基于液相激光熔蚀技术新型储能纳米材料的制备及其物性研究

摘要

液相激光熔蚀技术(Laser Ablation in Liquid，LAL)作为一种简单、快捷、环境友好的纳米材料合成手段，因其极端的热力学条件以及快速淬灭的非平衡动力学过程，在获得独特的纳米材料和纳米结构方面具有重要意义。本论文以液相激光熔蚀技术为基础，结合其他常规的湿化学合成方法，开展了多种功能纳米材料的制备及其应用研究工作，包括复合纳米结构、自组装纳米结构、掺杂纳米结构的制备及其在电化学电容器、锂离子电池、可充电锌-空电池等领域的应用。取得的创新性成果如下:
　　(1)提出了一种制备MoS2/Co3O4复合纳米材料的新方法。该方法首先利用1064 nm激光在去离子水中熔蚀金属Co靶制备尺寸均匀、表面带正电荷的Co(OH)2纳米颗粒，然后将其与表面带负电荷的MoS2纳米片混合搅拌，在静电吸附作用下得到了超细Co(OH)2纳米颗粒均匀修饰的MoS2纳米片，最后经过70℃陈化处理便得到了MoS2/Co3O4复合材料，该方法简单、有效;电化学测试结果显示，由于MoS2与Co3O4间的协同效应，MoS2/Co3O4复合材料电极具有比纯相Co3O4电极更高的比容量和更优异的循环充放电性能。
　　(2)发展了一种制备亚稳相TT-Nb2O5单晶纳米柱的新方法。该方法以液相激光熔蚀技术得到的高活性Nb胶体作为非离子前驱体，然后进行水热处理，最终得到了一种亚稳相TT-Nb2O5单晶纳米柱。我们详细讨论了亚稳相TT-Nb2O5单晶纳米柱的结构演变与自组装过程，并且将其与石墨烯结合组装成自支撑膜，可直接用作锂电池的负极材料，避免使用导电碳黑及连接剂，结果显示该产物纽扣电池具有较高的首次放电容量以及优异的循环充放电性能。
　　(3)设计了一种简单、温和、一步获得Co掺杂Ni(OH)2花状纳米片结构的新方法。该方法以液相激光熔蚀技术得到的高活性Co胶体作为非离子掺杂源，随后置于含有Ni(NO3)2和Na2S2O3的混合溶液中室温下陈化生长，无需高温、高压等条件，即可获得具有花状形貌的Co掺杂Ni(OH)2纳米片结构。电化学测试结果显示，由于掺杂之后Ni(OH)2导电性的显著提高以及产物独特的表面微结构特征，从而使其具有优异的电化学电容性能。
　　(4)基于上述掺杂方法，通过改变反应环境（去离子水与乙醇的混合溶液），还制备了形貌更加均一的Fe掺杂Ni(OH)2花状纳米片结构，电化学测试结果显示其具有比商用RuO2更优异的OER电催化性能。
　　(5)研究了高活性Mn胶体对产物掺杂Ni(OH)2纳米结构的形貌影响。选择液相激光熔蚀技术得到的高活性Mn胶体作为非离子掺杂源，去离子水为反应介质，加入Ni(NO3)2和Na2S2O3，室温下陈化生长十天，结果显示最终产物为具有线状形貌的Mn掺杂Ni(OH)2纳米结构。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 液相激光熔蚀技术概述

1．3 液相激光熔蚀技术的基本原理

1．4 液相激光熔蚀技术的研究进展

1．4．1 复合纳米结构

1．4．2 掺杂纳米结构

1．5 液相激光熔蚀技术的拓展研究

1．5．2 磁场辅助下的液相激光熔蚀技术

1．5．3 电场下的液相激光熔蚀技术

1．6 本论文研究的内容

参考文献

第二章 超细四氧化三钴纳米颗粒修饰二硫化钼纳米片的电化学电容特性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．2 层状MoS2纳米片的台成

2．2．3 基于液相激光熔蚀法得到Co纳米颗粒胶体前驱体

2．2．5 电化学测试

2．2．6 物相分析及表征

2．3 结果与讨论

2．3．2 产物的形貌及结构表征

2．3．3 产物的表面电势测量

2．3．4 产物的电化学电容性能测试

2．4 小结

参考文献

第三章 亚稳相五氧化二铌单晶纳米柱的合成及其自支撑膜的锂电池性能研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 化学试剂

3．2．3 Nb2O5／rGO自支撑膜的制备

3．2．4 锂电池性能测试

3．2．5 物相分析及表征

3．3 结果讨论

3．3．2 产物的形貌及结构表征

3．3．3 产物的锂电池性能测试

3．4 小结

参考文献

第四章 钴掺杂氢氧化镍花状纳米片结构的电化学电容特性研究

4．1 引言

4．2 实验

4．2．2 Co掺杂α-Ni(OH)2花状纳米片结构的合成

4．2．3 Co掺杂NiO花状纳米片结构的合成

4．2．4 电化学测试

4．2．5 物相分析及表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 产物的物相表征

4．3．2 产物的表面化学成分、价态分析

4．3．3 产物所含的官能团表征

4．3．4 产物的形貌及结构表征

4．3．5 产物的比表面积和孔隙率测试

4．3．6 产物的电化学电容性能测试

4．3．7 产物的热稳定性研究

4．4 小结

参考文献

第五章 铁掺杂氢氧化镍花状纳米片结构的电化学性能研究

5．1 前言

5．2 实验

5．2．1 化学试剂

5．2．2 Fe掺杂Ni(OH)2花状纳米片结构的合成

5．2．3 电化学测试

5．2．4 物相分析及表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 产物的物相表征

5．3．2 产物的表面化学成分、价态分析

5．3．3 产物的形貌及结构表征

5．3．4 产物的电化学电容性能测试

5．3．5 产物的电催化析氧(OER)性能测试

5．4 小结

参考文献

第六章 锰掺杂氢氧化镍纳米线结构的电化学电容特性研究

6．1 前言

6．2 实验

6．2．1 化学试剂

6．2．2 Mn掺杂Ni(OH)2纳米线结构的合成

6．2．3 电化学测试

6．3．1 产物的物相表征

6．3．2 产物的表面化学成分、价态分析

6．3．3 产物的形貌及结构表征

6．3．4 产物的电化学电容性能测试

6．4 小结

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文

致谢