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钴氧化物/碳复合电极材料的制备及其电化学性能

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纺织高校基础科学学报 2022年第1期35卷 61-67页

作者：樊培志叶成伟徐岚苏州大学纺织与服装工程学院江苏苏州215123 苏州大学现代丝绸国家工程实验室江苏苏州215123

金属氧化物/碳复合材料的设计与制备在超级电容器应用中具有至关重要的作用。为了研究钴氧化物对碳材料的电化学性能的影响,采用静电纺丝法对聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和钴金属有机骨架材料(ZIF-67)的混合溶液进行纺丝,制... 详细信息

金属氧化物/碳复合材料的设计与制备在超级电容器应用中具有至关重要的作用。为了研究钴氧化物对碳材料的电化学性能的影响,采用静电纺丝法对聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和钴金属有机骨架材料(ZIF-67)的混合溶液进行纺丝,制备复合纳米纤维膜。对此纤维膜进行高温碳化与氧化处理,从而获得钴氧化物/碳复合材料,并对其形貌结构与电化学性能进行表征。结果表明:钴氧化物能明显提高碳材料的电化学性能。当ZIF-67的负载量为20%时,获得的钴氧化物/碳复合材料电化学性能最优,其在1 A/g的电流密度下比电容可达187 F/g,约是无负载钴氧化物的碳材料的4倍。

关键词：钴氧化物碳复合材料静电纺丝纳米纤维膜超级电容器

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钴氧化物电子结构对电催化氮还原性能影响的研究

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钴氧化物电子结构对电催化氮还原性能影响的研究

作者：熊媛媛北京化工大学

学位级别：硕士

氨(NH)作为一种潜在的能量载体和液体燃料,在能源应用方面受到广泛关注。目前,工业规模上的氨合成工艺主要依赖于高温高压条件下的哈伯-波施(Haber-Bosch)工艺,然而该过程十分消耗能量,且会释放大量的二氧化碳气体。因此,为了缓解能源危... 详细信息

氨(NH)作为一种潜在的能量载体和液体燃料,在能源应用方面受到广泛关注。目前,工业规模上的氨合成工艺主要依赖于高温高压条件下的哈伯-波施(Haber-Bosch)工艺,然而该过程十分消耗能量,且会释放大量的二氧化碳气体。因此,为了缓解能源危机,探索更加高效,清洁的氨合成工艺成为科学研究的热点。最近,电催化氮还原(ENRR)技术由于工艺过程环保,操作简单而受到科学家们的广泛关注。不幸的是,该技术受到超稳定N≡N三键裂解缓慢和竞争性析氢反应的限制。为了加速催化活性并提高法拉第效率(FE),人们一直致力于开发能够降低N≡N键高活性能垒的高活性催化剂。本文以过渡金属钴氧化物为研究对象,从催化剂的d电子构型差异和d电子结构的调控等方面着手,为深入理解过渡金属氧化物(TMO)与ENRR过程的构效关系提供了新的思路,并为设计和制备新型催化剂提供了一定的见解。具体工作如下:(1)水热法合成纳米颗粒Co O,以标准CoO为对照催化剂,研究d电子的轨道占据对于过渡金属氧化物的ENRR性能的影响。我们发现Co O催化剂在最优电压下产氨率高达33.46μg hmg,FE为5.1%,明显高于CoO催化剂。此外,使用理论计算和原位技术发现Co的e轨道中未配对电子对促进N在Co O上的活化起着至关重要的作用,Co位点e轨道中的未配对电子可以极大促进Co O到N的π反馈过程,降低了N活化的氢化能垒,从而对N表现出优异的催化性能。(2)基于(1)的研究,我们制备了P掺杂的Co O催化剂,对钴活性中心的d电子结构进行调控来提高材料的催化活性。对比材料的氨产率,我们发现P-Co O催化剂的氨产率达到了49.46μg hmg,法拉第效率为9.6%,明显高于掺杂前的单一Co O的ENRR活性。此外,本文采用了一系列实验和理论计算充分证明,在Co O中掺杂P元素能有效调控Co的d电子结构,从而稳定Co的价态,极大的提高了N活化过程。综上所述,本论文通过对比不同构型钴氧化物的ENRR性能,深入了解了d电子构型与ENRR之间的构效关系,并通过元素掺杂对活性中心的电子结构进行调控以提高电催化活性和稳定性。这些研究为深入理解ENRR的反应机制以及为催化剂的合理设计提供了思路。

关键词：电催化氮还原钴氧化物 d电子构型 π反馈过程氨合成

GAC负载钴氧化物活化过一硫酸盐高效降解甲基橙

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中国给水排水 2022年第8期38卷 73-81页

作者：宋双闫博引王松雪李金成崔福义青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266520 重庆大学环境与生态学院重庆400045

针对废水处理中金属氧化物粉末催化剂难以有效分离回收及稳定性较差的问题,采用颗粒活性炭(GAC)为载体,通过浸渍-煅烧的方法将钴氧化物负载到颗粒活性炭(Co@GAC),实现过一硫酸盐(PMS)的高效活化。通过扫描电镜(SEM)等手段表征了不同煅... 详细信息

针对废水处理中金属氧化物粉末催化剂难以有效分离回收及稳定性较差的问题,采用颗粒活性炭(GAC)为载体,通过浸渍-煅烧的方法将钴氧化物负载到颗粒活性炭(Co@GAC),实现过一硫酸盐(PMS)的高效活化。通过扫描电镜(SEM)等手段表征了不同煅烧温度下制备的Co@GAC的形貌和结构,并以甲基橙为目标污染物,考察了不同煅烧温度对Co@GAC催化性能的影响。还考察了初始pH、甲基橙浓度、PMS含量、Co@GAC投加量等因素对甲基橙降解效果的影响。结果表明,在煅烧温度为500℃条件下得到的Co@GAC,在初始pH为7.0、甲基橙浓度为20 mg/L、PMS浓度为0.1 mmol/L、Co@GAC投加量为1 g/L时,反应25 min后对甲基橙的降解率达到97.1%。自由基淬灭实验结果表明,Co@GAC/PMS体系中产生的硫酸根自由基(SO;)在降解甲基橙的过程中起主要作用,而羟基自由基(·OH)的贡献相对较小。另外,重复实验结果表明,Co@GAC的催化性能稳定性较好,能够实现多次重复使用,在水处理领域具有较大的应用潜力。

关键词：颗粒活性炭钴氧化物过一硫酸盐甲基橙

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非金属掺杂钴氧化物催化剂活化过一硫酸盐去除抗生素及机理研究

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非金属掺杂钴氧化物催化剂活化过一硫酸盐去除抗生素及机理研究

作者：廖伟东西南大学

学位级别：硕士

抗生素的发现在农业发展和人类疾病防治等方面发挥了重要作用,但不合理使用甚至滥用导致其在环境中的累积日益增加,由此造成的生态环境影响已经不容忽视。由于抗生素的抗菌活性,典型的城市污水处理工艺对其去除作用非常有限。因此,研究... 详细信息

抗生素的发现在农业发展和人类疾病防治等方面发挥了重要作用,但不合理使用甚至滥用导致其在环境中的累积日益增加,由此造成的生态环境影响已经不容忽视。由于抗生素的抗菌活性,典型的城市污水处理工艺对其去除作用非常有限。因此,研究高效降解水体中抗生素的方法具有重要价值。近年来,基于过硫酸盐,尤其是过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术(SR-AOPs)在抗生素去除方面表现出巨大的应用潜力,主要原因是其具有强氧化能力和宽p H适用范围等优势。基于PMS的高级氧化技术研究中的关键是PMS的活化,在各种活化PMS的方法中,基于过渡金属催化剂的活化方法受到广泛关注,尤其是钴基催化剂。然而,单一的钴氧化物(如四氧化三钴)反应活性位点偏少、电子传递效率偏低,而且不同价态钴离子之间氧化还原循环受限,这些因素限制了钴氧化物活化PMS的效率,导致其催化活性不尽人意。非金属元素掺杂能有效调节钴氧化物的电子结构,提高催化性能,但目前的研究工作主要聚焦在硫掺杂和磷掺杂,其它非金属掺杂钴氧化物的研究较少。为深入研究非金属掺杂对钴氧化物催化剂活化过硫酸盐的作用,本文分别将硼和硒两种元素分别掺杂到钴氧化物中,制备了B-CoO和CoO-Se-C催化剂,分别将其用于活化PMS,据此建立了去除培氟沙星(PEF)的高级氧化体系,研究了两种材料的催化性能、催化机理和反应条件影响等。主要内容和结果如下:(1)MOF衍生的硼掺杂CoO催化剂活化PMS降解培氟沙星采用BO/BO溶液刻蚀t ZIF-67形成B-t ZIF-67前体,然后在空气中高温煅烧,成功制备了具有菱形十二面体的B-CoO,将其用于活化PMS降解培氟沙星(PEF)。结果表明,最适条件下,B-CoO能在30 min内催化活化PMS去除91.3%的PEF,反应动力学常数为0.085 min,而没有掺硼的CoO仅能去除5.7%的PEF,反应动力学常数为0.003 min,远低于掺硼后的效果。研究了催化剂用量、PMS浓度、反应温度、初始p H以及共存阴离子对B-CoO/PMS降解PEF的影响。结果表明,B-CoO在3.0-10.0的p H范围内均表现出良好的PMS活化能力。此外,B-CoO/PMS体系也可以快速降解左氧氟沙星、环丙沙星、加替沙星和罗丹明B等抗生素和染料,具有良好的普适性。根据X射线光电子能谱(XPS)分析结果,讨论了硼掺杂的作用;结果表明,掺硼后显著提升了CoO中Co含量和化学吸附氧含量。电化学实验表明,B-CoO具有更低的电荷转移阻力,有利于电子传递。探究了B-CoO活化PMS降解PEF的反应机理,结果表明,Co/Co的氧化还原循环是PMS活化的主要原因,化学吸附氧的存在有利于PMS吸附在材料表面上。自由基清除实验和EPR分析表明,SO、OH、O和O是体系中的主要活性氧物种。通过对降解中间产物的分析,提出了B-CoO活化PMS降解PEF的可能路径。(2)碳负载的硒掺杂钴氧化物活化PMS降解培氟沙星利用单宁酸与钴离子之间的螯合作用,以二氧化硒(Se O)为硒源,制备了Co-Se-TA前体,将其在1000℃氮气氛围下热解制备了碳负载的硒掺钴氧化物,即CoO-Se-C。采用各种表征对CoO-Se-C进行了理化分析,结果表明,与未掺硒的CoO-C相比,CoO-Se-C具有更高的比表面积、更大的孔容和孔径,Se的掺入促进了CoO的形成。催化降解实验结果表明,CoO-Se-C/PMS体系能够在30min内去除96.2%的培氟沙星(PEF),反应动力学常数为0.250 min,是CoO-C的3倍,表明Se的掺入加速了反应的进行。研究了催化剂用量、PMS浓度、反应温度、初始p H以及共存阴离子对CoO-Se-C/PMS降解PEF的影响。结果显示CoO-Se-C在p H为3.0-11.0的范围内表现出优异的PMS活化能力。此外,CoO-Se-C/PMS体系对其他抗生素和染料(左氧氟沙星、环丙沙星、盐酸四环素和罗丹明B)的去除率均可达90.0%以上,具有良好的普适性。CoO-Se-C循环使用4次后,CoO-Se-C/PMS体系仍能去除77.1%的PEF,表明材料具有良好的循环稳定性。探究了CoO-Se-C活化PMS降解PEF的反应机理,结果表明,Co/Co的氧化还原循环是PMS活化的主要原因,Se-Se的存在促进了Co的还原。自由基清除实验和EPR分析表明,以O为主的非自由基途径和以SO为主的自由基途径是氧化降解PEF的主要机制。根据LC-MS分析结果,提出了CoO-Se-C活化PMS降解PEF的可能路径。

关键词：高级氧化技术过一硫酸盐非金属掺杂钴氧化物抗生素

Au单晶表面钴氧化物纳米岛的制备及其界面电化学研究

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Au单晶表面钴氧化物纳米岛的制备及其界面电化学研究

作者：朱巧梅湖南大学

学位级别：硕士

电解水制氢是实现绿色循环经济的关键过程,而析氧反应（OER）的缓慢动力学限制了绿色氢能的大规模应用。使用电催化剂可显著降低该反应动力学的活化能。贵金属基催化剂的昂贵性和稀缺性致使人们着力于开发储量丰富的廉价替代材料,非贵... 详细信息

电解水制氢是实现绿色循环经济的关键过程,而析氧反应（OER）的缓慢动力学限制了绿色氢能的大规模应用。使用电催化剂可显著降低该反应动力学的活化能。贵金属基催化剂的昂贵性和稀缺性致使人们着力于开发储量丰富的廉价替代材料,非贵过渡金属氧化物已发现是潜在的候选材料,其中钴氧化物因其在碱性溶液中表现出较高的OER性能而具有较大应用前景,且基底对钴氧化物的OER活性增强效应也引起了研究人员的持续关注。然而,钴氧化物的OER活性位点和活性相的确切性质尚未完全清楚,原因在于多数钴氧化物纳米材料的结构和组分比较复杂,对其活性位点的分析愈加复杂。此外,大多数研究都是采用光谱技术或者非原位成像技术,导致OER过程中活性相的原位转变信息缺失,较难构建出有效的构效关系。因此,构筑一个具有均匀和明确表面结构的氧化钴模型催化剂并将其在电化学环境中进行原位研究,对深入揭示它们的工作原理是至关重要的。本论文在结构明确的Au（111）基底上构筑了单层CoO/Au（111）作为OER模型电催化剂,并利用电化学扫描隧道显微镜（EC-STM）实时监测该模型催化剂在OER过程中的动态结构转变,探究Au（111）基底对氧化钴的活性增强效应。进一步地,研究离子液体中不同阳离子对Co电沉积行为和沉积物形貌的影响,并且在离子液体中构筑了不同形貌的二维CoO/Au（111）,以研究形貌对OER活性的影响。本论文主要工作内容如下:（1）利用电沉积方法在Au（111）表面制备单层CoO/Au（111）模型催化剂并研究其在OER过程中的实时形态变化。原位EC-STM结果表明,在OER过程中CoO纳米岛的高度增加明显,且伴随着显著的表面结构重组。CoO纳米岛表面呈现“光滑平面→多孔松散的纳米颗粒→紧密平面”的动态转变过程,对应的Co价态变化为“Co（Ⅱ）→Co（Ⅲ）→Co（Ⅳ）”,Co（Ⅲ）物种主要为羟基氧化钴（CoOOH）。在Co（Ⅲ）→Co（Ⅳ）的转变过程中发现Au（111）的表面形貌亦发生了明显的改变,说明Au基底可能促进了钴氧化物活性相/物种的转变,以提高其OER活性。（2）利用石墨烯覆盖Au（111）表面以屏蔽基底的影响,继而研究单层钴氧化物的本征OER活性及基底对钴氧化物活性的影响。电化学测试结合原位EC-STM结果表明CoO/graphene/Au（111）的OER活性远低于CoO/Au（111）,说明Au（111）与钴氧化物之间存在协同作用且极大地提高了后者的OER活性。（3）探究不同阳离子的离子液体中,Co在Au（111）表面的电沉积行为。EC-STM结果表明,由于有机阳离子与Au（111）表面相互作用力差异,使得Co在Au（111）表面的电沉积行为和沉积物形貌存在很大差异。在[BMP][TFSA]离子液体中,Co可欠电位沉积出1～2层Co单原子层,而过电位沉积出微小均匀的纳米颗粒;在[BMI][TFSA]离子液体中,Co仅发生过电位沉积,但沉积的纳米团簇尺寸远远小于在[BMP][TFSA]离子液体中沉积的纳米颗粒,这是由于[BMI]阳离子与Au（111）表面的强相互作用力导致的。将[BMP][TFSA]离子液体中获得的膜状CoO/Au（111）和纳米颗粒状CoO/Au（111）与水溶液中获得的层状CoO/Au（111）的结构变化及OER活性进行比较,结果发现纳米颗粒状CoO/Au（111）的OER活性与层状CoO/Au（111）相当,而膜状CoO的稳定性要大于层状CoO,这可能是水溶液中层状CoO的沉积反应与析氢反应竞争,影响了它们之间的结合力。

关键词：钴氧化物析氧反应模型电催化剂电化学扫描隧道显微镜离子液体

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单一钴氧化物催化燃烧VOCs研究进展

辽宁化工 2023年第3期52卷 409-411,419页

作者：高竹茵佟竹君宇冠霖孙德毅沈阳化工大学辽宁沈阳110142

随着我国城市化和工业化的进程加速,大量挥发性有机物(VOCs)被排放到大气中,对环境及人类安全造成了巨大威胁。催化氧化法是目前最具推广价值的VOCs处理技术之一,其核心是具有高活性催化剂的开发。钴氧化物催化剂因其性能优异、稳定性... 详细信息

随着我国城市化和工业化的进程加速,大量挥发性有机物(VOCs)被排放到大气中,对环境及人类安全造成了巨大威胁。催化氧化法是目前最具推广价值的VOCs处理技术之一,其核心是具有高活性催化剂的开发。钴氧化物催化剂因其性能优异、稳定性强备受关注。简述了单一钴氧化物催化剂的设计进展,总结了钴氧化物催化剂对VOCs的催化氧化机理,并对未来的钴氧化物催化剂设计进行了展望。

关键词：钴氧化物催化燃烧挥发性有机物(VOCs)

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硅基高分散钴氧化物活化亚硫酸盐降解有机污染物的效能

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土木与环境工程学报（中英文） 2020年第2期42卷 188-194页

作者：郑怀礼肖伟龙黄文璇丁魏李关侠胡超重庆大学环境与生态学院重庆400045 重庆大学重庆市水处理混凝剂工程技术研究中心重庆400045 深圳准诺检测有限公司广东深圳518117

近年来,基于硫酸根自由基(SO4·^-)的高级氧化技术(SR-AOPs)迅速发展,高效稳定地产生SO4·^-自由基的催化剂及相关机制成为新的研究重点。采用氨水改性吸附焙烧法制备非均相硅基高分散钴氧化物(CoNSi)催化剂,用于活化工业副产物亚硫酸盐... 详细信息

近年来,基于硫酸根自由基(SO4·^-)的高级氧化技术(SR-AOPs)迅速发展,高效稳定地产生SO4·^-自由基的催化剂及相关机制成为新的研究重点。采用氨水改性吸附焙烧法制备非均相硅基高分散钴氧化物(CoNSi)催化剂,用于活化工业副产物亚硫酸盐(S(IV)),进而以废治污降解污染物。分别研究了不同pH值、不同CoNSi和亚硫酸钠(Na2SO3)投加量、不同橙黄Ⅱ(AO7)浓度以及氧气对底物降解效能的影响,分析了亚硫酸盐浓度和AO7浓度对AO7降解反应初始速率的影响。结果表明:当反应pH值为9.0,CoNSi和Na2SO3投加量分别为0.25g/L和1.0mM,AO7浓度为7mg/L,氧气存在的条件下,AO7的降解率可达到79.4%。此外,序批实验证明了CoNSi活化亚硫酸盐的稳定性,自由基抑制实验证明了SO4·-自由基是降解AO7的主要活性物种。

关键词：硫氧根自由基钴氧化物亚硫酸盐橙黄Ⅱ 高级氧化技术

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钴氧化物催化苄位碳氢键分子氧液相选择性氧化制芳香醛

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钴氧化物催化苄位碳氢键分子氧液相选择性氧化制芳香醛

作者：鲍琰扬州大学

学位级别：硕士

芳香醛是重要的化工中间体,在医药、农药、香料、食品等领域应用广泛。传统生产芳香醛的氯代水解法工艺对环境污染严重,产品含氯无法用于医药和食品领域。因此,研究污染小、产品不含氯的分子氧直接氧化苄位碳氢键制芳香醛反应,具有重要... 详细信息

芳香醛是重要的化工中间体,在医药、农药、香料、食品等领域应用广泛。传统生产芳香醛的氯代水解法工艺对环境污染严重,产品含氯无法用于医药和食品领域。因此,研究污染小、产品不含氯的分子氧直接氧化苄位碳氢键制芳香醛反应,具有重要意义。论文采用浸渍法制备氧化钴催化剂,并对催化剂的结构、形貌、化学态等性质进行表征,将其用于苄位碳氢键分子氧液相选择性氧化反应,测试其催化活性,研究催化剂的构效关系,讨论苄位碳氢键选择性氧化的机理。研究内容如下:1.间苯氧基甲苯分子氧液相催化氧化制间苯氧基苯甲醛以自制的二氧化硅纳米球为载体,采用过量浸渍法制备了 CoOx/SNS催化剂,考察了不同的Co前驱体、过量浸渍次数对催化剂的组成、结构、形貌、化学态等性质的影响,通过间苯氧基甲苯分子氧液相选择性氧化制间苯氧基苯甲醛测试其催化性能,并探究其理化性质和催化性能之间的关系。醋酸钴为前驱体制备的CoOx/SNS催化剂在研究条件下表现出最好的间苯氧基甲苯氧化活性和较高的间苯氧基苯甲醛选择性。过量浸渍次数增加,催化剂中的钴含量增加,氧化钴的颗粒尺寸增大和分散性下降。其中过量浸渍两次的催化剂钴含量适中,氧化钴颗粒分布均匀,颗粒尺寸较小,催化活性最佳。在优化的反应条件下,间苯氧基甲苯转化率为14.2%,间苯氧基苯甲醛选择性为46.5%,间苯氧基苯甲醛收率为6.6%。2.甲苯室温分子氧液相催化氧化制备苯甲醛采用等量浸渍法制备了负载型过渡金属氧化物,考察了活性组分、载体、担载量和溶剂对甲苯分子氧液相选择性氧化反应的影响。通过对催化剂的组成、结构、形貌、化学态等进行表征和其甲苯分子氧液相选择性氧化性能的测试,探究催化剂的理化性质、催化性能和构效关系。研究发现,Co、Mn、Ce不同活性组分的催化剂中,Co催化剂具有最高的甲苯选择性氧化性能。与活性炭(AC)和A1203负载的CoOx催化剂相比,Co在SiO2载体上的分散最好,颗粒尺寸最小,催化活性最佳。2mmol/g担载量CoOx/SiO2催化剂在最优的条件下反应,甲苯转化率为91.2%,苯甲醛选择性为68.8%,苯甲醇的选择性为8.4%,苯甲酸的选择性为20.5%。氟化醇作为溶剂能够抑制苯甲醛的过度氧化生成苯甲酸。3.不同化学态的氧化钴催化甲苯选择性氧化制苯甲醛分别在空气或者氮气气氛下焙烧制备了体相和CoOx/SiO2催化剂,对其理化性质和甲苯选择性氧化性能进行了研究。以醋酸钴为前驱体,空气和氮气气氛下焙烧制得的体相催化剂是分别是Co304和CoO+Co304的混合物,后者具有更高的甲苯选择性氧化活性。以硝酸钴为前驱体制备的负载型催化剂,在空气和氮气气氛下焙烧都得到Co3O4物相,甲苯转化率均低于6%。以醋酸钴为前驱体制备的负载型CoOx催化剂比用硝酸钴为前驱体制得的催化剂具有高得多的甲苯选择性氧化活性。其中,氮气气氛下焙烧得到的催化剂相比于空气气氛下制得的,氧化钴颗粒尺寸更小、分散更好,且含有更多的CoO物种,表现出更高的催化活性。在氮气气氛下以醋酸钴为前驱体制得的6 mmol/g的CoOx/SiO2催化甲苯氧化反应得到的苯甲醛收率最高,在实验条件下,甲苯转化率为97.5%,苯甲醛选择性为62.3%。这表明CoO物种有利于促进甲苯的转化和苯甲醛的选择性生成。总之,论文制备的钴氧化物催化剂对含苄位碳氢键的间苯氧基甲苯和甲苯的分子氧液相选择性氧化制芳香醛具有催化活性。在间苯氧基甲苯选择性氧化反应中,以醋酸钴为前驱体时,氧化钴有较小的晶粒尺寸和较高的分散程度,具有更高的催化活性。氧化钴的含量和分散程度共同制约着催化剂的间苯氧基甲苯选择性氧化性能。在甲苯选择性氧化反应中,醋酸钴为前驱体、二氧化硅为载体制得的CoOx/SiO2催化剂的甲苯选择性制苯甲醛性能最佳。FA作溶剂可以抑制苯甲醛醛过度氧化成苯甲酸。在氮气气氛下焙烧有利于提高催化剂中氧化钴的分散程度,同时导致更多的一氧化钴物种生成和甲苯转化率的提高,表明了催化剂中Co2+含量的提高可以促进甲苯选择性氧化生成苯甲醛。

关键词：苄位碳氢键芳香醛选择性催化氧化钴氧化物分子氧

钴氧化物复合微纳米结构材料的构筑及锂离子电池组装

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钴氧化物复合微纳米结构材料的构筑及锂离子电池组装

作者：王鹤长春理工大学

学位级别：硕士

锂离子电池因其自放电率低、能量密度高、重量轻等特点,已经广泛应用于人类生活的多种设备中。然而,商业化石墨负极材料的理论容量低,在一定程度上阻碍了锂离子电池的进一步发展。钴氧化物具有能量密度高、环境友好、成本低等优点,是一... 详细信息

锂离子电池因其自放电率低、能量密度高、重量轻等特点,已经广泛应用于人类生活的多种设备中。然而,商业化石墨负极材料的理论容量低,在一定程度上阻碍了锂离子电池的进一步发展。钴氧化物具有能量密度高、环境友好、成本低等优点,是一类替代石墨的理想负极材料。然而,钴氧化物在充放电过程中体积变化较大且导电性较差,限制了其商业化的开发应用。已有研究表明,通过合理控制材料形貌以及构筑复合材料,能够有效地改善上述缺陷。金属-有机骨架化合物(MOFs)具有较大的比表面积、可控的孔径结构和组成等特点,被视为制备金属氧化物及其复合材料的理想模板。基于此,本论文中采用MOFs为模板,经过后续合理地热处理,构筑了以下四种钴基氧化物材料,并对其结构和电化学性能进行了探究。采用静电纺丝技术和原位生长法相结合,制备了PAN/ZIF-67复合纳米纤维,经过后续多步的热处理得到了分级多孔CNFs/CoO复合纳米纤维。将该复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.2 A g和2 A g的电流密度下,充放电循环500次后,仍具有1352 mAh g和661 mAh g的放电比容量,并表现出优异的循环稳定性。采用水热法和原位生长法相结合,以铜箔为基底生长Co(OH)CO@ZIF-67前驱体,随后经过热处理得到了以铜箔为基底生长多孔CoO整体电极。将该整体电极直接用于锂离子电池负极材料时,在0.1 A g的电流密度下,充放电循环100次后,仍具有2327 mAh g的高放电比容量,并表现出良好的倍率性能。采用水热法和原位生长法相结合,以泡沫铜基底生长Co(OH)CO/ZIF-67前驱体。经过热处理后,得到以泡沫铜为基底生长多孔铃兰花状CoO/CuO复合物的整体电极。该整体电极直接用于锂离子电池负极材料时,在0.1 A g的电流密度下,充放电循环100次后,具有1057 mAh g的放电比容量,并表现出良好的循环稳定性。采用静电纺丝技术和原位生长法相结合,制备了PAN/Zn-Co-ZIFs复合纳米纤维,经过后续多步的热处理得到了CNFs/ZnCoO复合纳米纤维。将该复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.1 A g的电流密度下,充放电循环500次后,仍具有641 mAh g的放电比容量。而且在1 A g的电流密度下,仍具有385 mAh g的放电比容量,表现出较好的倍率性能。

关键词：锂离子电池钴氧化物分级多孔复合纤维整体电极负极材料电化学性能