氯化氧铋及锰基化合物微纳米结构的液相合成及储能性质研究

摘要

本论文旨在探索储能材料BiOCl以及Mn基化合物的控制合成及性能研究。溶剂热条件下控制合成了均一的3DBiOCl微结构，结合其层状结构的特点，研究了电化学储氢性能；并通过溶剂热—前驱物后处理的方式合成了多孔的MnO2片状和球状结构，以及多孔的MnCo2O4和CoMn2O4空心球结构，在纽扣电池模型中研究了其作为锂电池负极材料的电化学性质。本论文的主要内容可以归纳如下：
　　 1、采用溶剂热法选择性合成了3D的BiOCl微米结构，如2.5μm的牡丹花状，1μm的球花状和3μm的粗糙球状结构。这些结构分别由直径1000nm,300nm，200nm的片堆积而成，表征发现片的生长面均是(001)。基于不同反应时间的产品表征结果，我们提出了“快速成核-定向排列-边界融合”的生长过程。N2吸附脱附曲线表明粗糙球结构具有最大的比表面积数据和孔体积数据，这影响其电化学储氢的性能。电化学储氢测试表明有较大比表面和孔体积的样品具有更大的储氢容量值。考虑到其(001)面较大的层间距，我们推测(001)面的层间空隙储存活性H。此外，我们还研究了生长面为[2(-)21]法向的纳米片堆积而成的微米球结构，结果进一步证实了活性H进入了BiOCl的层间。相关实验结果发表在杂志JournalofNanoscienceandNanotechnology上。
　　 2、分别在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基磺酸钠(SDS)的辅助下，直径2.3μm厚度200nm的均匀微米片和由厚度50nm的纳米片堆积而成的直径3.1μm的花状球结构的MnCO3，在水热条件下合成出来。合成的MnCO3经400℃煅烧4小时，我们得到了多孔的的γ-MnO2片状和花球状结构。前者具有更窄的孔径分布以及更大的比表面积，更利于Li+的存储和传输，而表现出了优良的储锂性能。测试结果显示在100mA/g的电流密度下两种结构的首次放电容量分别为1997mAh/g和1533mAh/g。值得指出的是，γ-MnO2多孔片状结构经100次循环后，其容量仍然保持在626mAh/g，呈现了较优良的循环性能。该项研究成果发表在JournalofAlloysandCompounds上。
　　 3、通过控制反应物Mn/Co的摩尔比，利用热解碳酸盐前驱体的方法，选择性合成了MnCo2O4和CoMn2O4的多孔空心球结构。首先，采用溶剂热法合成了不同比例金属离子的碳酸盐，形貌均匀，尺寸均一；一定温度下煅烧，由于两种金属离子不同的扩散速率，柯肯达尔效应原理，形成空心球状结构。MnCo2O4具有立方结构，而CoMn2O4是四方结构。初步的电化学性能测试结果显示在电流密度200mA/g下进行充放电测试，立方相的MnCo2O4首次容量为1473mAh/g，循环10次后为978mAh/g，而CoMn2O4首次容量为1357mAh/g，循环10次后为809mAh/g，显示出了潜在的应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 纳米材料的研究内容

1.1.2 纳米材料的特性

1.2 纳米材料在储氢方面的技术进展与应用

1.2.1氢作为清洁能源的背景

1.2.2 储氢工艺概述

1.2.3 电化学储氢最新研究进展

1.3 纳米材料在储锂方面的研究及应用

1.3.1 负极材料

1.3.2 正极材料

1.3.3 锂离子电池性能提升

1.3.4 小结

1.4 本论文的选题依据和研究内容

参考文献

第2章 BiOC1三维微结构的溶剂热合成及电化学储氢性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 BiOC1微米结构的合成

2.2.2 样品表征

2.2.3 电化学储氢性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 结构和形貌表征

2.3.2 BiOC1微米结构形成过程研究

2.3.3 比表面和表面吸附分析

2.3.4 BiOC1微米结构的电化学储氢性能

2.4 本章小结

参考文献

第3章 前驱物法合成多孔γ-MnO2微米晶及其在锂电池中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 MnCO3前驱体及介孔γ-MnO2微米晶的合成

3.2.2 结构表征

3.2.3 电极制备及电化学性能表征

3.3 结果和讨论

3.3.1 前驱体MnCO3的制备

3.3.2 γ-MnO2介孔结构的制备

3.3.3 比表面及孔径分布分析

3.3.4 锂电池应用性能

3.4 本章小结

参考文献

第4章 MnCo2O4及CoMn2O4多孔空心球的合成及其在锂电池中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 材料制备

4.2.2 结构表征

4.2.3 电极制备及电化学性能表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 前驱体Mn0.33Co0.67CO3及Co0.33Mn0.67CO3的制备

4.3.2 多孔MnCo2O4及CoMn2O4空心结构的结构表征

4.3.3 X射线光电子能谱及N2吸附/脱附曲线

4.3.4 锂电池应用性能研究

4.4 本章小结

参考文献

第5章 论文综述及未来工作展望

5.1 本论文的创新点和研究意义

5.2 本论文的不足之处

5.3 研究工作展望

攻读博士学位期间完成的论文

致谢