新型過渡金屬化合物液相制備及其電化學儲能性能研究.pdf

1、特定組成結構的功能納米材料在生物、能源、電子等領域具有廣泛的應用，選擇理想材料、控制其組成與結構、研究其形成機制一直是材料與化學領域重要的研究方向。過渡金屬化合物具有較高理論容量，作為鋰離子電池和超級電容器電極材料受到廣泛的研究關注。本論文以過渡金屬化合物為研究對象，利用液相合成的方法，可控制備了一系列新型結構納米材料，研究了其微納結構形成機制及其在超級電容器或鋰離子電池中的應用性能。論文主要內容包括:
　　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構的納米鈷酸鎳材料，在材料結構表征和超級電容器性能測試基礎上，探討了材料結構和性能之間的構效關系，結果表明，與花束結構鈷酸鎳相比，介孔鈷酸鎳具有更優異的比電容量及穩定性，在放電電流密度為2，4，6，8和10Ag-1時，其比容量分別為1619，1114，780，648和571 F g-1。6Ag-1電流密度進行1000次循環充放電測試后其比容量保持率可達98％，說明有效的介孔結構是介孔鈷酸鎳高比電容量和良

3、好穩定性的關鍵。
　　2.利用極性溶劑摻雜的方法可控制備了海膽結構、花瓣結構、管結構、立方結構的NiCo2S4納米材料。三電極測試體系對不同形貌NiCo2S4超級電容器性能測試結果表明:管狀結構NiCo2S4具有最優異的電化學活性和儲能效果，在電流密度為3，4，6，8和10Ag-1時，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次循環測試后可以保持75.9％初始容量。材料

4、結構分析與機理探討證明，管狀結構NiCo2S4比表面積大，中空結構有利于電解液滲透，增加電極材料與電解液之間的接觸面積，實現高電流密度下電子及離子的快速遷移，加快氧化還原反應速度，從而呈現出較高的超級電容器性能。
　　3.以溶劑熱法合成了空心海膽結構的鎳、鈷二元硫化物前驅體，離子交換反應得到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、化學性能測試表明:NixCo9-xS8@C相對于NiCo2S4/NixCo9-xS8具有更加優越的電容性能，其在電流密度為2Ag-1，3Ag-1，4Ag-1，5Ag-1，6Ag-1，8Ag-1時，比電容分別為1404，1200，1147，1138，1000 F g-1及580 F g-1，并且2000次循環充放電后，總容量基本保持不變，表現出良好的循環穩定性。優異的電化學性能證明N摻雜碳包覆和空心海膽結構的協同效應更有益于增加材料導電性

6、、縮短電子與離子擴散路徑，加快電極電化學反應，提高材料電化學活性和穩定性。
　　4.以SiO2微球為模板，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，研究了其電化學儲能性能，結果發現:MoS2包覆的碳空心微球在100mAg-1的電流密度下循環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到349 mAh g-1。這些結果表明MoS2包覆的碳空心微球在電化學儲能方面比

7、傳統二維MoS2納米片具有更加突出的結構與性能優勢。
　　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，通過二次生長在其表面實現了Fe2O3沉積，得到Fe2O3/SnSSe復合材料。在材料組成、結構與形貌分析表征的基礎上，分別將Fe2O3/SnSSe和SnSSe納米片用作鋰離子電池負極材料，結果發現，Fe2O3/SnSSe納米片具有優越的鋰電性能，可在電流密度100 mA g-1時保持919 m