钴基化合物纳米结构阵列的制备及其电化学电容性能研究

摘要

近年来，纳米材料由于其独特的性能及应用成为研究学者关注的焦点。而钴基化合物纳米结构阵列具有独特的结构，优秀的电容性能，因而在超级电容器、太阳能电池、锂离子电池等领域有着十分广泛的应用。本论文以钴基化合物为研究对象，利用Co3O4纳米线为牺牲模板水热法制备Co3S4纳米片阵列，在此基础上分别将Co3O4纳米线与Co3S4纳米片阵列直接作为电极，并对其电容性能进行测试。同时采用水热法制备ZnCo2O4纳米线，将其直接作为电极进行电容性能进行测试，并将ZnCo2O4纳米线组装成超级电容器，取得了一些重要结果。主要内容如下：
　　1.采用水热法在泡沫镍上制备Co3O4纳米线阵列。实验表明，我们制备出了高纯度Co3O4纳米线阵列，直径在约80nm区域内，相邻的Co3O4纳米线轻微地弯曲在顶部团簇在一起，呈现出像叶子一样的形貌，而这种结构特征有利于Co3S4纳米片的形成。
　　2.以水热法制备的Co3O4纳米线阵列为模板，采用牺牲模板法制备了多孔单晶的Co3S4纳米片阵列。电化学实验测试表明制备的Co3S4纳米片阵列具有优良的导电性，因而作为电极直接测试的电容性能较高，当电流密度为4mA·cm-2时，面积电容为2.69F·cm-2。当以较大的电流密度24mA·cm-2连续充放电循环3000次后，电容仍保留96.2％。我们的结果表明Co3S4纳米片阵列在未来制备超级电容器电极材料方面存在巨大的前景。
　　3.以水热法在泡沫镍上制备ZnCo2O4纳米线阵列，实验表明，我们制备出了高纯度ZnCo2O4纳米线阵列，长度在约4um区域内。电化学实验测试ZnCo2O4纳米线阵列的电容性能，当电流密度为1mA·cm-2时，面积电容为1.52F·cm-2。当电流密度为10mA·cm-2时，连续充放电循环2000次后，电容仍保留86.2%。并且进一步将ZnCo2O4纳米线电极直接组装成超级电容器，充电后的超级电容器与红色LED灯串联后，能使红色LED灯正常发光，发光几十秒后，灯光逐渐熄灭。实验结果表明ZnCo2O4纳米线阵列在超级电容器电极材料方面有着潜在的应用前景。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器概述

1.3 超级电容器电极材料研究进展——钴基化合物材料

1.4 钴基化合物材料的其它应用

1.5 本文的选题以及主要工作

第2章 Co3S4纳米片阵列的制备与电容性能研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.3 实验表征结果与分析

2.4 Co3O4纳米线与Co3S4纳米片电容性能测试

2.5 小结

第3章 ZnCo2O4纳米线的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 ZnCo2O4纳米线超级电容器的制备

3.5 小结

第4章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文