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1、特定組成結(jié)構(gòu)的功能納米材料在生物、能源、電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,選擇理想材料、控制其組成與結(jié)構(gòu)、研究其形成機(jī)制一直是材料與化學(xué)領(lǐng)域重要的研究方向。過(guò)渡金屬化合物具有較高理論容量,作為鋰離子電池和超級(jí)電容器電極材料受到廣泛的研究關(guān)注。本論文以過(guò)渡金屬化合物為研究對(duì)象,利用液相合成的方法,可控制備了一系列新型結(jié)構(gòu)納米材料,研究了其微納結(jié)構(gòu)形成機(jī)制及其在超級(jí)電容器或鋰離子電池中的應(yīng)用性能。論文主要內(nèi)容包括:
1.采用水熱合成和加熱
2、后處理的方法可控制備了介孔和花束結(jié)構(gòu)的納米鈷酸鎳材料,在材料結(jié)構(gòu)表征和超級(jí)電容器性能測(cè)試基礎(chǔ)上,探討了材料結(jié)構(gòu)和性能之間的構(gòu)效關(guān)系,結(jié)果表明,與花束結(jié)構(gòu)鈷酸鎳相比,介孔鈷酸鎳具有更優(yōu)異的比電容量及穩(wěn)定性,在放電電流密度為2,4,6,8和10Ag-1時(shí),其比容量分別為1619,1114,780,648和571 F g-1。6Ag-1電流密度進(jìn)行1000次循環(huán)充放電測(cè)試后其比容量保持率可達(dá)98%,說(shuō)明有效的介孔結(jié)構(gòu)是介孔鈷酸鎳高比電容量和良
3、好穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
2.利用極性溶劑摻雜的方法可控制備了海膽結(jié)構(gòu)、花瓣結(jié)構(gòu)、管結(jié)構(gòu)、立方結(jié)構(gòu)的NiCo2S4納米材料。三電極測(cè)試體系對(duì)不同形貌NiCo2S4超級(jí)電容器性能測(cè)試結(jié)果表明:管狀結(jié)構(gòu)NiCo2S4具有最優(yōu)異的電化學(xué)活性和儲(chǔ)能效果,在電流密度為3,4,6,8和10Ag-1時(shí),比電容量分別為1048,868,750,620,525F g-1;在10 Ag-1的電流密度下,5000次循環(huán)測(cè)試后可以保持75.9%初始容量。材料
4、結(jié)構(gòu)分析與機(jī)理探討證明,管狀結(jié)構(gòu)NiCo2S4比表面積大,中空結(jié)構(gòu)有利于電解液滲透,增加電極材料與電解液之間的接觸面積,實(shí)現(xiàn)高電流密度下電子及離子的快速遷移,加快氧化還原反應(yīng)速度,從而呈現(xiàn)出較高的超級(jí)電容器性能。
3.以溶劑熱法合成了空心海膽結(jié)構(gòu)的鎳、鈷二元硫化物前驅(qū)體,離子交換反應(yīng)得到NiCo2S4/NixCo9-xS8二元硫化物,聚多巴胺包覆和高溫碳化后得到N摻雜碳包覆的二元硫化物(NixCo9-xS8@C)。三電極體系電
5、化學(xué)性能測(cè)試表明:NixCo9-xS8@C相對(duì)于NiCo2S4/NixCo9-xS8具有更加優(yōu)越的電容性能,其在電流密度為2Ag-1,3Ag-1,4Ag-1,5Ag-1,6Ag-1,8Ag-1時(shí),比電容分別為1404,1200,1147,1138,1000 F g-1及580 F g-1,并且2000次循環(huán)充放電后,總?cè)萘炕颈3植蛔?,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。優(yōu)異的電化學(xué)性能證明N摻雜碳包覆和空心海膽結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)更有益于增加材料導(dǎo)電性
6、、縮短電子與離子擴(kuò)散路徑,加快電極電化學(xué)反應(yīng),提高材料電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。
4.以SiO2微球?yàn)槟0?,水熱法制備了尺寸分布均勻的MoS2包覆的碳空心微球,以其為電極材料,研究了其電化學(xué)儲(chǔ)能性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn):MoS2包覆的碳空心微球在100mAg-1的電流密度下循環(huán)100次后其鋰電容量仍保持在750mAhg-1;而在2Ag-1的電流密度下鋰電容量可以達(dá)到349 mAh g-1。這些結(jié)果表明MoS2包覆的碳空心微球在電化學(xué)儲(chǔ)能方面比
7、傳統(tǒng)二維MoS2納米片具有更加突出的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)勢(shì)。
5.利用熱注入的方法在油相體系中合成了尺寸約100 nm的六邊形SnSSe納米片,通過(guò)二次生長(zhǎng)在其表面實(shí)現(xiàn)了Fe2O3沉積,得到Fe2O3/SnSSe復(fù)合材料。在材料組成、結(jié)構(gòu)與形貌分析表征的基礎(chǔ)上,分別將Fe2O3/SnSSe和SnSSe納米片用作鋰離子電池負(fù)極材料,結(jié)果發(fā)現(xiàn),F(xiàn)e2O3/SnSSe納米片具有優(yōu)越的鋰電性能,可在電流密度100 mA g-1時(shí)保持919 m
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