxide nanorods is embellished. With the.X- ray diffraction analysis of copper sulfide coated with a layer of copper sulfide, SEM shows the success of the Cu (OH) 2 changed his Majesty in the experiment. With the increase of the sulfur source (thioacetamide /TAA) in the experiment, the structure and morphology of the material will change correspondingly. The modified materials are calcined at 400 degrees C in the nitrogen environment and are calcined by the scanning electron microscope to determine the calcinations. The XRD of these samples shows that the final product is a compound product of Cu784 and CuO. The transformation of CuS to Cu7S4 before and after calcining indicates that the material is recrystallized during the calcination process. Further EDX characterization shows that the products with different sulfur content are finally obtained. This composite material has a theory of CuO/Cu in theory. The S heterostructure can improve the photocatalytic efficiency of the original CuO, so the photocatalytic performance of the material is worth exploring, and the electrochemical performance of the lithium ion battery for the prepared material needs to be further explored.
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM912;TQ131.21

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 莫博;阚彩侠;柯善林;从博;徐丽红;;银纳米片的研究进展[J];物理化学学报;2012年11期

2 王树林;一种制备纳米片状锌粉的新方法[J];矿山机械;2003年10期

3 陆必志,陈振兴,黄巧萍,刘辉;纳米片状铝粉的制备及其发展动态[J];涂料技术与文摘;2004年01期

4 吕伟;吴莉莉;徐润春;吴佑实;盖红德;邹科;;二维纳米结构——氧化铋纳米片的制备与表征[J];山东大学学报(工学版);2008年01期

5 段君元;章桥新;王一龙;官建国;;边长为微米级的银纳米片的简易合成与形成机理[J];物理化学学报;2009年07期

6 董佳敏;宋玉哲;李旭东;刘国汉;韩根亮;李工农;;金纳米片的低温水相还原法制备及表征[J];甘肃科学学报;2009年04期

7 张锡凤;程晓农;严冲;曹智娟;郝伟;刘晓光;;镍纳米片的制备、表征及摩擦学应用[J];江苏大学学报(自然科学版);2010年04期

8 李彩霞;蒋丹宇;李强;;钽氧纳米片的机械化学法制备及表征[J];稀有金属材料与工程;2011年S1期

9 关明云;尚通明;贺香红;孙建华;周全法;顾鹏;;无表面活性剂和搅拌下合成银纳米片(英文)[J];稀有金属材料与工程;2011年12期

10 黄涛;李灿;吴静;周忠强;池泉;刘汉范;;四方形钯纳米片的控制合成[J];中南民族大学学报(自然科学版);2013年03期

相关会议论文 前10条

1 杨晓华;杨化桂;李春忠;;{001}晶面主导的锐钛二氧化钛纳米片的热稳定性研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

2 杨晓晶;;无机纳米片的制备和再配列的进展[A];中国化学会第26届学术年会无机与配位化学分会场论文集[C];2008年

3 刘德宇;叶泽中;林海昕;任斌;田中群;;铜纳米片及其复杂合金纳米结构的合成及应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

4 张东阳;丁书江;Xiong Wen(David)Lou;;二硫化钼纳米片复合材料的制备及其锂离子存储性能[A];中国化学会第28届学术年会第5分会场摘要集[C];2012年

5 虞梦娜;杜祝祝;林进义;解令海;黄维;;萘酰亚胺基有机纳米片的二维生长和纳米复合[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会:纳米材料合成与组装[C];2014年

6 崔聪颖;成英文;李文静;邱翠翠;马厚义;;金纳米片的刻蚀过程及其腐蚀机理[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年

7 张桥;;银纳米片的胶体合成[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会:胶体与界面[C];2014年

8 陈圆;丁欢欢;刘天晴;;层状液晶中金属纳米片的制备[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会:胶体与界面[C];2014年

9 杨海丽;刘益江;周鹏;王启光;梁福鑫;杨振忠;;响应性聚合物/无机复合Janus纳米片的制备及其性能研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题J:高分子复合体系[C];2013年

10 陈小兰;师赛鸽;黄艺专;陈美;汤少恒;莫世广;郑南峰;;不同表面修饰对钯纳米片活体行为的影响[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第05分会:无机化学[C];2014年

相关重要报纸文章 前2条

1 记者 刘霞;科学家利用超薄沸石纳米片造出高效催化剂[N];科技日报;2012年

2 冯卫东;新型透明塑料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 张琳;稀土发光纳米片材料的制备及性能研究[D];华东师范大学;2014年

2 李娜;银纳米片的可控合成及其等离子体共振特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 郝国林;拓扑绝缘体纳米结构的可控生长与表面性能[D];湘潭大学;2013年

4 许友;铂基合金网络和二维纳米半导体的制备及催化性能研究[D];天津大学;2014年

5 周俊丽;基于二氧化锰纳米片构建的功能性纳米材料与性能研究[D];广东工业大学;2015年

6 李园园;铋系光催化剂纳米—微米结构的制备、修饰及可见光催化性能研究[D];华中师范大学;2009年

7 郭池;不同酸碱度水热法可控制备硅基纳米材料及氢氧化镍纳米片的研究[D];湖南大学;2011年

8 杨晓华;{001}晶面主导的锐钛型二氧化钛单晶的制备、稳定性和应用研究[D];华东理工大学;2011年

9 黄娟娟;片状磁性金属及合金纳米颗粒的微波磁性与微波吸收特性研究[D];兰州大学;2007年

10 王克伟;碘化氧铋BiOI纳米片状阵列的合成及其应用研究[D];华中师范大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 李涛;基于氧化钨纳米片多级复合纳米结构的制备与光催化性能研究[D];郑州大学;2012年

2 肖畅;二维硼碳氮纳米片层薄膜的控制生长及性质研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 肖寒;基于二氧化锰纳米片的电化学生物传感器的研究[D];北京化工大学;2007年

4 刘洋;碳纳米片的制备及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 李倩;BN烯的制备及其表征[D];哈尔滨工业大学;2012年

6 温婷;新型氮杂二维碳纳米片的制备及其非线性光学性质的调控[D];兰州大学;2014年

7 韩文;氧化铁纳米片负载金催化剂制备及催化甲苯氧化性能[D];北京工业大学;2014年

8 陈龙;新型二维碳纳米片的制备及其电化学性能研究[D];天津大学;2014年

9 欧异斌;锰氧化物去除水体中砷的研究[D];湖南农业大学;2013年

10 王宁宁;钛铌酸盐纳米片复合材料的组装与应用研究[D];安徽理工大学;2014年



本文编号:2010468

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/2010468.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户b9a4d***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com