NiCo2O4材料微納結構的構筑及電化學性能研究.pdf

1、超級電容器因其具有高的功率密度、長的使用壽命、環境友好和較寬的工作溫度范圍等優點，已經成為目前研究的熱點領域之一。電極材料，是超級電容器的重要組成部分，決定著超級電容器的性能。因此，開發和設計更高性能的電極材料并將其應用在超級電容器上勢在必行。金屬氧化物因其具有比碳材料更高的比容量、比導電聚合物更好的循環穩定性而成為一種非常有發展前景的電極材料。但目前，雙金屬氧化物電極存在活性物質利用率低、倍率性能差、循環穩定性差等缺點。在全面綜述超級

2、電容器電極材料研究進展的基礎上，本文以鈷酸鎳（NiCo2O4）為研究對象。為了提高超級電容器的電化學性能，采用“形貌保持”的思想控制合成了系列具有不同維度的微納NiCo2O4材料，系統地研究了NiCo2O4材料的微納結構與電化學性能的關系，探究了充放電過程中的電化學反應機理。
　?。?）一維微納NiCo2O4材料
　　分別采用溶劑熱法和微乳法合成了具有一維納米棒結構的NiCo2O4材料，采用溶劑熱法，首次以氨基三乙酸（NTA

3、）作為配體，成功地合成了NiCo-NTA配合物前驅體，該前驅體為一維的納米棒結構。產物NiCo2O4很好地保持了NiCo-NTA配合物的形貌。NiCo2O4納米棒具有多孔的結構，其比表面積為103.4m2 g-1。在1A g-1和20A g-1的電流密度下，NiCo2O4納米棒電極的放電比容量分別為1078F g-1和704F g-1，容量保持率為65.3％。在1A g-1的電流密度下循環2500周之后，電極的比容量保持率為94.4%；

4、采用微乳法合成了鎳鈷金屬草酸鹽前驅體，該前驅體為一維的棒狀結構，煅燒產物NiCo2O4與前驅體的形貌一致。探討了表面活性劑CTAB、環己烷、正戊醇在整個反應過程中的作用，推測了NiCo2O4納米棒的生長機理。該NiCo2O4一維納米棒具有較高的比容量（在1A g-1電流密度下，比容量為1197F g-1）、較好的倍率性能和優異的循環穩定性，并且該材料具有高的功率密度及能量密度。
　?。?）二維微納NiCo2O4材料
　　采用

5、溶劑熱法，在乙二醇和水的混合溶劑中，成功合成了鎳鈷雙金屬乙二醇鹽（NiCo-EG），該前驅體具有二維納米片的結構。探討了溶劑熱反應的時間、
　　溶劑組成與前驅體微觀形貌的關系。經過熱處理后，產物NiCo2O4繼承了前驅體NiCo-EG二維納米片的微觀形貌。與前驅體不同的是，NiCo2O4納米片的表面不是光滑的，而是由無數小顆粒組成的多孔結構。首次將單一的NiCo2O4納米片作為電極材料，應用到超級電容器上，在電流密度為1Ag-1和

6、10Ag-1下，比容量分別為1195F g-1和613.9F g-1，容量保持率為51.4%。當電流密度為2A g-1時，循環2000周循環之后，比容量保持率為94.7%。
　?。?）三維微納NiCo2O4材料
　　在添加不同鹽時，采用溶劑熱法分別合成了雙金屬碳酸鹽和雙金屬乙二醇鹽前驅體。雙金屬碳酸鹽前驅體具有微米球的結構，經過熱處理后，產物NiCo2O4繼承了前驅體的結構。將其作為超級電容器電極材料時，微米球結構的NiCo

7、2O4具有比容量低、倍率性能和循環穩定性差；雙金屬乙二醇鹽NiCo-EG是由納米片自組裝而成的納米花球結構，直徑為500nm左右。產物NiCo2O4繼承了前驅體的微觀形貌，徑向生長的納米片自組裝而成的分等級納米花球結構，與前驅體形貌不同的是，產物NiCo2O4分等級納米花球的表面比較粗糙，是由5nm左右的納米顆粒組成的納米片。探討了反應時間、PVP的量對于前驅體形貌的影響，從而得出了NiCo2O4納米多孔結構的生長機理。NiCo2O4分