碳纳米纤维模板法制备一维过渡金属氧化物及其电化学性能

摘要

随着社会的不断发展和资源的不断消耗，全球能源危机被认为是当今人类面临的最大挑战之一。近年来，超级电容器作为一种新型的储能装置，由于具有充放电速率快、功率密度大、环境友好、循环寿命长等优点，引起了广泛关注。
　　众所周知，电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。一维（1D）中空微/纳米结构材料在储能系统应用中被公认为是一种非常有前景的材料。作为电极材料，可以充分利用其独特的中空结构和一维结构的整体优势，如可以提供增加的比表面积和减少电荷传输的距离等。然而，目前报道的1D中空纳米结构相对简单，因而设计和制备1D中空的纳米结构结合微/纳米子单元，无疑将会对电极材料性能的提升起积极作用。基于此，本论文以碳纳米纤维（CNFs）为模板合成1D管状纳米结构的过渡金属氧化物，以期获得更加精巧合理结构的电极材料并对其超级电容器性能进行研究。具体工作从以下几个方面展开：
　　（1）1D介孔管状 Co3O4纳米材料的制备。以 CNFs、六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）、柠檬酸三钠（C6H5Na3O7·2H2O）以及六亚甲基四胺（HMT）等为反应原料，通过简单的油浴反应结合热处理的方式制备得到了管状Co3O4纳米材料，并将其应用于超级电容器的电极材料。在1 A/g的电流密度下表现出326F/g的比电容，即使在大电流密度10 A/g的电流密度下，其容量仍可以保持76％，并且该电极材料具有较高的循环稳定性，在4 A/g的电流密度下循环5000次，依然可以保持首次充放电时比电容的91.6%。
　　（2）1D分等级结构管中管NiCo2O4纳米材料的制备。我们首次在非醇的溶剂中，以 CNFs、六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）、六水合硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）、柠檬酸三钠（C6H5Na3O7·2H2O）、六亚甲基四胺（HMT）等为反应原料，制备得到了1D分等级结构管中管NiCo2O4纳米材料，并且对其形貌和结构的影响因素进行了探讨。实验发现，柠檬酸三钠的物质的量对 NiCo2O4的形貌及微纳单元的产生有很大影响。我们将这种管中管结构的形成归因于受热不均衡原理。将其应用于超级电容器的电极材料，在电化学性能测试组中显示出较高的比电容和循环稳定性。在1 A/g的电流密度下表现出400F/g的比电容，在4 A/g的电流密度下循环3000次，依然可以保持首次充放电时比电容的89.6%。
　　（3）1D分等级结构管中管NiO纳米材料的制备。以CNFs、六水合硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）、柠檬酸三钠（C6H5Na3O7·2H2O）、六亚甲基四胺（HMT）等为反应原料，制备得到了分等级结构管中管状的NiO纳米材料。经过实验对比发现，这种独特结构具有Ni2+依赖性。将该电极材料应用于超级电容器，在电化学性能测试组中显示出较好的电化学行为，说明分等级结构管中管NiO纳米材料是一种非常有潜力的超级电容器电极材料。

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第一章 绪论

1.1超级电容器简介

1.2基于碳纳米纤维一维纳米材料的研究进展

1.3 本论文的主要研究内容

参考文献

第二章 1D介孔管状Co3O4纳米材料的制备及其电化学性能

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 材料电化学性能测试

2.5本章小结

参考文献

第三章 1D多级管中管状NiCo2O4纳米材料的制备及其电化学性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4材料的电化学性能

3.5 本章小结

参考文献

第四章 1D分等级管中管NiO纳米材料的制备及电化学性能

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4材料的电化学性能

4.5 本章小结

参考文献

硕士期间科研成果

致谢