Mo基三元合金化合物的可控合成及其电化学性能表征

摘要

随着人们日常需求和社会经济的增长，使得对能源的需求逐渐增强，现在使用较多的依旧是传统的化石能源，不可避免的会造成环境污染和能源浪费。为了解决这些问题，关键在于开发安全、清洁并可持续利用的储能体系。现在锂离子电池和电解水产氢等广被应用和研究于能量转化方面，由于锂离子电池具有高容量储存、高容量保持率和低成本的优点。同样的，氢能作为21世纪最具开发潜力的清洁能源，大量的开发和使用将很大程度上缓解现在面临的能源危机。基于此，探索出高效耐久，高转化率并且安全性好的电极材料来提升能源转化和储存是至关重要的。本论文针对现有的电极材料和电催化剂问题，设计并水热合成了一些Mo基三元金属材料，来进行锂离子电池和电化学产氢性能测试，主要研究内容如下所示:
　　(1)利用一步水热合成方法，制备不同结构的ZnMoS4纳米材料，其中包括纳米实心球和纳米空心球结构。经过一系列表征，得知材料的形貌、晶型、孔隙率和元素组成分析等物性，这是第一次系统的对ZnMoS4进行完整的物性分析。使用两种结构的ZnMoS4作为锂离子电池负极进行测试，发现两种材料的本征首次放电容量分别为877.2和819mA h g-1，首次库伦效率都达到90％以上，而且也具有良好的倍率性能。ZnMoS4纳米材料具有较大的比表面积，提供了很多活性位点，大大增加了锂离子电池循环中的电子传输和循环性能。
　　(2)一步水热原位合成ZnS/MoS2-DETA有机-无机杂化结构，经氮气下煅烧最终得到ZnS/MoS2/C异质结构材料。通过XRD、SEM、TEM等测试，得知产品是由内部的海胆状MoS2纳米花球、外部的ZnS纳米颗粒和充斥在层间的碳结构组成的。在进行锂离子电池负极材料测试时，其首次放电容量达到了1063.1mAh g-1，首次库伦效率高达87％，之后的循环中更在98％以上。对比实验可知，异质结构的形成确实提升了载流子的传输和充放电容量，碳的引入着实增强了导电性并保证了稳定性。
　　(3)水热合成了以泡沫镍为基底的两种CoMoO4纳米薄膜结构，再经一步硫化过程分别获得CoMoS4花簇纳米棒结构和中空纳米片结构。在电催化解水中，CoMoS4花簇纳米棒结构和中空纳米片结构的产氢过电势分别为-175和-170mV，产氧过电势分别为364和321mV，而且CoMoS4中空纳米片具有很好的电化学稳定性。当使用CoMoS4中空纳米片进行双电极实验时，也取得了很好的效果。非晶致密的网状薄膜结构大大得增加了电子传输，活性位点的增加和暴露度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景与意义

1．2 Mo基金属化合物

1．2．1 Mo基三元金属化合物

1．2．2 No基异质结构材料

1．3 锂离子电池简介

1．3．1 锂离子电池工作原理

1．3．2 锂离子电池负极材料

1．4 电化学产氢简介

1．4．1 电化学析氢机理

1．4．2 常见的电化学产氢催化剂

1．5 本文的研究内容

第二章 实验设备及表征方法

2．1 实验试剂及设备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验设备

2．2 实验样品表征手段

2．2．1 扫描电子显微镜

2．2．2 X-射线粉末衍射

2．2．3 透射电子显微镜

2．2．4 X射线光电子能谱

2．2．5 比表面积测试仪

2．3 电化学性能测试

2．3．1 锂离子电池负极电极制备

2．3．2 电化学产氢电催化剂制备

2．3．3 循环充放电测试

2．3．4 电化学解水测试

2．3．5 循环伏安法测试

2．3．6 电化学阻抗谱图

第三章 ZnMoS4纳米球的构建及锂电性能测试

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 合成流程

3．2．2 ZnMoS4纳米球的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 ZnMoS4纳米球的结构及物相表征

3．3．2 ZnMoS4纳米球的电化学性能表征

3．4 本章小结

第四章 ZnS／MoS2／C异质结构花状纳米球合成及锂电性能测试

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 ZnS／MoS2／C异质结构的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 ZnS／MoS2／C异质结构的结构及物相表征

4．3．2 ZnS／MoS2／C异质结构的电化学性能表征

4．4 本章小结

第五章 CoMoS4纳米薄膜的合成及电化学解水性能测试

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．2 CoMoO4纳米片的制备

5．2．3 CoMoS4纳米阵列结构的制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 CoMoS4纳米薄膜的结构及物相表征

5．3．2 CoMoS4纳米薄膜的电化学性能表征

5．4 本章小结

第六章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢

作者及导师简介