“三明治”型CuCo2O4/rGO复合材料的设计合成及超电容行为研究

摘要

超级电容器是一种新型的储能装置，因为其比功率高、循环性能好，成为新型化学电源研究中的热点之一。在论文工作中，我们就超级电容器及超级电容器电极材料的种类、应用以及当前研究热点进行了扼要概述；利用不同的合成方法制备了相关的电极材料，特别是用层层组装的方法成功的解决了金属氧化物/还原氧化石墨烯纳米级有序复合结构的构筑问题，同时对制备的材料进行了详细的电化学性能测试；此外，我们也对没有有机阴离子插层的层状双氢氧化物在水中的剥落问题进行了初步探索。主要内容如下：
　　1.以硝酸铜和硝酸钴为原料，聚乙二醇6000为结构导向剂，采用化学共沉淀法制得前躯体铜钴层状双氢氧化物，然后在200℃空气气氛中灼烧4小时得到铜掺杂钴氧化物（CuxCo3-xO4）纳米粒子。用X-射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）对样品的结构和形貌进行了表征；用循环伏安，恒流充放电，交流阻抗等电化学方法对其电化学性能进行了测试。测试结果表明：钴和铜的摩尔比对目标产物的电化学性能有显著地影响，当钴和铜的摩尔比为2.67:0.33时，样品的电化学性能最佳。在电流密度为1A/g时，比电容达到492F/g，并且在3A/g的电流密度下，经过2000次的充放电循环后，其比电容值没有衰减。
　　2.采用自组装及后续热处理的方法合成CuCo2O4纳米颗粒和还原氧化石墨烯二元复合物。氧化石墨和Cu-Co层状双氢氧化物分别在水中和甲酰胺中被剥离成带相反电荷的单分子层纳米片，通过对带有相反电荷的两种纳米片进行静电自组装形成具有规则结构的前躯体。在随后的热处理过程中，前躯体中的氧化石墨烯被化学还原或热分解转化为还原氧化石墨烯，Cu-Co层状双氢氧化物被转化成CuCo2O4纳米颗粒，结果CuCo2O4纳米颗粒和还原氧化石墨烯交替排列形成规则的“三明治”结构。还原氧化石墨烯层上整齐排列的纳米颗粒之间的空间间隙成为有利于反应物质快速扩散的通道。将此复合物材料作为超级电容器电极材料进行电化学性能测试，在电流密度为1A/g时比电容达到291F/g，在电流密度为3A/g时经过1200圈的循环活化后，比电容高达389F/g，循环5600圈其比电容没有衰减。
　　3．采用化学共沉淀的方法以NaOH作为沉淀剂调节溶液pH到9，合成无有机阴离子插层的Cu-Co层状双氢氧化物，在水中将溶液的pH调节到中性，然后以水为溶剂进行超声剥离，形成淡黄色的胶体溶液。利用Zeta电位，XRD，红外光谱（FT-IR），透射电镜（TEM），原子力显微镜（AFM）对胶体溶液中的Cu-Co纳米片进行了物理性质表征。

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第一章 绪论

1.1 超级电容器及其研究背景

1.2 超级电容器的工作原理及分类

1.3 超级电容器的电极材料

1.4 氧化物和氢氧化物纳米片

1.5 论文选题思路及主要研究内容

参考文献

第二章 铜掺杂钴氧化物CuxCo3-xO4的制备及其电化学电容性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 有序 “三明治”结构的钴酸铜/还原氧化石墨烯复合物层层异质组装的合成及在超级电容器中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果和讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 Cu-Co LDHs化合物在水中的剥离研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果和讨论

4.4 本章小结

参考文献

硕士期间参与发表论文

展望

致谢