钴基纳米材料的制备及其超电容性能研究

作     者：秦攀 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋吉明

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：Co3O4 Al2O3-doped Co3O4/graphene NiCo2O4 超级电容器 比电容 

摘      要：随着社会经济的快速发展,能源的使用越来越多,尤其是对于不可再生化石能源的使用,给社会和环境带来了巨大的问题。因此,设计新型的储能装置,寻找高的功率密度和能量密度,以及优异循环性能的电极材料受到人们越来越多的关注。因其具有高的功率密度,高的能量密度,以及优异的循环性能等优点,以超级电容器作为代表的新型绿色能源储能装置,受到很多研发者的青睐。本文以简单的水热反应为基础,制备得到了具有立方体颗粒的Co3O4纳米材料,并在此基础上成功得合成了 Al2O3-dopedCo3O4/graphene纳米复合材料,同时也制备了形貌可控的NiCo204材料,并对它们在超级电容器领域中电化学性质进行研究。主要内容如下:1、Co3O4纳米材料的水热合成及其电化学性质研究选用CoCl2·6H20作为钴源,PVP为表面活性剂。氨水提供碱性环境,在水热条件下,通过调节PVP的量、反应温度等控制合成了具有立方结构的Co3O4纳米材料。采用X-射线晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)等测试手段对样品的组成、形貌、结构进行表征。实验结果表明,合成具有立方结构的Co3O4材料的尺寸为50 nm,同时探索了在不同溶剂下合成Co3O4的形貌及其性质测试,最终得到了水溶剂条件下合成Co3O4材料的性质较好。2、Al2O3-doped Co3O4/graphene纳米复合材料的水热合成及其电化学性质研究在上个实验的基础上,通过分别加入Al(NO3)3·9H20和Al(NO3)3·9H20&graphene,得到了 Al2O3-dopedCo3O4和 Al2O3-dopedCo3O4/graphene 纳米复合材料。采用XRD、SEM、TEM等测试手段对产物的组成、形貌进行表征。表征结果显示,通过一种水热与锻烧相结合的方法,成功得到了 Al2O3-doped Co3O4纳米颗粒负载在石墨烯上。以6 M KOH为电解液,在三电极体系中采用CV、GCD等电化学测试方法对 Co3O4、Al2O3-doped Co3O4 和 Al2O3-doped Co3O4/graphene 电极材料进行电化学性质测试。实验结果表明,在相同电流密度下充放电时,Al2O3-doped Co3O4/graphene 的比电容值要高于 Co3O4 和 Al2O3-doped Co3O4,并且当电流密度从小到大时,其电容值大小变化缓慢,说明通过材料之间的复合可以提高产物在电化学测试中的稳定性,同时提高其比电容值。3、形貌可控NiCo2O4材料的水热合成及其电化学性质研究选用Co(NO3)2·6H20和Ni(NO3)2·6H20作为钴源和镍源,反应体系中稳定剂和表面活性剂为PVP,氨水提供碱性环境,通过水热与锻烧相结合的方法,合成了一种具有形貌可控的NiCo2O4材料。采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET等测试手段对产物的组成、形貌进行表征。探究了不同反应温度、PVP的量、不同溶剂比等因素对产物组成和形貌的影响;并研究了不同溶剂条件下合成NiCo2O4电极材料在6MKOH电解质溶液中的电化学性质。总结出了当反应温度180℃、PVP的量为0.25 g、水溶剂条件下合成NiCo2O4材料的性质最好。