層狀雙金屬氫氧化物（LDH）作為一種典型的無機(jī)層狀材料,可在不改變板層結(jié)構(gòu)的情況下,對(duì)層板上的金屬離子進(jìn)行調(diào)換,金屬離子在層板上高度分散,層板間陰離子也可以置換以調(diào)節(jié)層板間距離及相應(yīng)化學(xué)性質(zhì),這些特性使得LDH在電催化,吸附,生物傳感,儲(chǔ)能方面都有廣泛的應(yīng)用。盡管LDH的應(yīng)用和發(fā)展已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,但在電化學(xué)儲(chǔ)能和傳感領(lǐng)域中LDH實(shí)際應(yīng)用主要受到低導(dǎo)電率的限制。為了解決這一問題,合成了具有高電荷流動(dòng)性和高比表面積的LDH/碳納米復(fù)合材料,用于高效電極材料。本研究首先制備了不同金屬組分LDH,通過調(diào)節(jié)層板上金屬陽離子的種類,研究了不同活性金屬離子對(duì)LDH物理化學(xué)性能和電容性能的協(xié)同效應(yīng)。通過不同種金屬離子取代Al³⁺,有效降低了雙活性金屬LDH的帶隙能量,使樣品的氧化還原反應(yīng)更容易。在所有樣本中,NiMn-LDH具有最大的比電容數(shù)值(1322F·g^-1),良好的速率性能和較大的能量密度(79.3 Wh·kg^-1),形態(tài)學(xué)保持良好。說明NiMn-LDH在系列多活性金屬組分LDH中具有最好的儲(chǔ)能表現(xiàn)。進(jìn)而研究了三維碳泡沫/... 

【文章來源】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)山東省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水滑石的層板結(jié)構(gòu)示意圖

中國(guó)石油大學(xué)（華東）工程碩士學(xué)位論文3-OH，-CO，-COO-）對(duì)CNT表面進(jìn)行化學(xué)修飾進(jìn)而在碳納米管（CNT）主鏈上合成NiMn-LDH[12]。探究發(fā)現(xiàn)通過改性改善基底的親水性對(duì)LDH的后續(xù)生長(zhǎng)至關(guān)重要。Lu等[13]通過簡(jiǎn)單的水熱合成法制備NiFe-LDH，其特點(diǎn)是在泡沫鎳表面垂直生長(zhǎng)，可作為析氧反應(yīng)（OER）的電極材料，且不使用生長(zhǎng)助劑。綜上所述，基底表面LDH晶核的形成是原位生長(zhǎng)方法的關(guān)鍵步驟，其可通過直接激活金屬底物，引入LDH晶核以及在LDH核和基底材料之間產(chǎn)生分子相互作用來實(shí)現(xiàn)。圖1-2在Fe-Co-Ni基體（a）生長(zhǎng)CoFe-LDH納米粒子的前后和（b）30分鐘超聲處理后的掃描電鏡圖（c）NiMn-LDH/CNT的合成過程和形態(tài)的示意圖。步驟（I）：通過官能團(tuán)對(duì)碳納米管進(jìn)行表面改性。步驟（II）：通過原位生長(zhǎng)方法將NiMn-LDH納米片生長(zhǎng)到CNT骨架上。Fig1-2SEMimagesofCoFe-LDHNWAsgraftedontheFe–Co–Nisubstrate(a)beforeand(b)aftera30minultra-sonicationtest.(c)AschematicillustrationofthesynthesisandmorphologyofNiMn-LDH/CNT.Step(I):thesurfacemodificationofCNTsbyfunctionalgroups.Step(II):thegraftingofNiMn-LDHnanosheetsontotheCNTbackbonebyaninsitugrowthmethod.1.1.2.2電沉積法電化學(xué)合成方法因其快速簡(jiǎn)便被廣泛應(yīng)用于LDH電極的制備[14-23]。一般而言，電沉積使用含有相應(yīng)金屬離子的硝酸鹽或硫酸鹽溶液來進(jìn)行。沉積可以通過

第一章緒論4還原硝酸根或硫酸根離子來產(chǎn)生氫氧根離子提高工作電極上局部的pH，導(dǎo)致相應(yīng)LDH的沉淀。NO3-+H2O+2eNO2-+2OH-(1)SO42-+H2O+2eSO32-+2OH-(2)實(shí)驗(yàn)表明沉積電位，電鍍?nèi)芤簆H值，金屬類型和M2+/M3+比對(duì)確定LDH的純度和結(jié)晶度起著重要作用。Dennis等在1989年通過電沉淀法從金屬硝酸鹽溶液中合成了系列鎳基氫氧化物。Yarger等[20]研究了電化學(xué)制備ZnAl-LDH的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。發(fā)現(xiàn)在室溫下，使用12.5mMZn(NO3)2·6H2O溶液和7.5mMAl(NO3)3·9H2O，pH值為3.8，最佳沉積電位為1.65V（vs.Ag/AgCl）合成純ZnAl-LDH的性能最佳。增加和降低電鍍液中的鋁濃度都會(huì)形成含Al和Zn的雜質(zhì)。Gupta等[21]報(bào)道了一種納米結(jié)構(gòu)的CoNi-LDH，采用恒電位沉積法在電鍍液中使用不同摩爾比的Co(NO3)2和Ni(NO3)2，可在不銹鋼電極上沉積CoNi-LDH。Li等[22]用七水硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）和硫酸鈷（II）制備了ZnCo-LDH，為了將鈷（II）部分氧化成鈷（III），將H2O2加入溶液中，在鎳箔上沉積的ZnCo-LDH，測(cè)試發(fā)現(xiàn)ZnCo-LDH由高度有序陣列組成，ab平面垂直于基底。圖1-3（a）MFe-LDH的合成路線的示意圖（b）NiFe-LDH（c）CoFe-LDH和（d）LiFe-LDH的SEM圖譜Fig1-3(a)SchematicillustrationofthesyntheticrouteofMFe-LDHnanoarrays.SEMimagesof(b)NiFe-LDH,(c)CoFe-LDHand(d)LiFe-LDHnanoplateletarrays.


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