氧化钼纳米结构的调控与电化学性能研究
作者单位:陕西科技大学
学位级别:硕士
导师姓名:朱建锋;罗维
授予年度:2021年
学科分类:081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程(可授工学、理学学位)] 0702[理学-物理学]
主 题:锂离子电池 三氧化钼 3D纳米片 二硫化钼 还原氧化石墨烯
摘 要:锂离子电池具有循环寿命长,能量密度大和电压高等优点,受到科学家们的广泛关注。然而,随着对恒定电源需求的不断增加,仍然迫切需要开发性能更好的新型电极材料。通常认为,锂离子电池电化学性能的好坏与其电极材料的微观结构有十分紧密的关系。特别是由于纳米结构的电极材料本身具有电子和锂离子的扩散距离短,材料中的活性位点丰富以及电极材料与电解质溶液之间的接触面积大等优势,在过去几十年中,纳米科技和纳米技术的快速发展一直促进在各种功能材料的制造。过渡金属氧化物因为其层状结构可以通过提供广泛的结合位点而利于锂离子的嵌入,在过去的十年中,作为锂离子电池电极材料的纳米结构过渡金属氧化物的研究取得了长足的进步。在各种过渡金属中,MoO3因为较高的理论比容量(~1117 mAh·g-1),在用作负极材料方面显示出巨大的潜力,但同时MoO3也有体积膨胀等缺点。我们创新性地构建了一种新的3D纳米片结构的α-MoO3,并通过与二硫化钼以及生物碳材料构建复合材料的方式改进MoO3的上述缺点,此方法对钼基电极材料的研究具有十分重要的意义。工作主要包括以下三个内容:(1)以乙酰丙酮钼(MoAc)作为钼源,四氢呋喃(THF)作为溶剂,H202作为形态控制剂通过一步溶剂热法制备3D纳米片花瓣状MoO3,改变其反应温度、反应时间以及过氧化氢加入量等参数对制备的MoO3的形貌和电化学性能进行研究,结果表明当用作锂离子电池的负极材料时,3DMoO3纳米片表现出高的可逆容量和长循环稳定性,具体表现为在0.5 A·g-1时可逆容量为555 mAh·g-1,大电流密度1 A·g-1下经过600圈的循环后容量可以保持在 214.7 mAh·g-1。(2)为了进一步提升3D纳米片结构MoO3的电化学性能,我们以硫脲作为硫源,合成以花瓣状MoO3为基体构建的MoO3@MoS2复合材料,使得MoS2成功负载至MoO3片层上,改变硫脲加入量以及溶剂等参数对制备的花瓣状MoO3@MoS2复合材料的形貌和电化学性能进行研究,结果表明MoO3@MoS2的容量以及循环稳定性相对于纯MoO3都有了明显的提升,尤其是在大电流密度的循环之后,可逆容量达到760.3 mAh·g-1。(3)为了改善3D纳米片结构MoO3电导率低的缺点,我们以生物碳材料大米(RC)作为碳源,经过预处理之后在MoO3的水热过程中加入,成功合成了 RC/MoO3复合材料,并通过自组装的方式引入还原氧化石墨烯,合成RC/MoO3@rGO电极材料,并研究他们对MoO3电化学性能的影响。结果表明,RC的引入显著提高了材料的容量和循环稳定性,而石墨烯的加入进一步优化了材料的电化学性能,使得材料在2000圈的长循环之后容量仍能保持在 378.7 mAh·g-1。