本文選題：溶劑熱法 + 過渡金屬氧化物　； 參考：《浙江大學》2016年博士論文

【摘要】：隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境污染等問題的日益嚴重,不斷增長的能源需求迫切需要可持續(xù)和高效率的電化學儲能系統(tǒng)和設備的開發(fā)。鋰離子電池和超級電容器作為電化學儲能系統(tǒng)的兩個主要器件已經(jīng)成功地吸引了研究者們廣泛的關注。鈷基過渡金屬氧化物具有易于大規(guī)模制備、豐富的氧化還原反應以及突出的電化學性能等優(yōu)勢,已成為鋰離子電池和超級電容器電極材料的研究熱點之一。開發(fā)具有優(yōu)異電化學性能的新型鈷基過渡金屬氧化物對于電化學儲能體系具有重要的意義�；谝陨峡紤],本論文通過納米化、復合化及元素摻雜等技術手段制備了鈷基過渡金屬氧化物復合納米薄膜材料,并表征了其電化學性能。通過容易的水熱法制備了Co_3O_4納米片陣列薄膜。該薄膜為垂直生長且互相連通的厚度約為100 nm的納米片陣列。該納米片陣列結(jié)構為Co_3O_4和電解液的接觸提供更大活性界面和更多電化學活性位點的同時,可以縮短離子的擴散路徑；薄膜化結(jié)構提高其導電性,并且省去了粘結(jié)劑和導電劑等添加劑的使用,從而一定程度上改善了Co_3O_4的贗電容性能。Co_3O_4納米片陣列薄膜在1和20A·g~(-1)的電流密度下,比容量分別為1705.8和1186.9 F·g~(-1)。通過電泳法和水熱法相結(jié)合的方法制備了基于石墨烯/泡沫鎳基底的超薄Co_3O_4納米片陣列薄膜。該薄膜材料為基于石墨烯薄膜/泡沫鎳基底的垂直生長且互相交聯(lián)的厚度約為40～50 nm的超薄納米片陣列�；谑�/泡沫鎳基底的Co_3O_4納米片陣列與基于泡沫鎳基底的Co_3O_4納米片陣列相比,具有更薄的納米片結(jié)構和更大的孔徑。該基于石墨烯/泡沫鎳基底的超薄Co_3O_4納米片陣列薄膜電極表現(xiàn)出優(yōu)異的贗電容性能。在1和20 A·g~(-1)的電流密度下,比容量分別為3533和2222 F·g~(-1),在8 A·g~(-1)的電流密度下循環(huán)2000次后,比容量仍能保持2459 F·g~(-1)。優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性得益于石墨烯在提高復合薄膜的導電性的同時有效地抑制了泡沫鎳表面的Ni(OH)2薄膜在充放電過程中的體積膨脹。通過溶劑熱法制備了不同形貌的Co_3O_4納米結(jié)構薄膜。通過改變?nèi)軇岱磻械娜軇┙M成調(diào)控Co_3O_4納米結(jié)構薄膜的形貌和尺寸。探討了溶劑組成對形貌調(diào)控的機理,并研究了不同形貌的Co_3O_4納米結(jié)構薄膜電極的贗電容性能。水熱過程中,隨著乙二醇/水體積比的增大,Co_3O_4納米結(jié)構的形貌發(fā)生由一維向二維的轉(zhuǎn)變。其中,乙二醇含量中等時,我們得到了具有最佳電化學性能的三維分層多孔網(wǎng)絡結(jié)構的C0304薄膜。該薄膜電極顯示了高比容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能。在0.870和17.391 A·g~(-1)的電流密度下,比容量分別為2817和1948 F·g~(-1),在4.348 A·g~(-1)的電流密度下循環(huán)3500次后,比容量仍能保持1628 F·g~(-1)。通過基于電化學腐蝕原理的水熱法制備了Co_3O_4納米線陣列薄膜。不同于普通意義上的水熱法,我們采用金屬鈷作為反應原材料。通過金屬鈷在含有尿素溶液中的電化學腐蝕反應得到了Co_3O_4納米線陣列薄膜。探索了Co_3O_4納米線陣列的形成機理。水熱過程中NH4F不僅對有序的納米線陣列的形成起著關鍵的作用而且能夠改進納米線陣列和基底之間的結(jié)合。該Co_3O_4納米線陣列薄膜電極表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鋰性能。在0.05和0.8 mA·cm-2的電流密度下,儲鋰容量分別為0.52和0.26 mAh·cm-2,在0.05 mA·cm-2的電流密度下循環(huán)200次后,儲鋰容量仍能保持0.52 mAh·cm-2。通過溶劑熱法制備了三維分層多孔花狀、蒲公英狀ZnCo2O4微/納米結(jié)構薄膜。兩種不同形貌的薄膜是在不同溶劑中合成的,這意味著溶劑對ZnCo2O4的形貌起著非常重要的作用。兩種三維ZnCo2O4微/納米結(jié)構薄膜電極均表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鋰性能。其中,三維蒲公英狀ZnCo2O4薄膜電極在100和800 mA-g~(-1)的電流密度下,儲鋰容量分別為2819和2781 mAh·g~(-1),在400 mA·g~(-1)的電流密度下循環(huán)100次后,儲鋰容量仍能保持2088 mAh·g~(-1)。獨特的三維分層多孔微/納米結(jié)構、具有鋰合金化反應等固有特性的元素Zn的摻雜、Co元素和Zn元素之間的協(xié)同效應和互補性對于優(yōu)異的儲鋰性能起著非常重要的作用。
[Abstract]:Co _ 3O _ 4 nano - array thin films have been prepared by means of nano - scale , compound and element doping .
The thin film of Co _ 3O _ 4 nano - structure based on graphene / foam nickel substrate was prepared by the method of electrophoresis and hydrothermal method .

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 王然;苗小麗;;大功率超級電容器的發(fā)展與應用[J];電池工業(yè);2008年03期

2 蘇凌浩,張校剛;酶誘發(fā)均勻沉淀法制備納米Fe_2O_3[J];精細化工;2004年05期

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本文編號：1834104