纳米铁基化合物/碳复合材料的制备及其在光催化和储能领域的应用

摘要

人类文明进步加快，然而在能源危机和水资源短缺的形势下却带来了巨大的挑战。铁基氧化物具有原料来源丰富、无环境污染、安全性好、电化学性能较优等优良性质，被广泛应用于光催化及电化学储能领域。为了解决材料本身导电性差以及充放电过程体积膨胀造成材料的破坏等缺点，本文将铁基氧化物与导电性强的碳材料进行复合改性，得到的复合材料在光催性能及电化学性能方面均有提高。具体内容如下:
　　采用溶剂热法制备了磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料(LiFePO4/5％GO)。制备过程中GO均匀包裹在LiFePO4表面形成了导电网络，一方面抑制了颗粒团聚长大的同时提高了材料的导电性，有利于光生电子迅速转移;另一方面增加了催化剂的比表面积，有利于染料的吸附，从而提高了光催化性能。分别讨论了H2O2添加量、pH值、光照等条件对材料光催化性能的影响。实验结果表明，在可见光照射条件下，调节体系pH=9，加入1mL H2O2的反应体系中，LiFePO4/5％GO复合材料对染料罗丹明B的脱色率为76.83％，优于LiFePO4。证明LiFePO4/5％GO复合材料作为非均相光芬顿催化剂不仅拓宽了染料pH值的适用范围，而且相比于LiFePO4具有更强的可见光响应。
　　以GO为碳源，通过光-芬顿氧化法制备得到超小石墨烯(USG)再通过微波煅烧法合成ZnFe2O4-USG。最后通过氙灯光照在ZnFe2O4-USG表面均匀的负载Ag，得到了Ag/ZnFe2O4-USG复合材料。USG在材料中既能起到隔板作用，限制晶粒的空间生长及团聚，增加了反应的活性位点使得Ag/ZnFe2O4-USG具有较高的比电容;同时USG隔板之间彼此相连形成三维导电碳网结构又能提高材料的导电性，从而提高了材料的倍率性能。Ag的加入进一步提高了材料的导电性，最终形成的Ag/ZnFe2O4-USG电极材料在2mV s-1的扫速下的比电容为730.8F g-1，且在100mV s-1的扫速下比电容仍可保持在367.6F g-1，表现了很好的倍率特性。很好的弥补了铁基氧化物材料倍率性能差的缺点。最后，以Ag/ZnFe2O4-USG复合材料为负极以镍钴铝-层状双氢氧化物(NiCoAl-LDH)做为正极组装成非对称超级电容器，当功率密度为4.5kW kg-1时，能量密度可达22.6Whkg-1，表现出了很好的电化学性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2铁基化合物在光催化领域的应用

1．2．1均相芬顿／光芬顿反应

1．2．2非均相芬顿／光芬顿反应

1．2．3非均相光-芬顿催化剂的分类

1．2．4 LiFePO4在光催化领域的应用

1．3铁基化合物在储能领域的应用

1．3．1铁基氧化物在超级电容器电极材料中的应用

1．3．2 ZnFe2O4负极材料的研究进展

1．4本论文的研究目的与意义

第2章实验方法及原理

2．1实验试剂与原料

2．2主要实验仪器与设备

2．3材料的表征方法

2．3．1材料的微观结构表征

2．3．2光催化测试方法

2．3．3材料的电化学性能测试

2．3．4电化学性能评价参数

2．4本章小结

第3章磷酸铁锂／石墨烯复合材料的制备及其光-芬顿氧化降解罗丹明B的研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．2 LiFePO4／2％GO的制备

3．3．1材料微观结构的研究

3．3．2合成机理分析

3．3．3材料光催化性能的研究

3．3．4体系反应条件对光催化活性的影响

3．3．5非均相光-芬顿氧化机理分析

3．4本章小结

第4章Ag／ZnFe2O4-USG复合材料的制备及其电化学性能的研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．3 ZnFe2O4-USG的制备

4．3结果与讨论

4．3．1材料微观结构的研究

4．3．2合成机理分析

4．3．3材料的电化学性能研究

4．3．4储能机理分析

4．4非对称超级电容器的组装及电化学性能测试

4．5本章小结

结论

参考文献

致谢