La0.8Sr0.2MnO3钙钛矿氧化物作为锂空气电池催化剂的设计与改性研究

摘要

氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）是锂空气电池空气电极上最重要的两个反应。催化剂的使用，能够有效提高ORR和OER的动力学过程，从而提高锂空气电池的性能。本论文选用钙钛矿型氧化物 La0.8Sr0.2MnO3（LSM）作为研究对象，探讨其作为空气电极催化剂在锂空气电池中的应用。从材料合成工艺入手，采用碳酸盐为硬模板，通过溶液浸渍法，制备中空球形 LSM，其在碱性电解液中表现出了优异的ORR的催化活性，其极限电流密度与Pt/C的极限电流密度接近。采用CTAB为软模板，利用水热合成，制备了带有大量缺陷结构的微孔LSM纳米棒，并用其作为空气电极催化剂组装了锂空气电池，其一维微孔结构和存在的大量缺陷结构有利于提高锂空气电池的比容量(200 mA g-1电流密度条件下，首次放电容量为6890 mAh g-1)，倍率性能和循环稳定性（在200 mA g-1电流密度，1000 mAh g-1截止容量条件下循环三十次后电压仅仅下降1.1％）。针对LSM对OER本征催化活性较低的问题，采用溶液浸渍法，在LSM纳米棒表面包覆NiCo2O4纳米层薄膜，与微孔LSM纳米棒相比，其在碱性电解液中的OER催化性能显著提高，使用包覆NiCo2O4的LSM纳米棒作为空气电极的催化剂时，能够明显改善锂空气电池的极化问题，倍率性能和循环稳定性。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 锂空气电池的概述

1.3 锂空气电池双功能催化剂材料研究概述

1.4 钙钛矿氧化物催化剂

1.5 选题依据及主要研究内容

第二章 实验试剂和仪器及材料的表征方法

2.1 实验试剂和仪器

2.2 材料表征

2.3 电化学性能测试

第三章 镂空微球La0.8Sr0.2MnO3催化剂的制备及其电化学性能的研究

3.1 引言

3.2 实验

3.3 中空微球La0.8Sr0.2MnO3钙钛矿材料的物理表征

3.4 中空微球La0.8Sr0.2MnO3钙钛矿氧化物的催化性能

3.6 本章小结

第四章 微孔La0.8Sr0.2MnO3纳米棒的制备及在锂空气电池中的应用

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 微孔La0.8Sr0.2MnO3纳米棒的表征

4.5微孔La0.8Sr0.2MnO3纳米棒的电催化性能研究

4.6锂空气电池性能的测试研究

4.7 结论

第五章 OER增强型异质结构NiCo2O4@La0.8Sr0.2MnO3的制备及在锂空气电池中的应用

5.1 引言

5.2 实验

5.3 NiCo2O4@La0.8Sr0.2MnO3纳米棒的表征

5.4 NiCo2O4@La0.8Sr0.2MnO3纳米棒的电催化性能研究

5.5 锂空气电池性能的研究

4.7 结论

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果

致谢