過渡金屬鈷鎳基化合物有優(yōu)秀的電化學性能,可作為超級電容器電極材料和電解水催化劑。本文系先后利用雙溶劑熱法、水熱法、室溫硫化工藝以及化學氣相淀積法等合成多種結構的鈷鎳基化合物,系統(tǒng)地對產物的微觀形貌和電化學特性進行了表征和測量,并深入研究了一些重要結構的形成機制。主要工作及研究結論如下:（1）利用乙二醇基雙溶劑,通過溶劑熱法獲得了多種形貌的硫化鈷鎳,發(fā)現(xiàn)硫化鈷鎳的形貌對其氧化還原反應產生較大影響。蜂窩狀多孔材料的比電容值在1 A/g條件下達到1464 F/g,在5 A/g的電流密度下,循環(huán)2000圈,電容保持率仍能達到87%。此外,還探明了蜂窩狀結構的形成過程,該結構的形成與水壓導致的殼體破裂有關。利用丙三醇基雙溶劑熱法,無法獲得蜂窩結構,但通過調控合成時間,可獲得不同結晶性的硫化鈷鎳。用作電極材料,硫化鈷鎳硫（NiCo₂S₄-GE-3）在1A/g條件下?lián)碛斜入娙轂?816 F/g�？梢�,形貌和結晶性優(yōu)化,均能改善硫化鈷鎳的電容性能。（2）基于乙二醇+異丙醇雙溶劑熱法,獲得石墨烯包覆蜂窩狀硫化鈷鎳復合材料。該材料的比電容在1A/g條件下為124... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

超級電容器示意圖[5]

碩士學位論文6結構不僅能夠為能量存儲提供大量的電化學活性位點，而且擁有良好的電子傳遞性能，NiCo2S4@泡沫鎳電極在20mA/cm2的電流密度下，面積比電容可達到10.15F/cm2，且當電流密度增大到100mA/cm2時，面積電容仍然為7.29F/cm2，顯示出優(yōu)異的電容保持率;電流密度為20mA/cm2，充放電5000次，電容保持率是72.5%，顯示出NiCo2S4@泡沫鎳電極良好的循環(huán)穩(wěn)定性。1.3鈷鎳基水電催化分解水概述(SummarizeofelectrocatalyticdecompositionofwaterinCobaltNickelbasedmaterials)1.3.1電催化分解水簡介電催化分解水過程是借助直流電的作用，使水分子發(fā)生分解反應，在陰極通過還原水形成氫氣，在陽極則通過氧化水形成氧氣。在研究中，電解水的過程可以看作為兩個半反應，即陰極上的還原析氫反應，其熱力學平衡電位為0V，和陽極上的析氧反應，其熱力學平衡電位為1.23V。由于電解水過程中存在著由電解液電阻，隔膜電阻，電極電阻等產生的電阻電壓降，陰極，陽極材料極化產生的過電勢等因素，電解水所需要的直流電壓一般遠大于水的理論分解電壓，實際生產中電解水過程所需要的外加啟動電壓大約為1.8~2.0V。為了降低電解水過程中電能損耗，可通過減少反應體系電阻，降低電極材料的極化過電位來實現(xiàn)。電催化反應是由陰極析氫反應（Hydrogenevolutionreaction,HER）和陽極析氧反應（Oxygenevolutionreaction,OER）構成(圖1-2)[37]。陽極反應為：4OH-=2H2O+O2+4e-，陰極反應為：4e-+4H2O=2H2+4OH-。圖1-2電催化分解水示意圖[37]Figure1-2Schematicdiagramoftheelectrocatalyticdecompositionofwater[37]1.3.2電催化分解水原理電解水過程中，對電極施加電壓從而釋放出H3O+，游離的H3O+被吸附在催

3雙有機溶劑體系合成蜂窩狀硫化鈷鎳及電化學特性193.3乙二醇溶劑體系中硫化鈷鎳的表征(CharacterizationofCobaltnickelsulfidesynthesizedbyEthyleneglycolsolventsystem)3.3.1X-射線衍射及能譜分析圖3-1（a,b）為不同比例或類型雙溶體系制備得到的不同形貌NiCo2S4-EI-1，NiCo2S4-EI-2，NiCo2S4-EI-3，NiCo2S4-EI-4，NiCo2S4-EI-5，NiCo2S4-GI，NiCo2S4-EM，NiCo2S4-EA的X射線衍射光譜。在15~70°范圍內，所有樣品在26.83°，31.59°，38.32°，50.46°和55.33°處具有相同的衍射峰，與卡片PDF-20-0782)相吻合，分別對應(220)，(311)，(400)，(511)和(440)晶面，判斷為NiCo2S4化合物[54-55]。圖3-1不同比例或類型雙溶劑體系中硫化鈷鎳的XRD圖Figure3-1XRDpatternsofcobalt-nickelsulfideindifferentproportionsortypesofdoublesolventsystems3.3.2掃描電子顯微鏡分析樣品NiCo2S4-EI-1，NiCo2S4-EI-2，NiCo2S4-EI-3，NiCo2S4-EI-4，NiCo2S4-EI-5，NiCo2S4-GI，NiCo2S4-EM，NiCo2S4-EA的掃描電子顯微分析如圖3-2所示。從圖3-2（a~e）可以觀察到，NiCo2S4-EI-1呈現(xiàn)小的粒狀結構（圖3-2（a））。NiCo2S4-EI-2樣品顯示具有約200nm直徑的球狀形貌（圖3-2（b）），并且少量球體表面因破裂形成的孔，此為空心球結構。有趣地是，樣品NiCo2S4-EI-3則呈現(xiàn)出了蜂窩狀形態(tài)（圖3-2（c））并且具有較大的比表面積。由圖3-2（d，e）中顯示，隨著EG的增多和IPA的減少，樣品的形貌為蜂窩狀趨向顆粒結構。特別地，僅用EG溶劑獲得的NiCo2S4-EI-5樣品呈現(xiàn)不等尺寸的顆粒結構（圖3-2（e））。圖3-2（f~h）描述了使用其它溶劑獲得樣品的形貌。它們依舊表現(xiàn)出了直徑約200nm的不規(guī)則顆粒結構。?


本文編號：3413043