鎳鈷層狀雙金屬氫氧化物的可控摻雜及其電化學性能研究
發(fā)布時間：2021-08-06 06:05
新能源的開發(fā)及利用對電化學能量儲存和轉換器件提出了新的要求。層狀雙金屬氫氧化物（layer double hydroxides,LDH）是一種理想的贗電容電極材料和電催化分解水催化劑材料,其層板中的過渡族金屬陽離子可以作為電化學反應的活性位點,在超級電容器及電催化析氧催化劑方面有廣闊的應用前景。但是LDH的電化學反應動力學較為緩慢,電子及離子傳導性較差,導致其電化學性能仍舊有較大的提升空間。基于此,本文利用摻雜其它金屬離子的手段對NiCo-LDH進行改性,分別制備了釩摻雜的NiCo-LDH作為超級電容器電極材料,以及釕摻雜的NiCo-LDH電催化析氧（oxygen evolution reaction,OER）催化劑材料。本文主要內(nèi)容如下:利用VCl3作為釩源,采用簡單的一步水熱法合成了釩摻雜的NiCo-LDH納米片,探究了摻雜量與電極材料形貌及電化學性能的關系,確定了最佳的摻雜比例（10%at）。釩摻雜改性的NiCo-LDH中的納米片排布更加致密,孔結構得到優(yōu)化,電化學儲能性能得到提升。在電流密度為1 A g-1時,電極材料的比容量為296...
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
LDH的結構示意圖[7]
惆逯械畝?勱鶚衾胱櫻?諞醞?南字斜ǖ賴腖DH中最常用的二價金屬陽離子為：Mg2+，F(xiàn)e2+，Co2+，Cu2+，Ni2+或Zn2+，M3+代表的是板層中的三價金屬陽離子，文獻中最常見的是Al3+，Cr3+，Ga3+，Mn3+或Fe3+，此外，鋰離子和一些四價的金屬陽離子也可以引入到LDH的層板之中，甚至多元的LDH也可以被可控合成。通過對合成過程中加入的不同反應物的投料比的調(diào)控，LDH的化學成分可以被相對精確地調(diào)控，從而可以制備獲得有不同化學性質的LDH以滿足不同應用的需求。構成LDH層板的金屬陽離子如圖1.2所示[8]。圖1.2LDH層板中的金屬陽離子；代表的是在文獻中報道過的金屬陽離子，代表的是在專利中報道過的金屬陽離子，代表的是離子半徑和Mg2+偏離大于50%的元素，表示離子半徑和Mg2+偏離小于50%的元素，而與此同時，圖中某些元素其離子半徑既可以表現(xiàn)為小于50%又可以表現(xiàn)為大于50%，這是因為這些元素擁有不同的氧化態(tài)[8]。Fig1.2MetalsinLDHlayers.Reportedinjournals,Claimedinpatents,DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＞50%，DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＜50%.SomeelementshaveionicradiusdeviationfromMg2+＞and＜50%,becausetheyexistindifferentoxidationstates.(2)層間的插層陰離子的種類以及數(shù)量的可調(diào)控性LDH的陰離子吸附能力十分強，這是由于LDH具有十分大的比表面積，且層間距較大，層板帶有正電，故而，層板間可以容納許多不同種類的陰離子，常見的插層陰離子包括CO32-，SO42-，NO3-，Cl-等。此外，層板與陰離子之間的相互作用力較弱，層間空間較為靈活，插層陰離子很容易發(fā)生離子交換被交換出來。LDH有極大的陰離子交換能力(anion-exchangecapacities,AEC)。LDHs的陰離子交換能力層?
，同時可以實現(xiàn)LDH與其他導電基底的均勻復合生長，如石墨烯，碳納米管等。但是，由于尿素水解會在最終的LDH中引入CO32-作為插層陰離子，且對于含Cu2+或者Cr2+的一些LDH樣品的合成中受到一些限制，故而文獻中也用HMT或者CTAB來代替尿素水解進行反應。以HMT為例，水熱中的高溫條件，使得HMT更容易分解形成氨，故而可以為水熱反應的進行提供更強的堿性環(huán)境。與共沉淀相比，水熱合成的優(yōu)勢在于它能產(chǎn)生結晶良好，形態(tài)均勻的納米復合材料。通過水熱法合成的LDH與導電基底復合的電極材料在電化學領域有非常廣闊的應用。下圖1.3是常見的水熱法合成LDH復合材料的圖示[33-36]。圖1.3水熱法合成NiFe-LDHs/rGO的示意圖[33]Fig1.3ThediagramofNiFe-LDHs/rGOpreparedbyhydrothermalreduction
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Synthesis of novel adsorbent by intercalation of biopolymer in LDH for the removal of arsenic from synthetic and natural water[J]. Hanen Bessaies,Sidra Iftekhar,Bhairavi Doshi,Jamel Kheriji,Mohamed Chaker Ncibi,Varsha Srivastava,Mika Sillanp??,Bechir Hamrouni. Journal of Environmental Sciences. 2020(05)
[2]層狀雙氫氧化物/聚合物納米復合材料[J]. 賈潞,馬建中,高黨鴿,呂斌. 化學進展. 2018(Z1)
[3]High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitor Based on CoAl-LDH and rGO Electrodes[J]. Shuoshuo Li,Pengpeng Cheng,Jiaxian Luo,Dan Zhou,Weiming Xu,Jingwei Li,Ruchun Li,Dingsheng Yuan. Nano-Micro Letters. 2017(03)
本文編號：3325219
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
LDH的結構示意圖[7]
惆逯械畝?勱鶚衾胱櫻?諞醞?南字斜ǖ賴腖DH中最常用的二價金屬陽離子為：Mg2+，F(xiàn)e2+，Co2+，Cu2+，Ni2+或Zn2+，M3+代表的是板層中的三價金屬陽離子，文獻中最常見的是Al3+，Cr3+，Ga3+，Mn3+或Fe3+，此外，鋰離子和一些四價的金屬陽離子也可以引入到LDH的層板之中，甚至多元的LDH也可以被可控合成。通過對合成過程中加入的不同反應物的投料比的調(diào)控，LDH的化學成分可以被相對精確地調(diào)控，從而可以制備獲得有不同化學性質的LDH以滿足不同應用的需求。構成LDH層板的金屬陽離子如圖1.2所示[8]。圖1.2LDH層板中的金屬陽離子；代表的是在文獻中報道過的金屬陽離子，代表的是在專利中報道過的金屬陽離子，代表的是離子半徑和Mg2+偏離大于50%的元素，表示離子半徑和Mg2+偏離小于50%的元素，而與此同時，圖中某些元素其離子半徑既可以表現(xiàn)為小于50%又可以表現(xiàn)為大于50%，這是因為這些元素擁有不同的氧化態(tài)[8]。Fig1.2MetalsinLDHlayers.Reportedinjournals,Claimedinpatents,DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＞50%，DeviationfromShannonionicradiusofMg2+＜50%.SomeelementshaveionicradiusdeviationfromMg2+＞and＜50%,becausetheyexistindifferentoxidationstates.(2)層間的插層陰離子的種類以及數(shù)量的可調(diào)控性LDH的陰離子吸附能力十分強，這是由于LDH具有十分大的比表面積，且層間距較大，層板帶有正電，故而，層板間可以容納許多不同種類的陰離子，常見的插層陰離子包括CO32-，SO42-，NO3-，Cl-等。此外，層板與陰離子之間的相互作用力較弱，層間空間較為靈活，插層陰離子很容易發(fā)生離子交換被交換出來。LDH有極大的陰離子交換能力(anion-exchangecapacities,AEC)。LDHs的陰離子交換能力層?
，同時可以實現(xiàn)LDH與其他導電基底的均勻復合生長，如石墨烯，碳納米管等。但是，由于尿素水解會在最終的LDH中引入CO32-作為插層陰離子，且對于含Cu2+或者Cr2+的一些LDH樣品的合成中受到一些限制，故而文獻中也用HMT或者CTAB來代替尿素水解進行反應。以HMT為例，水熱中的高溫條件，使得HMT更容易分解形成氨，故而可以為水熱反應的進行提供更強的堿性環(huán)境。與共沉淀相比，水熱合成的優(yōu)勢在于它能產(chǎn)生結晶良好，形態(tài)均勻的納米復合材料。通過水熱法合成的LDH與導電基底復合的電極材料在電化學領域有非常廣闊的應用。下圖1.3是常見的水熱法合成LDH復合材料的圖示[33-36]。圖1.3水熱法合成NiFe-LDHs/rGO的示意圖[33]Fig1.3ThediagramofNiFe-LDHs/rGOpreparedbyhydrothermalreduction
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Synthesis of novel adsorbent by intercalation of biopolymer in LDH for the removal of arsenic from synthetic and natural water[J]. Hanen Bessaies,Sidra Iftekhar,Bhairavi Doshi,Jamel Kheriji,Mohamed Chaker Ncibi,Varsha Srivastava,Mika Sillanp??,Bechir Hamrouni. Journal of Environmental Sciences. 2020(05)
[2]層狀雙氫氧化物/聚合物納米復合材料[J]. 賈潞,馬建中,高黨鴿,呂斌. 化學進展. 2018(Z1)
[3]High-Performance Flexible Asymmetric Supercapacitor Based on CoAl-LDH and rGO Electrodes[J]. Shuoshuo Li,Pengpeng Cheng,Jiaxian Luo,Dan Zhou,Weiming Xu,Jingwei Li,Ruchun Li,Dingsheng Yuan. Nano-Micro Letters. 2017(03)
本文編號：3325219
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