NiFe-LDH的制備、吸附及電化學性能研究.pdf

1、隨著環境污染和能源危機的不斷加劇，人類對環境友好型的吸附材料和高效型的儲能材料的需求日益增大。而當前世界迫切需要能同時滿足環境治理與新能源開發兩大問題的新材料。層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxides，簡稱LDH），是一種由不同的雙金屬氫氧化物組成且具有層狀微觀結構的粘土材料，由于其獨特的層狀結構，以及層板上的金屬離子和層間陰離子具有的可交換性，成為近年來在水環境處理和電化學能源儲存等領域的研究熱點。

2、>　　本論文采用共沉淀法分別制備了不同陰離子插層的NiFe-X-LDH(X=Cl-,NO3-,SO42-,CO32-)及La/Mo/W摻雜的NiFe-Cl-LDH，用水熱法在泡沫鎳上制備出La/Mo/W摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列，通過X射線衍射儀（XRD）、傅立葉紅外吸收光譜（FT-IR）、掃描電鏡（SEM）、X射線光電子能譜分析儀（XPS）和比表面積測試儀（BET）等對所合成的材料的結構、形貌及成分進行了表征。較系統地研究了溶

3、液pH、反應溫度、反應時間及溶液濃度等因素對NiFe-LDH吸附甲基橙和重金屬Cr(VI)的影響及吸附機理；研究了La、Mo、W摻雜元素對NiFe-Cl-LDH吸附甲基橙性能的影響，通過循環伏安法、恒流充放電等測試研究了La/Mo/W摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列的超級電容器性能。得到的主要結果如下：
　?、俨捎霉渤恋矸ㄖ苽淞薔iFe-X-LDH(X=Cl-,NO3-,SO42-,CO32-)。研究了不同插層陰離子對LDH吸附

4、性能的影響，結果表明Cl-插層的NiFe-LDH的吸附性能最好，歸結于其樣品的比表面積、孔徑及離子交換能力的共同作用。
　?、谝訬iFe-Cl-LDH為吸附劑，研究了甲基橙溶液pH、反應溫度及不同甲基橙溶液濃度對吸附反應的影響，并對其吸附等溫線、動力學、熱力學等模型進行擬合分析，得到如下結果：吸附反應的最佳溶液pH為5~6；溫度的升高有利于反應的進行，該吸附反應為自發的吸熱反應；以單層吸附為主，且通過Langmuir模型計算得到的

5、理論最大吸附甲基橙量是769.23mg/g；吸附動力學過程匹配偽二級動力學模型；吸附過程可以分為外表面吸附及顆粒內擴散兩個階段。
　?、垡訬iFe-Cl-LDH為吸附劑，研究了溶液pH、反應時間、初始濃度對重金屬Cr(VI)吸附的影響。發現：吸附Cr2O7-的最適pH為5.5；吸附曲線在反應的前五分鐘快速增長，隨后反應變慢直到達到平衡，且濃度越高達到吸附平衡的時間越長；Cr2O7-濃度為2-4 mg/L時的吸附百分比幾乎可達100

6、％，且在初始濃度為19 mg/L時的吸附量可達60 mg/g。吸附Cr2O7-的反應匹配Langmuir模型，且計算得到的最大吸附量為60.24 mg/g；偽二級動力學方程表明吸附過程是化學吸附，且顆粒內擴散模型分析的吸附過程分為外表面吸附及顆粒內擴散兩個階段。
　?、芑阼|（La）、鉬（Mo）、鎢（W）具有的性質，將其對NiFe-Cl-LDH進行摻雜，對比研究不同摻雜元素對NiFe-Cl-LDH吸附甲基橙的效果的差異。結果表明，

7、正六價的鎢摻雜的樣品的吸附性能最好，歸其原因為其所帶電荷數較高導致層板吸附陰離子的能力增強。
　?、莶捎盟疅岱ㄔ谂菽囈r底上生長了La/Mo/W摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列，并通過一系列電化學測試對比探索摻雜對電化學性能的影響。研究發現，摻La能夠抑制樣品發生團聚并增大其比表面積，導致產生更多的電化學活性位點，La摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列的電化學性能最優，其比電容在2.5 A/g時可達到1668 F/g，此外，摻L