氧化镍空心球及其复合氧化物的制备与电化学性能研究

摘要

在21世纪，能量的储存面临着重要的技术挑战，由于原料的枯竭和环境的污染，对于新的可再生的清洁能源的需求越来越引起人们的重视。超级电容器作为一种能量储存的设备，由于其快速的能量运输、很高的储存能力以及很好的可循环性能而备受人们关注。
　　本文以二氧化碳为软模板剂合成了三种空心球氧化镍空心球、氧化镍/四氧化三钴空心球和氧化镍/氧化镍空心球；以氨气为软模板剂合成了氧化镍空心球、氧化镍/四氧化三钴核壳复合物、氧化镍/氧化锰核壳复合物；采用自组装的方式合成了氧化镍空心球。并对所得样品进行了XRD、TG-DSC、TEM、SEM和N2吸脱附等手段的表征和分析。采用多种电化学测试手段对合成的样品进行了电化学性能的测试。
　　以二氧化碳为软模板剂制备的三种样品：氧化镍空心球、氧化镍/四氧化三钴空心球和氧化镍/氧化镍空心球，各样品的晶体结晶度较好，在合成前后样品的粒径发生了很大的变化，样品的形貌较为完整，很少有碎片散落，具有良好的电化学可逆性，并且在电流密度为5mA·cm-2时，氧化镍空心球、氧化镍/四氧化三钴空心球和氧化镍/氧化镍空心球的比电容分别为269F·g-1、280F·g-1和456F·g-1。其电荷转移电阻分别为1.2Ω、1.5Ω和1Ω，三种样品的溶液总电阻近似相等；经过1000次循环后，所有样品的比电容都有所下降，通过对比发现氧化镍/氧化镍空心球具有很高的循环稳定性和较好的可逆性；
　　以氨气为软模板剂制备的氧化镍空心球，反应时间和温度对氧化镍空心球的合成起到了至关重要的作用，反应时间为24h温度为170℃时，所合成的氧化镍空心球的粒径较为均匀，平均粒径为3-5μm，没有多余的纳米片散落。并且在电流密度为5mA·cm-2时的比电容可达到329F·g-1；其电荷转移电阻为4Ω，溶液总电阻为1.9Ω；经过1000次循环后，其比电容仅仅下降了17％；
　　采用水热法合成的氧化镍/四氧化三钴核壳复合物，样品以空心氧化镍微球为核，四氧化三钴纳米线为壳，核壳复合物的平均粒径为4-7μm，四氧化三钴纳米线长为1-2μm。样品在电流密度为5mA·cm-2时的比电容可达到510F·g-1；其电荷转移电阻为3.3Ω，溶液总电阻为0.6Ω；经过1000次循环后，其比电容仅仅下降了8％；
　　采用水热法合成的氧化镍/氧化锰核壳复合物，氧化锰纳米片均匀的生长在氧化镍纳米片的空隙中，形成了氧化镍/氧化锰核壳复合物。氧化镍空心球粒径均匀，在外表面长有氧化锰纳米片，纳米片的长度为100nm左右。通过能谱分析得知样品是由氧化镍和氧化锰组成，通过对成分组成的测定可以得知Mn的质量百分比为23.58％，Ni的质量百分比为12.27％。在电流密度为5mA·cm-2时的比电容可达到568F·g-1；其电荷转移电阻为0.5Ω，溶液总电阻为0.5Ω；经过1000次循环后，其比电容仅仅下降了9％，表现出了较好的循环稳定性；
　　采用水热法合成的自组装的氧化镍空心球，P123抑制了自组装花状的空心氧化镍微球的生长，并且在空心球的形成过程中P123起到了非常关键的组装作用；样品的孔径分布很均匀，为IV型等温线。在电流密度为5mA·cm-2时的比电容可达到619F·g-1，为没有添加P123的样品的1.8倍；其电荷转移电阻为0.25Ω，溶液总电阻为0.05Ω；经过1000次循环后，其比电容仅仅下降了5％。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2超级电容器概述

1.3纳米材料概述

1.4氧化镍的结构和性质

1.5氧化镍的用途

1.6 本论文的主要工作

第2章 二氧化碳为软模板剂制备氧化镍空心球及其电化学性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 电化学性能分析

2.5 本章小结

第3章 氨气为软模板剂制备氧化镍空心球及其电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 电化学性能分析

3.5 本章小结

第4章 氧化镍/四氧化三钴核壳空心球的制备及电化学性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 电化学性能分析

4.5 本章小结

第5章 氧化镍/氧化锰核壳空心球的制备及其电化学性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 电化学性能分析

5.5 本章小结

第6章 自组装氧化镍空心球的制备及其电化学性能研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 电化学性能分析

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢