二硫化铌纳米晶体的胶体合成及其电化学储能性能研究

摘要

层状2H-NbS2属于Ⅴ族过渡金属硫属化合物，由于半充满的4dz2轨道而具有金属性电子结构，具有优良的电导率、透明度及柔韧性，可用于透明电极及储能设备。本文通过胶体合成法制备了2H-NbS2纳米片，并研究了2H-NbS2纳米片作为超级电容器负极材料在水系中性电解质溶液中的储能应用。　　本论文的主要研究内容及结论如下：　　（1）采用胶体合成法制备2H-NbS2纳米片，通过动力学的方法调控了NbS2纳米片的形貌，改变反应温度和CS2浓度，有效调节了纳米片的尺寸、厚度及结构。在反应温度为300℃，CS2的量分别为10、30和60mmol时，得到了超薄、分层结构和堆叠结构的NbS2纳米片，其横向尺寸分别为~3μm、700nm和500nm，厚度从10nm、20nm增加至60nm。　　（2）探究了NbS2纳米片的生长机理。随着反应温度的增加，溶液中离子和原子的运动速率加快，NbS2-OLA（油胺）复合物的稳定性降低，NbS2纳米片的横向尺寸和厚度增加。CS2浓度的增加可以使NbS2纳米晶体的临界尺寸减小，促进NbS2纳米片垂直方向的生长，使NbS2纳米片的横向尺寸减小，厚度增加。随CS2浓度的增加，NbS2纳米片出现自组装或聚集现象，可能是由于更多CS2或H2S分子吸附在NbS2纳米片表面，占据了油胺分子的位点，使NbS2纳米片的表面能增加，导致自组装或聚集现象更容易发生。　　（3）研究了不同结构的NbS2纳米片作为超级电容器负极材料的储能性能，以及结构对储能性能的影响。分层结构NbS2纳米片电极在低电流密度（1~7A g?1）下表现出最高的比电容，在1A g?1下的比电容为221.4F g?1，10A g?1下的比电容为117.1F g?1，主要是由于其电荷转移电阻较小。超薄NbS2纳米片电极的倍率性能最高，主要是由于其高的电化学表面积和有效的离子扩散。在循环稳定性测试10000圈后，分层结构NbS2纳米片电极的电容保持率为初始值的78.9%，归因于其形貌与结构的良好保持。NbS2纳米片的分层结构可以有效抑制纳米片间的团聚现象。

目录

1 绪 言

1.1 引言

1.2.1 2D纳米材料概述

1.2.2 2D纳米材料的优势

1.2.3 2D纳米材料的种类、晶体结构及性质

1.3过渡金属硫属化合物的研究现状

1.3.1过渡金属硫属化合物的晶体结构及性质

1.3.2过渡金属硫属化合物的合成方法

1.3.3 过渡金属硫属化合物的应用领域

1.4过渡金属硫属化合物在电化学储能中的应用

1.4.1过渡金属硫属化合物用于电化学储能的优势

1.4.2过渡金属硫属化合物用于电化学储能存在的问题

1.4.3过渡金属硫属化合物用于电化学储能的改性策略

1.5.1 论文的选题依据

1.5.2 论文的研究内容

1.5.3 论文的创新点

2 NbS2纳米晶体的胶体合成及生长机理研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂及仪器设备

2.2.2 样品制备

2.2.3 样品表征方法

2.3.1 NbS2纳米片的形貌调控

2.3.2 NbS2纳米晶体的组成与结构分析

2.3.3 NbS2纳米晶体的生长机理探讨

2.4 本章小结

3 NbS2纳米片的电化学储能性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂及仪器设备

3.2.2 NbS2纳米片电极材料的制备

3.2.3 NbS2电极材料电化学储能性能测试方法

3.3.1 超薄NbS2纳米片的电化学储能测试结果与讨论

3.3.2 分层结构NbS2纳米片的电化学储能测试结果与讨论

3.3.3堆叠结构NbS2纳米片的电化学储能性能测试结果与讨论

3.3.4 NbS2纳米片的结构对电化学储能性能的影响

3.3.5 各种TMDs在超级电容器应用中的电化学性能表现

3.4 本章小结

4 结论与展望

4.1 本文主要结论

4.2 后续工作及展望

参考文献

附 录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B 学位论文数据集

致 谢