LDH基納米復(fù)合材料的制備及吸附和電化學(xué)性能研究.pdf

1、層狀復(fù)合金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,LDH)是一類典型的陰離子型插層材料。由金屬氫氧化物構(gòu)成主體層板,陰離子以及一些水分子等客體嵌入到層間形成獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)。近年來,基于LDH獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu),以及層板離子可調(diào)控和層間陰離子可交換等特性,使得其在環(huán)境處理和能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域越來越受到關(guān)注。
　　本論文采用共沉淀法制備出ZnAl-LDH和CoAl-LDH,并以此為基利用自組裝技術(shù)分別制備得到了Au/Z

2、nAl-LDO,MnOx/ZnAl-LDO和MnO2/CoAl-LDH復(fù)合材料。采用X射線衍射儀(XRD)、聚焦離子束掃描電鏡(FIB/SEM)、透射電鏡(TEM)、傅立葉紅外吸收光譜(FT-IR)、同步熱分析儀(TGA–DSC)和比表面積測(cè)試儀(BET)等表征手段對(duì)所得樣品進(jìn)行表征。此外,針對(duì)樣品不同的特性,我們測(cè)試了Au/ZnAl-LDO和MnOx/ ZnAl-LDO材料對(duì)甲基橙的吸附性能,詳細(xì)探討了吸附機(jī)理和動(dòng)力學(xué)過程;同時(shí)也測(cè)試

3、了MnO2/CoAl-LDH材料的的超級(jí)電容器性能。
　?、倮藐庪x子交換法/焙燒過程制備得到Au/ZnAl-LDO,LDO具備獨(dú)特的―記憶效應(yīng)‖,再加上Au活性成分的引入,使得Au/ZnAl-LDO展現(xiàn)出十分優(yōu)異的染料吸附性能。實(shí)驗(yàn)中探索了材料組成(Zn與Au元素的含量),焙燒條件(溫度和時(shí)間)等對(duì)其吸附性能的影響;采用批量吸附實(shí)驗(yàn)得到其等溫線,利用Langmuir模型對(duì)其模擬分析,計(jì)算得到Au/ZnAl-LDO納米復(fù)合材料最大

4、的吸附容量為627.51mg–1;另外,我們進(jìn)行了熱重復(fù)性實(shí)驗(yàn)以評(píng)估其循環(huán)利用性能,結(jié)果表明在首次重復(fù)使用時(shí)表現(xiàn)出良好的性能。
　?、诶藐庪x子交換法/原位還原/焙燒過程制備得到MnOx/ZnAl-LDO。錳氧化物是一種優(yōu)秀的吸附材料,因而使得MnOx/ZnAl-LDO表現(xiàn)出對(duì)甲基橙優(yōu)異的吸附去除能力。實(shí)驗(yàn)中探討了焙燒條件(溫度和時(shí)間)對(duì)其吸附性能的影響;同時(shí)通過批量吸附實(shí)驗(yàn)得到吸附等溫線,并運(yùn)用多種等溫線模型、動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)

5、公式對(duì)其吸附過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論;通過Langmuir等溫線模型計(jì)算所得MnOx/ZnAl-LDO納米復(fù)合材料的最大吸附量為617.28mg–1;另外,我們進(jìn)行了熱重復(fù)性實(shí)驗(yàn)以評(píng)估其循環(huán)利用性能,結(jié)果表明在循環(huán)使用5次后仍保持95％以上的甲基橙去除率,表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)利用性能。
　?、劾煤?jiǎn)單的氧化還原方法制備出MnO2/CoAl-LDH納米復(fù)合材料。由于CoAl-LDH和MnO2均是電化學(xué)性能較好的材料,兩者復(fù)合展現(xiàn)出十分

6、優(yōu)異的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)中探索了不同的制備條件對(duì)其電化學(xué)性能的影響;對(duì)最佳樣品進(jìn)行了綜合的電化學(xué)測(cè)試:循環(huán)伏安測(cè)試、充放電測(cè)試和循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試;通過計(jì)算其比電容達(dá)到1088Fg-1,展現(xiàn)出十分優(yōu)異的電化學(xué)性能;另外,MnO2/CoAl-LDH展現(xiàn)良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,在6Ag-1的電流密度下循環(huán)1000次,其比電容保持99％以上。
　　本論文以LDH為基,利用自組裝方法分別得到三種不同的復(fù)合材料,根據(jù)其不同的性質(zhì),分別研究了其