金属氧族化合物纳米材料的制备及其光催化和电化学性能研究

发布时间：2017-08-14 21:25

  本文关键词：金属氧族化合物纳米材料的制备及其光催化和电化学性能研究

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【摘要】：光催化技术和超级电容器在解决全球能源短缺和环境污染问题方面有着重要的意义。本论文旨在探索几种卤氧化铋,过渡金属氧化物和过渡金属硫属化合物纳米材料的制备及其光催化性能和超级电容器电化学性能的研究。本文合成了原位形成的具有高效可见光光催化活性的Bi/BiOBrxI1-x异质结分级微球,通过在可见光下降解RhB来评估其光催化活性并分析其光催化机理;制备了CoO纳米粒子和NiCo2O4空心纳米立方体超级电容器电极材料,并研究了其电化学电容器性能;制备了金属1T-MoS2超薄单层纳米片,并研究了其电化学电容器性能。本论文的主要内容如下:(1)通过灵巧的一步溶剂热方法,合成原位形成的具有高效可见光光催化活性的Bi/BiOBrxI1-x异质结分级微球。合成工艺过程中,通过乙二醇原位还原Bi3+,Bi纳米粒子沉积在BiOBrxI1-x微球的表面。Bi/BiOBrxI1-x样品极大增强的可见光光催化活性可以归因于由Bi纳米粒子引起的电子-空穴对的有效分离和延长载流子寿命的贡献。在所合成的样品中,Bi/BiOBr0.266I0.734样品表现出最高的光催化活性和在重复的可见光照射下高的光化学稳定性,这对其实际应用特别有前途。羟基自由基证明是RhB光氧化的主要活性物种。金属Bi纳米粒子具有类似于贵金属的行为,对BiOBrxI1-x产生多个积极作用,包括增加可见光吸收和增强电荷分离和转移。目前的工作证明利用低成本的Bi纳米粒子作为贵金属的替代品来提高其他光催化剂性能的可行性,同时,为原位制备Bi/半导体纳米复合材料提供新的观点。(2)采用机械球磨法制备了CoO纳米粒子。所制备的CoO纳米粒子表现出高的比表面积和良好的结晶性。随着球磨时间的增加,CoO样品的比电容逐渐增加,球磨96小时的CoO纳米粒子的比电容最高。球磨96小时的CoO纳米粒子电极在0.5,1,2,3,4,8,12和16 A g-1电流密度下对应的比电容分别是600,594,584,544,520,488,456和416 F g-1。CoO纳米粒子比电容的保持在2 A g-1电流密度下充放电2000次循环后为96.6%,在4 A g-1电流密度下充放电2000次循环后为95.3%。CoO纳米粒子电极高的比电容和良好的循环稳定性归因于大的比表面积和良好的结晶性,使其可以成为超级电容器储能应用中优良的电极材料。(3)使用“协调刻蚀+沉淀”(CEP)路线成功合成了NiCo2O4空心纳米立方体。所制备的NiCo2O4空心纳米立方体显示出高的比表面积134.52 m2 g-1和介孔结构2.4-6 nm。NiCo2O4空心纳米立方体电极在1,2,4,8和16 A g-1电流密度下对应的比电容分别是795.6,680,622.2,568.9和497.8 F g-1。由于高的比表面积和介孔空心结构为电解液离子提供有效的扩散通道,导致NiCo2O4空心纳米立方体有高的比电容。高的比表面积和介孔空心结构也导致高稳定性,NiCo2O4空心纳米立方体电极的比电容的保持在1 A g-1电流密度下充放电2000次循环后为97.5%,在2 A g-1电流密度下充放电2000次循环后为96.1%。NiCo2O4空心纳米立方体电极高的比电容和良好的循环稳定性归因于高的比表面积和介孔空心结构。(4)采用两步溶剂热法成功地合成了MoS2超薄单层纳米片,纳米片样品中主要成分为金属1T-MoS2,1T相的浓度为60%。所制备的MoS2纳米片显示出高的结晶性和良好的导电性。MoS2纳米片电极在1,2,4和8 A g-1电流密度下对应的比电容分别是388.8,305,271.3和230 F g-1。良好的结晶性和导电性有助于电解液离子更好的扩散和传输,导致高的比电容。金属1T-MoS2良好的导电性也导致高稳定性,MoS2纳米片比电容的保持在1 A g-1电流密度下充放电2000次循环后为97.1%。MoS2纳米片电极高的比电容和良好的循环稳定性归因于金属1T-MoS2良好的结晶性和导电性。
【关键词】：光催化 超级电容器 卤氧化铋 过渡金属氧化物 过渡金属硫属化合物
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-34
• 1.1 引言11-15
• 1.2 卤氧化铋BiOX (X = Cl, Br, I)可见光光催化材料的研究进展15-20
• 1.3 超级电容器电极材料的研究进展20-26
• 1.3.1 碳电极材料的研究进展20
• 1.3.2 导电聚合物电极材料的研究进展20
• 1.3.3 过渡金属氧化物电极材料的研究进展20-24
• 1.3.4 过渡金属硫属化合物电极材料的研究进展24-26
• 1.4 本论文的选题背景和主要研究内容26-27
• 参考文献27-34
• 第2章 Bi/BiOBr_xI_(1-x)异质结分级微球的制备及其光催化性能34-56
• 2.1 引言34-35
• 2.2 实验部分35-37
• 2.2.1 样品的制备35-36
• 2.2.2 结构和形貌表征36-37
• 2.3 结果与讨论37-51
• 2.3.1 晶体结构和形貌37-43
• 2.3.2 光催化活性43-47
• 2.3.3 光学吸收特性47-49
• 2.3.4 光催化机理分析49-51
• 2.4 本章小结51-52
• 参考文献52-56
• 第3章 CoO纳米颗粒的制备及其电化学性能56-73
• 3.1 引言56-57
• 3.2 实验部分57-59
• 3.2.1 合成CoO纳米粒子57-58
• 3.2.2 结构和形貌表征58-59
• 3.3 结果与讨论59-68
• 3.3.1 CoO纳米粒子结构和形貌表征59-64
• 3.3.2 CoO纳米粒子电化学性能表征64-68
• 3.4 本章小结68-69
• 参考文献69-73
• 第4章 NiCo_2O_4空心纳米立方体的制备及其电化学性能73-90
• 4.1 引言73
• 4.2 实验部分73-75
• 4.2.1 Cu_2O立方体模板的制备73-74
• 4.2.2 NiCo_2O_4空心纳米立方体的制备74
• 4.2.3 结构和形貌表征74-75
• 4.3 结果与讨论75-86
• 4.3.1 NiCo_2O_4空心纳米立方体结构和形貌表征75-80
• 4.3.2 NiCo_2O_4空心纳米立方体的合成机理80-81
• 4.3.3 NiCo_2O_4空心纳米立方体电化学性能测试81-86
• 4.4 本章小结86-87
• 参考文献87-90
• 第5章 金属 1T相MoS_2单层纳米片的制备及其电化学性能90-100
• 5.1 引言90
• 5.2 实验部分90-91
• 5.2.1 合成MoS_2超薄纳米片90
• 5.2.3 结构和形貌表征90-91
• 5.3 结果与讨论91-98
• 5.3.1 MoS_2纳米片结构和形貌表征91-95
• 5.3.2 MoS_2纳米片电化学性能测试95-98
• 5.4 本章小结98
• 参考文献98-100
• 结论100-103
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单103-104
• 致谢104

【共引文献】

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本文编号：674782