模板法构筑铋、硒、碳纳米线阵列电极材料及其电化学性能研究

发布时间：2017-12-23 06:34

本文关键词：模板法构筑铋、硒、碳纳米线阵列电极材料及其电化学性能研究　出处：《武汉纺织大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：锂离子电极材料的研究是解决当前能源危机和提高二次能源体系应用潜力的关键。将一维纳米结构与电极材料结合,可从根本上影响着电极材料的性能。目前有多种制备一维电极材料的方法,包括溶胶-凝胶法、气相沉积法、溶液法等。然而,成本低廉、工艺简单的实现一维纳米材料的规模批量化生产仍有困难。本论文提出一种利用阳极氧化铝(AAO)模板实现规模化制备结构规整、高度取向的金属、非金属以及聚合物纳米线材料。具体为:采用阳极氧化法制备AAO模板,采用机械液压法将熔融的金属(如铋)、非金属(如硒)、高分子凝胶(如聚丙烯腈凝胶),压入AAO纳米孔,冷却干燥后去除AAO模板得到对应纳米线阵列材料。将制得的纳米线作为锂电或钠电电极材料测试其电化学性能,并研究这些纳米电极材料的储锂或储钠机理。金属铋(Bi)纳米线的制备。通过XRD检测表明通过机械液压法制备的金属铋(Bi)纳米线是高度规整的斜六方单晶结构。将制备得到的Bi纳米线与碳黑连续研磨形成Bi/C纳米复合材料应用于锂电和钠电电极材料。通过非原位XRD表征Bi/C纳米复合材料作为锂电和钠电电极材料时在充放电过程中的反应机理。结果表明:Bi/C纳米复合材料与Li+的反应机理是Bi与Li+离子反应形成锂铋合金及其还原的过程,与Na+的反应机理是Na+离子在Bi晶格中嵌入-脱出的过程。非金属硒(Se)纳米线的制备。将熔融的Se注入AAO模板中,待冷却固化、去除模板后即可得到Se纳米线阵列。对Se纳米线的热稳定性和电化学性能进行了详细的讨论。结果表明:因纳米尺寸效应,Se纳米线的熔点较普通Se粉的熔点低,且Se纳米线在储锂过程因结构应力或易变为非晶结构而具有更高储锂比容量和更好的循环寿命。为低成本、简单规模化制备低熔点(650oC)的非金属(S,Se,Te等)及其化合物纳米线材料具有重要的指导意义。聚合物纳米线的制备。通过机械液压法将聚丙烯腈(PAN)凝胶压入AAO模板中可制备PAN纳米线阵列,为制备高分子纳米线提供了一种新思路。通过高温碳化,可直接得到多孔的富氮碳纳米线材料。此种富氮碳纳米线阵列表现出高的储锂容量和优异的倍率性能。这种富氮碳纳米线材料结合了纳米阵列结构、多孔结构以及大量氮掺杂的特点,使其在催化、超级电容器和氢存储等领域也有应用潜力。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TM912

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