单层/多层空心纳米材料的制备及性能研究

摘要

空心纳米材料具有比表面积大，密度小，含有内部空腔等优点，因此在催化、超级电容器和锂离子电池等领域应用广泛。与单层空心纳米材料相比，多层空心纳米材料具有更加独特的内部空间结构，因此具有独特的性能及广阔的应用前景。本文旨在制备单层和多层空心纳米材料，并研究其催化和电化学性能。
　　首先，基于降低催化剂成本，提高催化活性的原则，采用原位热降解还原法制备催化剂Ni/SiO2，该催化剂的载体是双层空心二氧化硅微球，载体比表面积大，结构稳定。金属Ni能较牢固地担载于SiO2表面或者嵌入多孔SiO2内部，分散均匀，不易团聚，催化剂担载量为61.7%，而且催化剂循环性能优异。循环五次后，氨硼烷水解析氢反应转化率仍能在9min内达到94%。将该催化剂在空气中放置两周后，其催化性能无明显下降，表明该催化剂稳定性好。
　　其次，采用硬模板法制备三层空心氧化钴镍微球，并优化钴镍的相对含量。然后将其作为超级电容器的电极材料，测试其电化学性能。结果表明制备的空心材料粒径均一，含有明显的三层结构。Ni-Co1.5-O电极材料表现出优异的电容性能(在3A·g-1电流密度下，比电容高达1884F·g-1)，其比容量在30A·g-1电流密度下仍能保持3A·g-1时的77.7%。组装的双电极非对称超级电容器Ni-Co1.5-O//RGO@Fe3O4在循环10000圈后，其性能仍保持最初容量的79.4%。在功率密度为505W·kg-1时，其能量密度为1541.5Wh·kg-1，而在功率密度为7600W·kg-1时，其能量密度仍高达22.8Wh·kg-1。
　　最后，采用硬模板法制备空心纳米材料void@C-Fe3O4。Fe3O4均匀分散于空心碳层中，无团聚。将void@C-Fe3O4作为锂离子电池的负极材料，表现出优异的电化学性能。在电流密度为500mA·g-1时，其比容量为587mAh·g-1，循环100圈后，其容量依然可达402mAh·g-1，库伦效率为97.3%。制备的材料还兼具优异的倍率性能。电流密度为100、200、500、1000、2000和3000mA·g-1时，其平均比容量分别为583、508、425、322、209和146mAh·g-1。当电流密度再次返回100mA·g-1时，其平均比容量为572mAh·g-1，为最初的98%，损失2%。此外，本文还成功制备出双层空心纳米材料void@C-Fe3O4@void@C-Fe3O4，其性能有待进一步研究。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 空心纳米材料概述

1.2 空心纳米材料制备方法

1.3 空心纳米材料在催化领域的应用

1.4 空心纳米材料在超级电容器领域的应用

1.5 空心纳米材料在锂离子电池领域的应用

1.6 本文选题依据与研究内容

2 双层空心纳米材料Ni/SiO2的制备及催化性能研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 其它类似催化剂

2.4 本章小结

3 空心氧化钴镍的制备及电化学性能研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

4 void@C-Fe3O4的制备及电化学性能研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

结论

创新点与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢