检索结果-南通市图书馆

作者：张适西北大学

学位级别：硕士

随着社会科技进步,光催化技术在有机污染物降解、废水处理等方面越来越发挥着巨大的作用。因而,合成低成本、稳定性好且催化效率高的光催化纳米材料成为现阶段科学工作者聚焦的热点问题之一。目前SnO纳米晶在光催化领域独占鳌头,是因为... 详细信息

随着社会科技进步,光催化技术在有机污染物降解、废水处理等方面越来越发挥着巨大的作用。因而,合成低成本、稳定性好且催化效率高的光催化纳米材料成为现阶段科学工作者聚焦的热点问题之一。目前SnO纳米晶在光催化领域独占鳌头,是因为其制备方法简单、成本低廉、性能稳定等优点。BiO纳米晶拥有较高的可见光响应特性,也是目前研究较多的一种光催化材料,但因其响应频带窄,很大程度上限制了它在实际污水处理应用中的应用范围。因此,将SnO与BiO复合,既能使它们的优点相得益彰,使响应频带从紫外延伸到可见光区,又能在二者的接触面形成p-n型异质结,进而降低电子-空穴对的复合率,从而提高了光催化效率,也为新型光催化材料的研究提供了新思路。本论文采取两步水热法制备SnO@BiO复合材料,研究其在可见光下降解亚甲基蓝(MB)的效率,分析复合材料的生长机理和光催化机理。主要研究内容如下:1.先通过水热法制备出SnO微米球作为基底,然后采用二步水热法在其表面生长BiO。应用正交设计理论,以降解效率作为优化指标,优化了水热法制备SnO@BiO光催化复合材料的工艺参数。优化的工艺参数是,Bi浓度([Bi])为0.02 mol/L,OH浓度([OH])为0.06 mol/L,反应温度(T)为140℃,反应时间(t)为4 h,以及影响复合材料降解效率各因素的主次关系为t>[Bi]>[OH]>T。同时,通过时间单因素实验得出,当水热反应时间为4 h时,有利于形成绒球状SnO@BiO复合结构。2.分别研究了在可见光照射120 min条件下,优化的工艺参数下所制备的SnO@BiO复合材料和单一SnO材料的光催化MB降解效率,其结果分别86.94%和85.14%。表明在可见光下两种材料对MB溶液都具有良好的降解能力,但SnO@BiO复合材料在各个时间段的降解效率比SnO高,说明SnO@BiO复合材料较SnO材料拥有更好的光催化性能。然后研究了5 mg/L、10 mg/L和15 mg/L浓度下MB溶液在可见光下的降解效率,结果发现,SnO@BiO复合材料随着MB浓度的增加,对染料的催化降解时间增加并且降解效率有所降低。3.基于优化的工艺参数,探究了不同类型表面活性剂SDS、CTAB和PAM对SnO@BiO复合材料微观结构的影响机制以及对MB催化降解的影响作用。结果表明,表面活性剂能够促使复合材料形貌变化,一定程度上提高了对MB的降解效率。当PAM添加量为0.0005%时,所制备的SnO@BiO复合材料对MB溶液的催化效率高达99.12%。

关键词：水热法 SnO2@Bi2O3 复合材料微观结构光催化

三明治结构MoS2-SnO2-CF复合材料的制备及其性能研究

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三明治结构MoS2-SnO2-CF复合材料的制备及其性能研究

作者：贾仕隆西北大学

学位级别：硕士

本文采用简单两步水热法成功地合成了一种新型“三明治”结构MoS-SnO-CF(碳纤维)复合柔性材料。通过引入极强导电性碳纤维基材,形成了一种双层异质结结构,这种结构可以提高载流子迁移速率,并加速电子空穴分离,从而增强光催化活性。测试... 详细信息

本文采用简单两步水热法成功地合成了一种新型“三明治”结构MoS-SnO-CF(碳纤维)复合柔性材料。通过引入极强导电性碳纤维基材,形成了一种双层异质结结构,这种结构可以提高载流子迁移速率,并加速电子空穴分离,从而增强光催化活性。测试结果表明在可见光下复合材料对染料的光催化降解率为95%,远高于对照组实验。本文主要研究内容包括了正交实验、单因素优化实验、对照组实验以及探索性实验,对所制备的复合材料的微观结构进行了表征,详细地讨论了其光催化性能、电子空穴传输机制、合理的生长流程,并从能带结构层面分析了其光催化性能提升机制。最后,探索了在表面活性剂辅助下的MoS-SnO-CF复合材料的形貌结构与光降解性能。首先以SnO-CF前驱体的制备及其表征展开讨论,通过设计三因素四水平的正交实验组研究MoS-SnO-CF复合材料的适宜反应条件,并用极差分析法获得最优工艺参数。制备出本征MoS-SnO-CF复合材料后,利用XRD、SEM、TEM、EDS、mapping和BET,分别研究了复合材料的晶体结构、形貌特征、原子组成、元素图谱与比表面积。其次光催化实验方面,以100W的LED作为光源,用浓度15mg/L的RhB作为染料,暗处理并辐照后,再进行吸收光谱、循环吸收谱和捕获剂实验,并研究了循环组实验后的形貌结构。以反应时间开展单因素优化实验,探索了MoS-SnO-CF复合材料在优化时间范围内的形貌变化规律以及性能。研究所有对照组实验,包括粉体材料MoS和SnO,复合材料MoS-SnO、MoS-CF、SnO-CF以及碳纤维基底的制备和微观结构表征、对照组实验的光吸收谱图、光降解相对浓度(c/c)对照图、定量动力学反应图、紫外漫反射吸收谱和光致发光图谱。基于所制备产物的微观结构,绘制能带结构图,分析异质结结构对性能提升机制。最后,介绍了三组前期探索性实验,分别解释了使用SnO-CF作为反应前驱体原因,对碳纤维做亲水性处理的必要性,以及在不同染料下复合材料光降解性能的稳定性。表面活性剂辅助下,研究了MoS-SnO-CF复合材料制备、表征以及性能,分别使用阴离子表面活性剂SDS和阳离子表面活性剂CTAB。介绍了两种表面活性剂辅助下的制备工艺,+。最后分别通过光降解相对浓度(c/c)对照图、定量动力学反应图、紫外漫反射吸收谱分析,来比较不同产物性能强弱,降解效率高低,选取最佳浓度比的表面活性剂。

关键词： MoS2-SnO2-CF复合材料双层异质结柔性材料光催化表面活性剂

Fe3O4@MoS2复合材料的制备及其吸波性能研究

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Fe3O4@MoS2复合材料的制备及其吸波性能研究

作者：关欣西北大学

学位级别：硕士

武器装备隐身化和电磁污染防控促进了吸波材料技术的发展,开发高性能的吸波材料成为隐身领域追求的目标。沿着新型吸波材料的发展方向,将传统吸波材料铁氧体与二维半导体材料新秀二硫化钼复合,形成FeO@MoS复合材料,使之兼具电损耗与磁... 详细信息

武器装备隐身化和电磁污染防控促进了吸波材料技术的发展,开发高性能的吸波材料成为隐身领域追求的目标。沿着新型吸波材料的发展方向,将传统吸波材料铁氧体与二维半导体材料新秀二硫化钼复合,形成FeO@MoS复合材料,使之兼具电损耗与磁损耗特性,同时改善了铁氧体的阻抗匹配问题,使更多的电磁波透射进材料内部而损耗。本文采用两步水热法,制备了FeO@MoS复合物,研究了其吸波性能。探索了复合物的吸波机理和生长过程,并加入氧化石墨烯(GO)研究复合物的吸波性能。本文的主要工作如下:首先,利用水热-沉淀法和两步水热法制备FeO/MoS复合物,并进行XRD、SEM和Raman表征,结果表明两步水热法制备的FeO@MoS(-19.84 d B,匹配厚度2.5 mm,吸收带宽3.47 GHz)比水热-沉淀法制备的MoS/FeO(-5.5 d B,匹配厚度2.5 mm)的电磁波吸收性能较好。其次,采用水热法,基于正交设计理论,探索出最优的工艺参数:加入FeO的质量为50 mg,硫离子摩尔数为10 mmol,反应时间10 h和反应温度200℃。通过极差分析,得到这四个因素对结果的影响顺序:硫离子摩尔数>FeO的质量>反应温度>反应时间。最优的工艺参数所制备的FeO@MoS复合材料在14.29 GHz下(匹配厚度为2 mm)最大反射损耗为-39.56 d B,吸收带宽为5.39 GHz,比纯MoS(-4.8 d B,匹配厚度为5 mm)和FeO(-17 d B,匹配厚度为2.5 mm,吸收带宽0.5 GHz)的吸波性能都有所增强,且随着匹配厚度的增加,最大反射损耗峰逐渐向低频方向移动。FeO@MoS复合材料的吸波性能归因于,一方面可能得益于薄层状的MoS具有较高的比表面积,增加了电导损耗;另一方面,FeO表面粗糙多孔可以多次反射电磁波,增大了电磁波的传输距离,提高了吸收效率。同时,复合材料中异质界面的存在,必将引入界面弛豫极化损耗。设计了时间单因素实验,探究了复合物的生长机理。最后,为了改善FeO@MoS复合物材料的阻抗匹配,提高吸波性能,将GO引入FeO@MoS复合物中。研究表明,GO的引入增加了体系的介电损耗。究其原因,不难发现,片层状的GO其内部有着丰富的极性含氧官能团,在高频电场作用下这些极性官能团可能产生转向位移极化弛豫损耗。同时,片层结构的GO有着较好的导电能力,易于形成空间导电网络而产生电导损耗。另外,在FeO@MoS-GO复合物中必然存在丰富的异质界面,其将通过界面弛豫损耗来吸收电磁波。可见,GO的引入必将增强复合物的吸波性能。

关键词： Fe3O4@MoS2 电磁参数吸波性能吸波机理 Fe3O4@MoS2-GO

Co-MOF衍生物与石墨烯复合材料的制备及吸波性能研究

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Co-MOF衍生物与石墨烯复合材料的制备及吸波性能研究

作者：赵亚真西北大学

学位级别：硕士

现代科技的飞速发展、以及电子通信设备的广泛应用带来的电磁辐射,不仅会影响各类仪器的正常工作,也会对人体的健康产生一定的威胁。因此,研究人员一直在积极探索高效轻质的电磁波吸收材料来衰减电磁波。MOF衍生物因具有多孔结构、化学... 详细信息

现代科技的飞速发展、以及电子通信设备的广泛应用带来的电磁辐射,不仅会影响各类仪器的正常工作,也会对人体的健康产生一定的威胁。因此,研究人员一直在积极探索高效轻质的电磁波吸收材料来衰减电磁波。MOF衍生物因具有多孔结构、化学稳定性、铁磁/介电组分等特点,近年来被看作吸波材料家族中的“新贵”。本文采用一锅法结合退火工艺,首先制备了Co-MOF衍生物Co@NC,然后与石墨烯复合,形成Co@NC/r GO复合材料;进而加入Ni,形成Co Ni@NC/r GO复合材料,对所得材料的吸波性能进行了系统研究。此项工作为基于MOF衍生物的吸波材料的设计提供了一个思路。具体工作如下:(1)制备了由以多孔的N掺杂碳多面体为壳、以磁性金属Co为核的结构单元,构成的中空菱十二面体结构纳米材料Co@NC,并探究了Co与有机配体摩尔比对Co@NC形貌结构和性能的影响。结果表明,当摩尔比较小(1:2、1:3)时,对Co-MOF前驱体尺寸的影响较大;当配体过量(1:4、1:5)时,有利于生成均一的小尺寸Co-MOF。此外,当摩尔比为1:4时,所制备的Co@NC在石蜡基质中的填充量为30%时,最小反射损耗值(RL)为-23.6 d B,有效吸收带宽(EAB)为1.80 GHz(3.86～5.66GHz),厚度为5.00 mm。(2)制备了由以磁性金属Co为核的结构单元,构成的中空菱十二面体,镶嵌在r GO片层中,形成的复合结构材料Co@NC/r GO。结果表明,r GO的加入有效地调节了Co@NC的电磁参数,提升了其介电损耗能力,优化了其阻抗匹配特性。同时,使其衰减常数与吸收强度均显著提高,也极大地减小了最小RL值所对应的匹配厚度。当前驱体中GO的加入量为84 mg时,Co@NC/r GO在11.76 GHz时处的最小RL值为-44.9 d B,EAB为4.04 GHz(9.61～13.65 GHz),厚度为2.16 mm;当前驱体中GO的加入量为108 mg时,产物Co@NC/r GO在16.02 GHz处的最小RL值为-49.2 d B,EAB为3.95 GHz(14.04～18 GHz),厚度为1.41 mm。(3)获得了以多孔的N掺杂碳多面体为壳、以磁性金属合金Co Ni为核的结构单元,构成的中空多面体,镶嵌在r GO片层中,形成的复合结构材料Co Ni@NC/r GO。研究表明,Ni的引入有效地调节了复合材料的电磁参数,使其在填充量为20%时,便具有优异的阻抗匹配,从而展现出优异的吸波性能。当Ni添加量为0.6 g时,所制备的Co Ni@NC/r GO复合材料在15.64 GHz处的最小RL值为-60.2 d B,EAB为4.76GHz(13.06～17.82 GHz),厚度为1.61 mm。

关键词： MOF衍生物石墨烯阻抗匹配电磁波吸收

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高温差地区野外酸雨测量系统设计与实现

高温差地区野外酸雨测量系统设计与实现

作者：张雄西北大学

学位级别：硕士

随着工业化进程发展,环境污染成为人类面临的巨大挑战,酸雨作为一种常见环境污染因素,对工农业生产、人类健康、建筑物安全等方面带来了极大的破坏,特别是对大型土建筑造成永久性破坏。以夯土建筑为主体的长城代表了中华民族的文明,是... 详细信息

随着工业化进程发展,环境污染成为人类面临的巨大挑战,酸雨作为一种常见环境污染因素,对工农业生产、人类健康、建筑物安全等方面带来了极大的破坏,特别是对大型土建筑造成永久性破坏。以夯土建筑为主体的长城代表了中华民族的文明,是人类宝贵文化遗产,对长城的破坏就是对人类的文化遗产的破坏所以研究酸雨对大型土遗址的健康状态影响是保护长城的重要研究内容之一,而设计一种适用于野外高温差环境下测量酸雨并可实时记录酸雨数据的测量装置是该项研究的重要基础工作。本文研究并实现了一种基于物联网技术的野外大型古遗址酸雨测量装置。根据pH测量电极特点,设计并实现了酸雨测量放大调理电路;测量端采用自供电的方式实现了风力、太阳能混合供电,并设计了电源管理电路;数据测量采用搭载温度传感器的AVR控制板,软件对pH值传感器和调理电路进行自动温度补偿,保障了恶劣环境下酸雨检测的精度,测量结果通过GPRS无线网络上传至数据管理中心,并将采集数据进行显示和存储。实验证明测量端可以准确测量数据并将其可靠稳定的发送到数据管理平台;数据管理平台用户界面友好、成本低廉、功能可拓展。

关键词：酸雨测量长城保护物联网技术 Labview

在金属锡和ITO衬底上制备纳米结构的SnO2薄膜、阵列及其光学特性的研究

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在金属锡和ITO衬底上制备纳米结构的SnO2薄膜、阵列及其光学特性...

作者：张偲元西北大学

学位级别：硕士

二氧化锡(SnO2)是一种n型宽禁带半导体材料。它具有良好的物理、化学性质,是一种具有广阔应用前景的半导体发光材料。本文通过水热法,成功的在锡衬底和ITO玻璃衬底上分别制得了SnO2纳米晶薄膜和纳米SnO2阵列,并对它们的光致发光特性与S... 详细信息

二氧化锡(SnO2)是一种n型宽禁带半导体材料。它具有良好的物理、化学性质,是一种具有广阔应用前景的半导体发光材料。本文通过水热法,成功的在锡衬底和ITO玻璃衬底上分别制得了SnO2纳米晶薄膜和纳米SnO2阵列,并对它们的光致发光特性与SnO2的微观结构、替位掺杂的杂质浓度间的关系进行了研究。本文首先基于正交设计理论,分别优化了在水热环境中,以锡片衬底中的锡原子为锡源,正丁胺为沉淀剂,在锡片衬底上制备SnO2纳米晶薄膜;以SnCl4·5H2O为锡源,NaOH为沉淀剂,在ITO玻璃衬底上制备纳米SnO2阵列的工艺参数。对实验结果的分析表明,反应时间t是在锡衬底上制备SnO2纳米晶薄膜的最关键因素,其次是反应温度T和正丁胺的用量;而在ITO玻璃衬底上制备纳米SnO2阵列的关键因素依次为：反应时间t(h)、反应温度T(℃)、锡离子摩尔浓度([Sn4+])、氢氧根离子与锡离子摩尔浓度比([OH-]/[Sn4+])。探讨了两种形貌的SnO2的形成机理,环境驱动力大小在反应中起主要作用。对样品进行光致发光谱表征,结果表明,在锡衬底上生长的SnO2纳米晶的PL谱主要集中在紫外发光带和蓝光发光带,主要由氧缺陷和锡填隙引起;在ITO衬底上生长的纳米SnO2阵列的PL谱集中在紫外发光区,发光中心主要由氧缺陷形成。其次,基于ITO衬底上制备SnO2纳米阵列的最优工艺,以SbCl3为掺杂剂,制备了Sb掺杂的SnO2纳米阵列(ATO),并研究了Sb掺杂对SnO2形貌及发光光的影响。结果表明,Sb掺杂浓度越高,产物的阵列形貌越不明显,Sb掺杂虽然在一定程度上影响了SnO2的光致发光性质,但是并没有改善其发光区域,没有产生可见光的发光带。

关键词：水热法 SnO2纳米晶 SnO2纳米阵列光致发光

Fe3O4/MWCNT复合材料的制备及其吸波性能的研究

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Fe3O4/MWCNT复合材料的制备及其吸波性能的研究

作者：师毓菲西北大学

学位级别：硕士

近年来,随着无线通信技术的发展、电子设备的普及以及军事探测手段的进步,电磁波在民用以及军事领域得到了广泛的应用。然而,在我们享受电磁波技术带给我们便利生活的同时,电磁波的危害不容忽视,对电磁波吸收材料的研究在商用以及军事... 详细信息

近年来,随着无线通信技术的发展、电子设备的普及以及军事探测手段的进步,电磁波在民用以及军事领域得到了广泛的应用。然而,在我们享受电磁波技术带给我们便利生活的同时,电磁波的危害不容忽视,对电磁波吸收材料的研究在商用以及军事领域都有非常重要的意义。FeO是一种传统的吸波材料,但其介电常数实部和磁导率实部比较低,密度较大,纯FeO难以获得良好的吸波性能。多璧碳纳米管(MWCNT,Multi-walled carbon nanotubes)质量轻、介电参数可调控,将其与FeO复合可以得到吸波损耗机理多元,性能增强的材料。本文通过溶剂热法制备出FeO/MWCNT复合材料,并研究其吸波性能,分析了复合材料的生长机理和吸波机理。主要研究如下:1.本文通过溶剂热法制备FeO/MWCNT复合材料。应用正交设计理论,以吸收带宽和反射损耗峰值作为优化指标,探索制备高性能FeO/MWCNT复合吸波材料优化的工艺参数。优化的工艺参数是:多壁碳纳米管质量为120mg,铁离子浓度([Fe])为0.030mol/L,醋酸根浓度([CHCOO])为0.240mol/L,反应温度(T)为200℃,反应时间(t)为16h。对正交实验的结果进行极差分析,得出结论:复合材料吸波性能影响因素的主次关系为t>[Fe]>T>[CHCOO]。对基于优化工艺参数制备的FeO/MWCNT复合材料进行XRD表征和SEM表征,使用矢量网络分析仪测量其电磁参数,分析其吸波性能。结果表明,基于优化工艺参数制备的样品吸收带宽为5.2GHz,反射损耗峰值达-30dB,FeO/MWCNT复合材料对电磁波的吸收能力主要来自于剩余损耗以及MWCNT形成的空间网络。此外,本文通过时间单因素实验探究FeO/MWCNT复合物的生长机理,确认FeO是通过原位生长的方法与MWCNT结合在一起,形成FeO/MWCNT复合结构。2.基于优化的工艺参数,本文研究了阴离子表面活性剂SDS、阳离子表面活性剂CTAB以及非离子表面活性剂PAM辅助生长对FeO/MWCNT复合材料的影响,得出三种表面活性剂对FeO/MWCNT复合材料结构形貌的影响机制以及对材料吸波能力的影响机制。综合来看,表面活性剂的加入为FeO的生长提供大量活性位点,促进了FeO的生长,增加了FeO在材料中的含量,但是表面活性剂的加入破坏了溶液中NO稳定剂的作用,使得FeO晶粒通过溶解再结晶的方式生长成为表面光滑的纳米微球,光滑的表面致使电磁波导入材料微球内部,部分表面活性剂的辅助生长会使得晶粒尺寸增大,降低材料的界面极化强度和电磁波在纳米微球表面之间的反射,PAM的辅助生长还会破坏MWCNT的空间网络结构,削弱材料的导电性能,因此,表面活性剂的加入会削弱FeO/MWCNT复合材料的吸波性能。

关键词：溶剂热法 Fe3O4/MWCNT 电磁性能表面活性剂微观结构

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ZnSe电极材料的制备及其性能研究

ZnSe电极材料的制备及其性能研究

作者：何少睿西北大学

学位级别：硕士

为了满足电网存储、混合动力汽车、便携式电子设备等各种能源应用的日益增长需求,近年来人们发明了各种充电系统。其中锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)以其较高的能量密度、较长的循环寿命和环境友好性而备受关注。硒化锌具有优异... 详细信息

为了满足电网存储、混合动力汽车、便携式电子设备等各种能源应用的日益增长需求,近年来人们发明了各种充电系统。其中锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)以其较高的能量密度、较长的循环寿命和环境友好性而备受关注。硒化锌具有优异的化学、光学和光电转换效应,广泛应用于化学储能、太阳能电池、介电材料等领域。本文采用溶剂热和水热法相结合制备出空心硒化锌(ZnSe)微米球,并将其作为锂电和钠电负极材料分析其电化学性能;再利用氧化石墨烯对空心ZnSe微米球改性,分析改性所得的ZnSe-r GO复合膜作为锂电和钠电负极材料的电化学性能及其优势。本文的主要工作如下:首先,采用溶剂热法,分别以反应温度和乙二醇加入量为单因素,优化制备ZnSe的工艺参数。优化结果表明,[Se]/[Zn]为1:1,反应时间为10h,反应温度为160℃,乙二醇加入量为17ml时为最佳参数,此时,可制备出空心ZnSe微米球。理论分析了ZnSe空心微米球和实心微米球在电化学反应中的优缺点,陈述了最终以空心ZnSe微米球作为锂电和钠电负极材料的理由。然后,采用电极涂覆工艺,将空心ZnSe微米球分别制成锂电负极极片和钠电负极极片,分别从形貌、结构和电化学性能三个方面对其进行深入分析。研究结果表明,空心ZnSe微米球作为锂电负极材料的稳定比容量比钠电高36.4m Ahg,但其稳定后的容量波动较大,而空心ZnSe微米球作为钠电负极材料比作为锂电负极材料在循环稳定性上更加平稳。最后,采用抽滤法,将空心ZnSe微米球与还原氧化石墨烯复合,得到柔性电极ZnSe-r GO复合膜。通过电化学性能测试可知,相比于空心ZnSe微米球作为锂电负极材料,ZnSe-r GO复合膜的充放电过程更加稳定,该结果表明,氧化石墨烯可以改善负极材料的循环稳定性;相比于空心ZnSe微米球作为钠电负极材料,ZnSe-r GO复合膜的比容量从215.3 m Ahg上升到383.67 m Ahg,这表明,石墨烯可以很大程度上提高电池的比容量。利用氧化石墨烯片层结构特征,与空心结构相结合,采取新型的成膜方法制备出纵横交错的空间网状复合膜,使得所制备的负极材料在很大程度上提高了锂电和钠电的比容量和循环稳定性。

关键词： ZnSe-rGO复合膜电化学性能柔性电极协同作用比容量

碳基双金属硒化物的制备及其钠/钾离子电池性能研究

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碳基双金属硒化物的制备及其钠/钾离子电池性能研究

作者：陈思凡西北大学

学位级别：硕士

钠/钾离子电池因低成本、高能量密度且钠/钾资源丰富等优点,有望取代锂离子电池成为新时代大规模储能的新技术。然而在实际应用中仍受到容量衰减快、电荷存储动力学慢、可逆性差等问题的限制。因此,寻求发挥钠/钾离子电池优良特性的阳... 详细信息

钠/钾离子电池因低成本、高能量密度且钠/钾资源丰富等优点,有望取代锂离子电池成为新时代大规模储能的新技术。然而在实际应用中仍受到容量衰减快、电荷存储动力学慢、可逆性差等问题的限制。因此,寻求发挥钠/钾离子电池优良特性的阳极材料成为亟待解决的问题。在众多新型阳极材料中,普鲁士蓝类似物(PBAs)及其衍生物由于具有三维微/纳结构、尺寸可控、化学组成可调等优点而极具潜力。本文以PBAs为前驱体,对其进行成分调控和微观结构设计。通过溶液沉淀法、气相硒化反应等合成工艺,成功构筑并制备了3种过渡金属硒化物与碳材料的复合物,系统研究了其储钠/储钾性能和增强电化学性能的作用机理。主要研究内容如下:(1)以Ni-Fe PBA为前驱体,Si O纳米球和Na Cl为模板,葡萄糖为碳源,采用盐模板法结合一步原位碳化、硒化法,成功制备了碳包覆Ni-Fe-Se纳米立方体镶嵌于多孔氮掺杂石墨烯片复合材料(Ni-Fe-Se@p NGS)。其中,核壳结构的Ni-Fe-Se纳米立方体均匀地镶嵌和分布在具有球形空腔的二维氮掺杂石墨烯片上。得益于其独特而新颖的结构优势,Ni-Fe-Se@p NGS阳极获得了增强的储钠/储钾性能。在钠离子电池中,Ni-Fe-Se@p NGS电极表现出较高的储钠容量(419.8 m Ah g,0.1 A g)、优异的倍率性能和良好的循环稳定性,远远高于Ni-Fe-Se@NGS和Ni-Fe-Se电极。即使在1.0 A g的大电流密度下,1000次循环后仍能提供263.2 m Ah g的比容量。此外,它作为钾电阳极时也表现出突出的循环寿命和倍率性能,在0.1 A g的电流密度下循环100次后仍保持188.5 m A h g的比容量。(2)以Mn-Fe PBA为前驱体,通过室温液相反应在Mn-Fe PBA颗粒表面包覆了一层聚多巴胺(PDA),经气相硒化工艺成功制备了具有双重碳层保护的Mn Se/Fe Se复合材料(DCC-Mn Se/Fe Se)。研究结果表明,DCC-Mn Se/Fe Se复合材料提升了整个材料的导电性,同时有效地缓释了电极材料在充放电过程中体积效应所导致的结构变化,与无双重碳层保护的其他两组对照组相比,其储钠/储钾性能得到显著提升。作为钠电阳极时,DCC-Mn Se/Fe Se电极在0.1 A g的电流密度下循环100次后的比容量为407.6m Ah g。即使在1.0 A g的大电流密度下,1000次循环后仍能提供208.0 m Ah g的比容量。此外,其作为钾电阳极时也表现出优异的储钾性能,在0.1 A g的电流密度下循环100次后仍保持150.7 m A h g的比容量。(3)以Ni-Co PBA为前驱体,一维碳纳米管作为导电桥梁,通过随后的热处理硒化工艺,成功制备了以碳纳米管为骨架串联Ni-Co-Se纳米立方体的串珠式复合材料(Ni-Co-Se-CNT)。所制备的具有高导电网络结构的Ni-Co-Se-CNT复合材料是由相互交错的碳纳米管粘附或嵌入Ni-Co-Se纳米立方体构成,每个Ni-Co-Se纳米立方体表面均匀地包覆着氮掺杂非晶碳层。得益于这种独特的三维互联结构,Ni-Co-Se-CNT阳极表现出显著增强的储钠/储钾性能。作为钠电阳极时,Ni-Co-Se-CNT电极在0.1 A g的电流密度下循环300次后的比容量为305.4 m Ah g。即使在1.0 A g的大电流密度下,500次循环后仍能提供193.6 m Ah g的比容量。此外,其作为钾电阳极时也表现出出色的循环寿命和倍率性能,在0.1 A g的电流密度下循环100次后仍保持134.1 m A h g的比容量。

关键词：普鲁士蓝类似物衍生物碳基材料负极材料钠离子电池钾离子电池

用于水系锌离子电池阴极材料的不同锰氧化物(MnOx)的内在反应机理研究

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用于水系锌离子电池阴极材料的不同锰氧化物(MnOx)的内在反应机理...

作者：翟军剑西北大学

学位级别：硕士

水系锌离子电池(ZIBs)的出现从根本上解决了常规锂离子电池易燃易爆易挥发的安全性问题,寻求具有理想能量密度和工作电压的阴极材料变得十分必要,而锰基材料一定程度上可以很好地满足上述要求。因此,一方面亟待寻求更具潜力的锰基阴极材... 详细信息

水系锌离子电池(ZIBs)的出现从根本上解决了常规锂离子电池易燃易爆易挥发的安全性问题,寻求具有理想能量密度和工作电压的阴极材料变得十分必要,而锰基材料一定程度上可以很好地满足上述要求。因此,一方面亟待寻求更具潜力的锰基阴极材料,另一方面理清其内在电化学反应机制对于今后的研究也极为重要。本文选取具有代表性的锰氧化物阴极材料,通过采用湿法刻蚀法、可控温度法、一步水热法以及化学气相沉积法设计并构造各具特点的新颖结构,系统地研究了它们的储锌性能以及结构带来的优势,并通过一系列原位与非原位测试手段揭示了其内在电化学储能机制。具体内容如下:(1)通过一种简便的湿法化学氧化工艺刻蚀预先制备的Mn CO立方体,成功制备了中空分级结构MnO。所制备的MnO中空且表面均匀分布着纳米片。得益于此新颖的结构,用做水系ZIBs阴极材料时,展示出卓越的电化学性能。在500 m A g下400个循环后可以展现出210 m Ah g的可逆容量;在2500 m A g下亦可提供110 m Ah g的可逆容量。此外,一种H和Zn共嵌入机制被证明其合理性,此机制同时伴随着结构的相变以及副产物的产生。(2)一种具有空心多壳层结构的MnO材料通过简易的煅烧水热途径合成的前体成功制备。得到的MnO材料具有至少4层的壳结构,当该电极用于水系ZIBs阴极材料时,在500 m A g下可以展现出230 m Ah g的可逆容量,即使在400个循环之后容量仍有201 m Ah g。与此同时电流密度增加到2500 m A g时也可展现出优异的比容量103 m Ah g。其内在电化学反应机理以及动力学特性被证明是与MnO类似的机制。(3)一种纳米八面体MnO材料通过简易的一步水热法成功制备。材料的纳米尺度带来的优势使得Zn/MnO电池系统具有较高的容量(500 m A g下保持200 m Ah g)。此外,通过一系列表征也证明了H和Zn共同参与离子嵌入/脱嵌的行为,与上述两者不同的在于,在初始激活的过程中,主体材料并未发生不可逆的相变。(4)一种CVD表面改性技术被探索研究,以无水乙醇作为碳源,Mn CO作为前驱体,实现了Mn CO向MnO的相转化以及MnO单元表面的均匀碳沉积。受益于碳改性策略,所获得的MnO@C复合材料在500 m A g的电流密度下获得了卓越的电池性能和良好的循环稳定性(400次循环后347 m Ah g)。即使在1000 m A g的高电流密度下,200次循环之后仍能提供194 m Ah g的可观比容量。另外,在625W kg下具有351 Wh kg的出色能量密度,以及卓越的倍率能力(149 m Ah g在2500 m A g电流密度下),均表明通过表面碳改性的MnO@C阴极作为水系ZIBs储能的可行性以及优越性。同时阐明了H和Zn在电极上共嵌入MnO和Zn MnO的储能机制。最后,通过整理并深入分析这几种不同原子比的锰氧化物代表材料在电化学反应过程中的内在反应机理,提出了在水系ZIBs系统中适用于锰基材料阴极的通用机理策略,即H和Zn共嵌入/脱嵌机制。本论文设计的中空分级结构、多壳层结构以及CVD表面改性技术可以推广运用于其他新型锰基材料的制备;同时提出的通用锰氧化物用于水系ZIBs阴极的电化学机制为今后研究者们的进一步探索提供了有力的参考。

关键词：锰氧化物阴极材料储锌性能电化学反应机理水系锌离子电池