溫化學(xué)法合成納米材料及其在電化學(xué)器件中的應(yīng)用.pdf

1、納米材料由于具有體材料所不具備的獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在電化學(xué)器件中有著廣泛的應(yīng)用前景，如鋰離子電池和電化學(xué)傳感器。將納米材料作為電極材料可以有效地提高鋰離子電池的比容量和循環(huán)性能，為下一代鋰離子電池的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)?；诩{米材料構(gòu)建的新型電化學(xué)傳感器具有高的靈敏度和快的響應(yīng)時間，為生物醫(yī)學(xué)檢測和環(huán)境監(jiān)測提供了更加高效的方法。本論文采用濕化學(xué)法合成了幾種特殊結(jié)構(gòu)的納米材料，并研究了其在鋰離子電池和電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用前景。具體研究內(nèi)容如

2、下：
　　 1.過渡金屬氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料，在充放電過程中，會發(fā)生體積膨脹導(dǎo)致電池的循環(huán)性能下降。通過制備由納米小顆粒自組裝而成的過渡金屬氧化物納米球，充分發(fā)揮納米構(gòu)建單元和三維空間結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，可以實現(xiàn)較高的放電容量和良好的循環(huán)性能。在第2章，以乙酸鎳和乙二醇為原料，制備了這種三維結(jié)構(gòu)的NiO納米球。采用恒電流充放電和循環(huán)伏安法技術(shù)研究了NiO納米球的電化學(xué)性能。在電流密度為100mA/g時，50個充放電循環(huán)后，

3、NiO納米球的放電比容量為573mAh/g，相當(dāng)于其理論比容量的80％。NiO納米球具有如此好的電化學(xué)性能是來自于它的三維自組裝結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的NiO納米球不僅可以緩沖充放電過程中的體積變化以維持材料結(jié)構(gòu)的完整性，而且還縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑。
　　 2.SnO2作為鋰離子電池的負(fù)極材料具有很大的吸引力，比容量是石墨材料的2倍。然而當(dāng)SnO2和鋰反應(yīng)時會發(fā)生巨大的體積膨脹，導(dǎo)致電極材料逐漸粉化，循環(huán)性能下降。針對SnO2的這個缺

4、陷，將SnO2和碳材料復(fù)合起來可以提高它的循環(huán)性能。在第3章，選用了石墨烯這一新型的碳材料與SnO2復(fù)合，制備了SnO2/graphene納米復(fù)合物，有效地提高了SnO2的循環(huán)性能。在電流密度為50mA/g時，50個充放電循環(huán)后，SnO2/graphene納米復(fù)合物的放電比容量為665mAh/g，相當(dāng)于其理論比容量的86％。SnO2/graphene納米復(fù)合物表現(xiàn)出這么好的性能是由于電極材料中復(fù)合了石墨烯。石墨烯納米片可以抑制SnO2納

5、米顆粒的團(tuán)聚，提高電極材料的電導(dǎo)率，增強(qiáng)充放電循環(huán)過程中材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　 3.聚苯胺具有良好的生物相容性和高的電導(dǎo)率，是固定酶分子的理想載體。然而傳統(tǒng)的聚苯胺材料在溶液中的分散性很差，不利于材料的加工處理。通過合成納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺可以有效地解決這個問題。在第4章，采用界面聚合法合成了對甲苯磺酸摻雜的聚苯胺納米纖維，并采用滴涂的方法將聚苯胺納米纖維和辣根過氧化物酶的混合分散液修飾到玻碳電極上，構(gòu)建了過氧化氫電化學(xué)傳感器。包

6、裹在聚苯胺納米纖維/殼聚糖薄膜中的辣根過氧化物酶較好地保持了生物活性，能有效地催化還原過氧化氫。同時，聚苯胺納米纖維又具有大的比表面積和高的電導(dǎo)率，可以固定更多的酶分子和加速酶活性中心和電極之間的電子傳遞。
　　 4.金屬納米顆粒的穩(wěn)定性、顆粒大小和分散性與它的電催化性能密切相關(guān)。石墨烯具有電導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，將它用來固定金屬納米顆粒會起到非常好的效果。在第5章，采用了一種簡便的原位合成方法把鎳納米顆粒負(fù)載在石墨烯的表