LDH/碳复合材料的电化学传感和储能特性研究
发布时间：2021-12-23 04:12
层状双金属氢氧化物（LDH）作为一种典型的无机层状材料,可在不改变板层结构的情况下,对层板上的金属离子进行调换,金属离子在层板上高度分散,层板间阴离子也可以置换以调节层板间距离及相应化学性质,这些特性使得LDH在电催化,吸附,生物传感,储能方面都有广泛的应用。尽管LDH的应用和发展已经取得了很大的进展,但在电化学储能和传感领域中LDH实际应用主要受到低导电率的限制。为了解决这一问题,合成了具有高电荷流动性和高比表面积的LDH/碳纳米复合材料,用于高效电极材料。本研究首先制备了不同金属组分LDH,通过调节层板上金属阳离子的种类,研究了不同活性金属离子对LDH物理化学性能和电容性能的协同效应。通过不同种金属离子取代Al3+,有效降低了双活性金属LDH的带隙能量,使样品的氧化还原反应更容易。在所有样本中,NiMn-LDH具有最大的比电容数值(1322F·g-1),良好的速率性能和较大的能量密度(79.3 Wh·kg-1),形态学保持良好。说明NiMn-LDH在系列多活性金属组分LDH中具有最好的储能表现。进而研究了三维碳泡沫/...
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水滑石的层板结构示意图
中国石油大学（华东）工程硕士学位论文3-OH，-CO，-COO-）对CNT表面进行化学修饰进而在碳纳米管（CNT）主链上合成NiMn-LDH[12]。探究发现通过改性改善基底的亲水性对LDH的后续生长至关重要。Lu等[13]通过简单的水热合成法制备NiFe-LDH，其特点是在泡沫镍表面垂直生长，可作为析氧反应（OER）的电极材料，且不使用生长助剂。综上所述，基底表面LDH晶核的形成是原位生长方法的关键步骤，其可通过直接激活金属底物，引入LDH晶核以及在LDH核和基底材料之间产生分子相互作用来实现。图1-2在Fe-Co-Ni基体（a）生长CoFe-LDH纳米粒子的前后和（b）30分钟超声处理后的扫描电镜图（c）NiMn-LDH/CNT的合成过程和形态的示意图。步骤（I）：通过官能团对碳纳米管进行表面改性。步骤（II）：通过原位生长方法将NiMn-LDH纳米片生长到CNT骨架上。Fig1-2SEMimagesofCoFe-LDHNWAsgraftedontheFe–Co–Nisubstrate(a)beforeand(b)aftera30minultra-sonicationtest.(c)AschematicillustrationofthesynthesisandmorphologyofNiMn-LDH/CNT.Step(I):thesurfacemodificationofCNTsbyfunctionalgroups.Step(II):thegraftingofNiMn-LDHnanosheetsontotheCNTbackbonebyaninsitugrowthmethod.1.1.2.2电沉积法电化学合成方法因其快速简便被广泛应用于LDH电极的制备[14-23]。一般而言，电沉积使用含有相应金属离子的硝酸盐或硫酸盐溶液来进行。沉积可以通过
第一章绪论4还原硝酸根或硫酸根离子来产生氢氧根离子提高工作电极上局部的pH，导致相应LDH的沉淀。NO3-+H2O+2eNO2-+2OH-(1)SO42-+H2O+2eSO32-+2OH-(2)实验表明沉积电位，电镀溶液pH值，金属类型和M2+/M3+比对确定LDH的纯度和结晶度起着重要作用。Dennis等在1989年通过电沉淀法从金属硝酸盐溶液中合成了系列镍基氢氧化物。Yarger等[20]研究了电化学制备ZnAl-LDH的实验参数。发现在室温下，使用12.5mMZn(NO3)2·6H2O溶液和7.5mMAl(NO3)3·9H2O，pH值为3.8，最佳沉积电位为1.65V（vs.Ag/AgCl）合成纯ZnAl-LDH的性能最佳。增加和降低电镀液中的铝浓度都会形成含Al和Zn的杂质。Gupta等[21]报道了一种纳米结构的CoNi-LDH，采用恒电位沉积法在电镀液中使用不同摩尔比的Co(NO3)2和Ni(NO3)2，可在不锈钢电极上沉积CoNi-LDH。Li等[22]用七水硫酸锌（ZnSO4·7H2O）和硫酸钴（II）制备了ZnCo-LDH，为了将钴（II）部分氧化成钴（III），将H2O2加入溶液中，在镍箔上沉积的ZnCo-LDH，测试发现ZnCo-LDH由高度有序阵列组成，ab平面垂直于基底。图1-3（a）MFe-LDH的合成路线的示意图（b）NiFe-LDH（c）CoFe-LDH和（d）LiFe-LDH的SEM图谱Fig1-3(a)SchematicillustrationofthesyntheticrouteofMFe-LDHnanoarrays.SEMimagesof(b)NiFe-LDH,(c)CoFe-LDHand(d)LiFe-LDHnanoplateletarrays.
本文编号：3547756
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水滑石的层板结构示意图
中国石油大学（华东）工程硕士学位论文3-OH，-CO，-COO-）对CNT表面进行化学修饰进而在碳纳米管（CNT）主链上合成NiMn-LDH[12]。探究发现通过改性改善基底的亲水性对LDH的后续生长至关重要。Lu等[13]通过简单的水热合成法制备NiFe-LDH，其特点是在泡沫镍表面垂直生长，可作为析氧反应（OER）的电极材料，且不使用生长助剂。综上所述，基底表面LDH晶核的形成是原位生长方法的关键步骤，其可通过直接激活金属底物，引入LDH晶核以及在LDH核和基底材料之间产生分子相互作用来实现。图1-2在Fe-Co-Ni基体（a）生长CoFe-LDH纳米粒子的前后和（b）30分钟超声处理后的扫描电镜图（c）NiMn-LDH/CNT的合成过程和形态的示意图。步骤（I）：通过官能团对碳纳米管进行表面改性。步骤（II）：通过原位生长方法将NiMn-LDH纳米片生长到CNT骨架上。Fig1-2SEMimagesofCoFe-LDHNWAsgraftedontheFe–Co–Nisubstrate(a)beforeand(b)aftera30minultra-sonicationtest.(c)AschematicillustrationofthesynthesisandmorphologyofNiMn-LDH/CNT.Step(I):thesurfacemodificationofCNTsbyfunctionalgroups.Step(II):thegraftingofNiMn-LDHnanosheetsontotheCNTbackbonebyaninsitugrowthmethod.1.1.2.2电沉积法电化学合成方法因其快速简便被广泛应用于LDH电极的制备[14-23]。一般而言，电沉积使用含有相应金属离子的硝酸盐或硫酸盐溶液来进行。沉积可以通过
第一章绪论4还原硝酸根或硫酸根离子来产生氢氧根离子提高工作电极上局部的pH，导致相应LDH的沉淀。NO3-+H2O+2eNO2-+2OH-(1)SO42-+H2O+2eSO32-+2OH-(2)实验表明沉积电位，电镀溶液pH值，金属类型和M2+/M3+比对确定LDH的纯度和结晶度起着重要作用。Dennis等在1989年通过电沉淀法从金属硝酸盐溶液中合成了系列镍基氢氧化物。Yarger等[20]研究了电化学制备ZnAl-LDH的实验参数。发现在室温下，使用12.5mMZn(NO3)2·6H2O溶液和7.5mMAl(NO3)3·9H2O，pH值为3.8，最佳沉积电位为1.65V（vs.Ag/AgCl）合成纯ZnAl-LDH的性能最佳。增加和降低电镀液中的铝浓度都会形成含Al和Zn的杂质。Gupta等[21]报道了一种纳米结构的CoNi-LDH，采用恒电位沉积法在电镀液中使用不同摩尔比的Co(NO3)2和Ni(NO3)2，可在不锈钢电极上沉积CoNi-LDH。Li等[22]用七水硫酸锌（ZnSO4·7H2O）和硫酸钴（II）制备了ZnCo-LDH，为了将钴（II）部分氧化成钴（III），将H2O2加入溶液中，在镍箔上沉积的ZnCo-LDH，测试发现ZnCo-LDH由高度有序阵列组成，ab平面垂直于基底。图1-3（a）MFe-LDH的合成路线的示意图（b）NiFe-LDH（c）CoFe-LDH和（d）LiFe-LDH的SEM图谱Fig1-3(a)SchematicillustrationofthesyntheticrouteofMFe-LDHnanoarrays.SEMimagesof(b)NiFe-LDH,(c)CoFe-LDHand(d)LiFe-LDHnanoplateletarrays.
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