Co-Al/Ni-Al二元水滑石及其复合氧化物的电化学性能研究

摘要

本文采用水热法合成了金属原子的物质的量比为3：1的镍铝、钴铝水滑石，并通过一定条件下的热处理制备了相应的复合金属氧化物。采用XRD、FT—IR、TG—DSC及TEM等测试手段对样品的组成和结构进行了表征。XRD研究表明水热法合成的样品均具有水滑石的层状结构，晶形良好，纯度很高。 为了研究水滑石材料的电化学性能，本文采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电测试技术考察了水滑石修饰电极在0.5 mol/L NaOH电解液和K3[Fe(CN)6]电解液中的电化学行为。研究表明，Ni/Al-CO3水滑石和Ni/Al-Cl水滑石修饰电极在NaOH溶液中的具有相似的电化学行为，它们的电化学响应都是由水滑石晶格中的二价金属离子与导电物质间的电荷转移引起的。Co/Al-CO3水滑石电极在0.5 mol/L NaOH溶液中表现为典型的赝电容性能，其单电极比容量达到163.1 F/g。Ni/Al-CO3水滑石在0.5 mol/L K3[Fe(CN)6]溶液的电化学行为表现出电化学电容性能。水滑石修饰电极在NaOH和K3[Fe(CN)6]溶液中的反应是半无限扩散控制的电极反应，分别受OH-和[Fe(CN)6]3-离子的扩散控制。 本文对Ni/Al、Co/Al水滑石复合金属氧化物的电化学性能进行了详细的研究。结果表明，所有氧化物电极在工作范围内(0.15～0.50 V)均具有良好的赝电容特性，法拉第准电容主要来源于电极材料自身可逆的氧化还原反应过程。Ni/Al-Cl水滑石在450℃温度焙烧时的比容量最大，电流密度为50mA/cm2时单电极比容量达到419.0 F/g。该样品在大电流密度下经过400次连续循环后比容量大约只有4.3％的损失，表现出良好的稳定性。Co/Al-CO3水滑石在300 ℃温度焙烧时的比容量最大，为265.5 F/g。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.1.1水滑石的概述

1.1.2水滑石的性质

1.1.3水滑石的合成

1.1.4化学修饰电极概述

1.1.5水滑石修饰电极概述

1.2国内外研究现状

1.3本论文主要工作及意义

1.3.1主要工作

1.3.2研究意义

第2章实验材料、制备方法及表征方法

2.1试剂与仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验设备及仪器

2.2实验方法与过程

2.2.1 Ni/Al-CO3水滑石的合成

2.2.2 Ni/Al-Cl水滑石的合成

2.2.3 Co/Al-CO3水滑石的合成

2.2.4水滑石复合氧化物的合成

2.2.5水滑石及其复合氧化物修饰电极的制备

2.3水滑石性能表征方法

2.3.1 广角X射线衍射

2.3.2热重-差示扫描量热

2.3.3傅立叶变换红外光谱

2.3.4透射电子显微镜

2.3.5氮气吸附-脱附分析

2.3.6循环伏安分析

2.3.7交流阻抗分析

2.3.8恒流充放电分析

2.4本章小结

第3章水滑石及其复合氧化物的结构表征

3.1 Co/Al-Ni/Al水滑石的结构表征

3.1.1 XRD分析

3.1.2 FT-IR分析

3.1.3 TG-DSC分析

3.1.4 TEM分析

3.2 Co/Al-Ni/Al水滑石复合金属氧化物的结构表征

3.2.1 XRD分析

3.2.2 TEM分析

3.2.3 N2吸附脱附分析

3.3本章小结

第4章 水滑石修饰电极的电化学性能

4.1 Ni/Al-CO3水滑石在氢氧化钠溶液中的电化学行为

4.1.1循环伏安分析

4.1.2交流阻抗分析

4.2 Ni/Al-Cl水滑石在氢氧化钠溶液中的电化学行为

4.2.1循环伏安分析

4.2.2交流阻抗分析

4.3 Ni/Al-CO3水滑石在铁氰化钾溶液中的电化学行为

4.3.1循环伏安分析

4.3.2交流阻抗分析

4.4 Co/Al-CO3水滑石在氢氧化钠溶液中的电化学行为

4.4.1循环伏安分析

4.4.2交流阻抗分析

4.4.3恒流充放电分析

4.5本章小结

第5章水滑石复合氧化物的电化学性质

5.1 Ni/Al-Cl水滑石复合氧化物的电化学性能

5.1.1循环伏安分析

5.1.2交流阻抗分析

5.1.3恒流充放电分析

5.2 Ni/Al-CO3水滑石复合氧化物的电化学性能

5.2.1循环伏安分析

5.2.2恒流充放电分析

5.2.3交流阻抗分析

5.3 Co/Al-CO3水滑石复合氧化物的电化学性能

5.3.1循环伏安分析

5.3.2恒流充放电分析

5.3.3交流阻抗分析

5.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致 谢