水滑石结构记忆效应及其结构塌陷动力学行为研究

摘要

本文采用水热法分别以强碱和尿素为沉淀剂合成了碳酸根插层的镍铝和钴铝水滑石，通过在一定条件下的焙烧处理制备了相应的复合金属氧化物，并进行了水滑石焙烧复原实验。借助XRD，FT-IR，TG-DSC，SEM，TEM等手段对所得样品的组成和结构进行了表征。研究了沉淀剂、反应温度等参数对所制备的水滑石结晶度和层状结构完整性的影响。XRD研究表明水热法合成的样品均具有水滑石的典型的层状结构，以尿素为沉淀剂所合成的水滑石结晶度和层状结构完整性好于以强碱为沉淀剂所制备的水滑石。水滑石的焙烧复原实验结果表明，两种沉淀剂所合成的样品都能完全复原，表明本实验所制备的水滑石具有良好的结构记忆效应。与复原前的样品相比，衍射峰强度略有降低。另外，尿素为沉淀剂的复原样品特征峰峰形较尖锐，表明与强碱作沉淀剂相比，尿素作沉淀剂结构重构后所得样品结晶度好，层状结构更完整。
　　 为了研究水滑石材料的电化学性能，本文采用循环伏安、交流阻抗测试手段考察了水滑石修饰电极在NaOH电解液中的电化学行为。研究表明，以尿素为沉淀剂所制备的Ni/Al水滑石结构记忆后的电化学活性最高，Co/Al水滑石修饰电极在NaOH溶液中也表现出好的导电性能。水滑石修饰电极在NaOH溶液中的反应是半无限扩散控制的电极反应，电极反应受OH-离子的扩散控制。实验结果表明，对于镍铝水滑石，其结构记忆效应明显影响其电化学性能。
　　 本论文采用Friedman和Ozawa-Flynn-Wall两种动力学分析方法，较为全面的对合成的镍铝水滑石、重构镍铝水滑石进行动力学模拟，得到了较好的模拟效果，并提出了较为合理的镍铝水滑石的结构塌陷机理及重构机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2水滑石概述

1.2.1水滑石的结构

1.2.2水滑石的性质

1.2.3水滑石的制备

1.2.4水滑石的应用

1.3水滑石修饰电极概述

1.3.1化学修饰电极概述

1.3.2水滑石修饰电极概述

1.4本课题的研究内容及意义

1.4.1主要工作

1.4.2研究现状及意义

第2章实验方案及表征方法

2.1实验试剂及实验仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2实验方案

2.3样品性能表征方法

2.3.1 X射线衍射(XRD)

2.3.2热重-差示扫描量热(TG-DSC)

2.3.3傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

2.3.4透射电子显微镜(TEM)

2.3.5扫描电子显微镜(SEM)

2.3.6电化学性能测量

第3章镍铝水滑石结构记忆效应及其电化学行为研究

3.1碳酸型镍铝水滑石的合成及性能研究

3.1.1镍铝水滑石的合成

3.1.2结果与讨论

3.2碳酸型镍铝水滑石的焙烧复原实验

3.2.2镍铝水滑石的结构复原实验

3.2.3结果与讨论

3.3镍铝类水滑石修饰电极的制备与电化学行为研究

3.3.1水滑石修饰电极的制备及三电极体系构成

3.3.2水滑石修饰电极的电化学性能测试

3.4本章小结

第4章钴铝水滑石结构记忆效应及其电化学行为研究

4.1钴铝水滑石的合成及其表征

4.1.1钴铝水滑石的合成

4.1.2结果与讨论

4.2钴铝水滑石结构复原实验

4.2.1钴铝水滑石复合氧化物的制备

4.2.2钴铝复合氧化物的结构复原实验

4.2.3结果与讨论

4.3钴铝水滑石修饰电极的制备与电化学行为研究

4.3.1水滑石修饰电极的制备

4.3.2水滑石修饰电极的电化学性能测试

4.4本章小结

第5章水滑石结构塌陷动力学行为研究

5.1非线性动力学模拟软件分析方法

5.2水滑石的非线性动力学行为模拟

5.3镍铝水滑石第一阶段的模拟

5.3.1分割曲线

5.3.2分析方法

5.3.3模拟结果与讨论

5.4镍铝水滑石第二阶段的模拟

5.4.1分割曲线

5.4.2分析方法

5.4.3模拟结果与讨论

5.5镍铝水滑石第三阶段的模拟

5.5.1分割曲线

5.5.2分析方法

5.5.3模拟结果与讨论

5.6重构镍铝水滑石非线性动力学模拟

5.7重构镍铝水滑石第一阶段模拟

5.7.1分割曲线

5.7.2分析方法

5.7.3模拟结果与讨论

5.8重构镍铝水滑石第二阶段模拟

5.8.1分割曲线与分析方法

5.8.2模拟结果与讨论

5.9重构镍铝水滑石第三阶段模拟

5.9.1分割曲线与分析方法

5.9.2模拟结果与讨论

5.10本章小结

结论

参考文献

致谢