含碳纳米复合材料的电化学性能研究

作     者：刘雅媛 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：顾宏伟

授予年度：2019年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：纳米复合材料 锂离子电池 电解水 ZIF 碳材料 

摘      要：全球对电子穿戴设备、电动能源汽车以及绿色能源等需求日趋强烈。含碳材料在其中应用广泛,一方面,碳的导电性能使得它成为新能源器件中的优良导电介质和电极材料。在商用锂离子电池中,与碳电极相比,过渡金属基纳米材料由于具有较高的比容量被视为有前景的负极材料,但较差的反应动力学和体积变化导致容量的快速衰减等问题限制了它们的广泛应用。为了克服这些缺点,研究人员从纳米结构设计和碳材料修饰等来探索合成具有高比容量和稳定性的负极材料。在电解水催化体系中,非贵金属基纳米材料有望代替贵金属成为新一代催化材料,但初始电位高和稳定性差成为桎梏,研究者们从结构和组成方面致力于寻求具有高活性位点和稳定性的电化学催化材料;另一方面作为结构材料,碳纤维因具有模量高、强度大、密度低和化学惰性等优点被视为新时代增强纤维,是国防军工和民用方面的重要材料。其生产过程主要包括拉丝、牵伸、稳定、碳化和石墨化,但目前碳纤维生产面临低价性能差或优质超高成本的困境,研究人员主要从原丝制备、新的预氧化技术和碳化石墨化技术方面着手寻求开发价廉质优的碳纤维材料或者类碳纤维材料的方法。基于以上研究背景,本论文以含碳纳米复合材料为研究对象,探究了含碳纳米复合材料的制备方法及电化学性能。主要工作如下:1、将CoMoO4纳米棒作为模板水热法硫化、高温退火合成了由纳米片构建的纳米管,最后经过还原氧化石墨烯的包覆得到Co9S8/MoS2@rGO产物。用于锂离子电池负极材料并表现较优的容量值和稳定性。2、通过经典方法合成ZIF67及其衍生双金属ZIF材料,并利用金属镓（Ga）高温作用原位生成碳纳米管（CNTs）。在此基础上再探究金属氧化物、硫化物和磷化物等的电解水析氢（HER）和析氧（OER）催化性能。3、聚丙烯腈（PAN）原丝的碳化方法初步探究。利用Ga在不同高温和时间下研究PAN原丝的碳化程度,提供了生产PAN基碳纤维的一种新思路和方法。