泡沫镍/金属氧化物复合电极的制备及其电化学性能的研究

摘要

电池相对于超级电容器而言具有较低的功率密度导致使用寿命低，从而产生大量含有多种重金属的废旧电池，对环境危害极大。电极作为超级电容器和电化学检测重金属离子的核心部件，不同的电极材料对电化学性能的驱动力不尽相同。本文研究了三维结构材料泡沫镍作为载体和集流体，通过水热合成法在泡沫镍基底上合成二元金属氧化物，构造自支撑复合电极。一方面，可以有效地解决电池低功率密度的问题，另一方面也可应用于重金属离子检测。
　　本研究主要内容包括：⑴三维泡沫镍表面水热合成钴锰氧化物，构造自支撑复合电极，并对复合材料的微观形貌和结构特征进行表征。在三电极体系中，研究复合电极交流阻抗及循环伏安特性，测试其恒流充放电性能和循环稳定性(1000次)，计算得出1 A/g电流密度下的比容量为803.7 F/g，表现出优异的超级电容器性能；研究了该复合电极对Hg2+和Pb2+的电化学响应：在HAc-NaAc缓冲溶液中，pH值为4，当重金属离子浓度为0.5~4μM时，方波溶出伏安法测得的检测限分别是3.60×10-4μM和3.76×10-4μM，并研究分析样品的加标回收率。⑵将钴酸镍负载在泡沫镍表面，构造自支撑复合电极并分析表面微观形貌和结构。分别研究了复合电极的充放电性能、交流阻抗、循环稳定性和电容保持率，并得出1A/g下的比容量为566 F/g，结果说明自支撑复合电极具有优良的电化学性能；通过方波溶出伏安法研究分析自支撑复合电极对 Cd2+、Pb2+、Cu2+、Hg2+的电化学响应。在 pH=7的PBS缓冲溶液中，浓度范围为3.25~4.5μM时，Cd2+、Pb2+、Cu2+和Hg2+的检测限分别是1.40×10-4、1.46×10-4、2.40×10-4和1.56×10-4μM；浓度范围为0.625~2.625μM时，检测限分别为6.16×10-4、4.30×10-4、2.94×10-4和1.50×10-4μM；在浓度范围为0.025~0.25μM时，检测限是0.36×10-4、0.30×10-4、0.49×10-4和0.48×10-4μM，并研究分析样品的回收率。本研究实现了多种重金属离子的实时、在线检测，并提供了一种快速、高效的重金属离子检测方法。

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1绪论

1.1引言

1.2电极材料

1.3超级电容器

1.4重金属离子的电化学检测

1.5本论文的研究意义、内容和创新性

2研究原理分析

2.1合成过程

2.2 超级电容器的原理

2.3 电化学检测重金属机理

3泡沫镍/钴锰氧化物的制备及其应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

4泡沫镍/钴酸镍的制备及其应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

5结论

参考文献

攻读硕士期间所取得的研究成果

致谢