犧牲模板法合成鈷基硫化物和氫氧化物空心納米棱柱材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著人們對能源的需求日益增加以及傳統(tǒng)的能源模式因環(huán)境和儲量問題無法滿足新的要求，鋰離子電池、超級電容器以及電催化儲能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。近年來，過渡金屬化合物，尤其過渡金屬硫化物和氫氧化物，作為鋰離子電池、超級電容器或電催化材料引起了人們廣泛的研究興趣。以過渡金屬硫化物和氫氧化物為活性材料在能量轉(zhuǎn)化與儲存等領(lǐng)域取得了較大的進(jìn)展，然而材料的電化學(xué)性能仍需進(jìn)一步提高。本論文采用犧牲模板法，通過液相反應(yīng)合成了雙金屬硫化物和層狀雙金屬氫氧化物空心棱柱

2、納米材料，然后對其上述電化學(xué)性能測試，結(jié)果如下:
　　第一，鈷錳雙金屬硫化物空心棱柱/石墨烯復(fù)合材料的制備及其鋰電性能研究。以醋酸鈷(Co(OAC)2·4H2O)和醋酸錳(Mn(OAC)2·4H2O)為原料，利用其在石墨烯的乙醇分散液中的水解，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為形貌控制劑，采用溶劑熱法，成功合成了被石墨烯包覆的、分散良好的、具有均一尺寸的堿式醋酸鈷錳納米棱柱/石墨烯復(fù)合材料((Co，Mn)5(OH)2(CH3COO)8·

3、2H2O/RGO)。將制備的堿式醋酸鈷錳納米棱柱/石墨烯復(fù)合材料作為模板和金屬源，將硫代乙酰胺作為硫源，通過水熱反應(yīng)制備了完整復(fù)制模板原有形貌的CoS2@MnS/RGO空心納米棱柱復(fù)合材料。成功制備完好復(fù)制模板原有形貌的空心納米棱柱的關(guān)鍵在于:恰當(dāng)控制棱柱模板的溶解和硫代乙酰胺水解釋放硫離子的速度。將制得的CoS2@MnS/RGO空心納米棱柱復(fù)合材料為活性物質(zhì)用于LIBs負(fù)極測試。結(jié)果表明該復(fù)合材料不僅擁有較高的比容量、優(yōu)異的性能穩(wěn)定性

4、，而且具有很好的倍率性能。在100mA g-1、200mA g-1甚至1000mA g-1的測試電流下均展現(xiàn)了比傳統(tǒng)商業(yè)化石墨電極更高的比容量。而該材料之所以展現(xiàn)如此優(yōu)異的LIBs性能主要?dú)w功于以下三方面:(1)材料的空心結(jié)構(gòu)大大縮短了Li+的擴(kuò)散距離;(2)較高的比表面積增大了電極-電解質(zhì)溶液的有效接觸;(3)2D RGO增大了其導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
　　第二，鈷基層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)空心納米棱柱的制備及其電化學(xué)性能研究

5、。以醋酸鈷(Co(OAC)2·4H2O)為原料，利用其在乙醇溶液中的水解，以聚乙烯毗咯烷酮(PVP)為形貌控制劑，采用溶劑熱法，成功合成了分散良好、尺寸均一的堿式醋酸鈷(Co5(OH)2(CH3COO)8·2H2O)納米棱柱。通過加入不同的過渡金屬硝酸鹽，以合成的堿式醋酸鈷納米棱柱為模板和鈷源，成功制備了Ni-Co LDH和Co-Co LDH兩種空心棱柱材料。本文合成的兩種空心LDHs不僅成功復(fù)制了模板的棱柱形貌，而且壁殼由納米薄片組成