多孔铜、纳米多孔铜基复合电极材料的制备及其应用研究

发布时间：2019-02-21 16:34

【摘要】：本论文利用简单的氢气泡模板法和磁控溅射/脱合金法的方式分别在铜箔基体上制备了多孔铜材料和纳米多孔铜材料。在多孔铜基体上电化学沉积二硫化钼,制备了用作锂离子电池负极的NPCu/MoS2复合电极材料;通过原位氧化法将纳米多孔铜表面原位氧化成氧化铜,制备了用于葡萄糖无酶检测的NPCu/CuO复合电极材料;通过原位置换法在纳米多孔铜表面负载了贵金属铂,制备了用作电解制氢的NPCu/Pt复合电极材料。将所制备的复合电极材料进行了系统的表征。实验结果表明,NPCu/MoS2复合电极材料有着连续的三维空间结构。多孔铜的平均孔径在17.3μm左右,其孔壁由树枝状的铜组成,所负载的二硫化钼完全包覆在多孔铜基体上并呈现出直径为1.2μm的球状。将其组装成纽扣电池测试后,在电流密度为100 mA g-1时循环100圈后仍然有着705.5 mAh g-1的容量,而平板铜/二硫化钼复合电极材料只有35.4 mAh g-1的容量,当电流密度从100 mAg-1 到 200,500,1000 mA g-1 再回到 100 mA g-1 仍然有着 567.9 mAh g-1 的容量。除此之外,充放电循环测试后的电极材料同样在文中进行了表征和分析。我们详细的研究了单靶磁控溅射参数对由单个金属靶材溅射所得材料的厚度和表面颗粒度的影响,发现其随着溅射功率和溅射时间的增加,厚度和表面粒度分别呈现出线性的变化规律。基于不同溅射功率参数的匹配,我们成功制备了Cu77A123,Cu63A137和Cu58Al42三种不同元素原子比的前驱体材料,在腐蚀后发现由前驱体Cu58Al42所得的纳米多孔铜材料具有最大的比表面积,其粗糙系数为29.7,平均孔径尺寸在88.8±3.5nm,纳米多孔铜内部仍然有着连续的纳米多孔结构。由前驱体Cu58Al42脱合金所得的纳米多孔铜在表面原位氧化生成氧化铜后仍能保持其原有的结构,原位氧化所得的氧化铜呈现出花瓣状,并均匀的分布在纳米多孔铜表面。对葡萄糖进行检测时发现其葡萄糖浓度检测上限能够达到10 mM,下限可达1μM,与其他材料相比NPCu/CuO具有较高的灵敏度(362.0 μAcm-2 mM-1),并且具有很强的抗干扰能力和较高的工作稳定性。除此之外,不同前驱体材料脱合金原位氧化后对葡萄糖的响应也在文中进行了探讨。对由前驱体Cu63Al37和Cu58Al42腐蚀所得纳米多孔铜分别在氯铂酸溶液中原位置换负载了贵金属铂,由Cu58Al42所得材料负载铂的量要高于由前驱体Cu63Al37所得的材料,但是两种材料负载铂后还能保持着纳米多孔铜的基本结构但是孔洞明显变大。对由前驱体Cu63Al37脱合金负载Pt后所得的复合电极材料进行了电解制氢的初步实验,发现其具有较好的析氢效果,塔菲尔斜率为36 mV dec-1,且起峰电位基本接近于0V,与平板铜在相同条件下负载铂相比具有较大的优势,以及与纯Pt和其它Pt系材料相比具有较好的应用价值。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.11;TB383.4

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本文编号：2427674