混合型過(guò)渡金屬氧化物和硫化物納米材料的設(shè)計(jì)制備及其超級(jí)電容性能研究.pdf

1、由于化石燃料的大量使用，環(huán)境污染已經(jīng)成為全世界一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。全球各國(guó)都投入大量的人力、物力來(lái)尋求一種可持續(xù)的能源供給用來(lái)替代化石燃料。風(fēng)能，太陽(yáng)能，潮汐能，地?zé)崮艿染G色能源已經(jīng)逐步投入到現(xiàn)實(shí)生活運(yùn)用中來(lái)，但是這些能源依然受到了地域和時(shí)域等因素的困擾。開(kāi)發(fā)新型的能源存儲(chǔ)器件應(yīng)對(duì)日需增長(zhǎng)的能源需求已經(jīng)吸引全球科研人員的重視。其中，憑借快速充放電、高功率密度、優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性以及環(huán)境友好特性等優(yōu)點(diǎn)，超級(jí)電容器成為最具潛力的下一代儲(chǔ)能器件

2、之一。
　　根據(jù)儲(chǔ)能的不同機(jī)理，通常將超級(jí)電容器區(qū)分為基于靜電吸附的雙電層電容器和基于氧化還原反應(yīng)的贗電容器。研究表明，在比電容方面贗電容器較雙電層電容器有更好的性能表現(xiàn)。同時(shí)隨著工藝的不斷優(yōu)化，基于贗電容存儲(chǔ)機(jī)理的超級(jí)電容器在循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能方面也得到了長(zhǎng)足的改善。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，二元過(guò)渡金屬化合物憑借更豐富的混合金屬價(jià)態(tài)，較一元過(guò)渡金屬化合物的導(dǎo)電性和電化學(xué)贗電容性能有明顯的提升?；诖?，本論文著重針對(duì)混合型過(guò)渡金屬氧化

3、物和硫化物展開(kāi)超級(jí)電容的研究。研究?jī)?nèi)容主要包含以下幾個(gè)部分:
　　一、三維層次結(jié)構(gòu)CoMoO4/Co3O4復(fù)合材料的自組裝合成及贗電容性能研究。采用簡(jiǎn)單的一步水熱方法，實(shí)現(xiàn)了CoMoO4/Co3O4復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的自組裝。通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)過(guò)程的詳細(xì)表征，揭示了這種復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理。這種獨(dú)特的復(fù)合材料集成了三維多孔結(jié)構(gòu)和多重的贗電容活性位點(diǎn)，是理想的超級(jí)電容器電極材料。將CoMoO4/Co3O4復(fù)合納米材料用作超級(jí)電容器電極材

4、料表現(xiàn)出了優(yōu)異的贗電容性能，具體表現(xiàn)為較高的比電容(在電流密度1 A/g的情況下，CoMoO4/Co3O4的比電容可以達(dá)到1062.5 F/g)和優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性（在20 A/g的電流密度下循環(huán)2000次，僅有9.62％比電容損失）。進(jìn)一步，將CoMoO4/Co3O4復(fù)合材料作為正極，活性炭作為負(fù)極組裝成非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器，在實(shí)現(xiàn)功率密度7270 W/kg的情況下，能量密度可以保持在31.64 Wh/kg。CoMoO4/Co3O4復(fù)合納米

5、材料的合成以及超級(jí)電容性能的探究結(jié)果為一步法合成高性能超級(jí)電容器電極材料提供了參考。
　　二、三維花狀NiCo2O4及NiCo2S4納米材料的設(shè)計(jì)制備及超級(jí)電容性能研究。在通過(guò)水熱法制備N(xiāo)i-Co前驅(qū)物后通過(guò)后續(xù)的二次硫化處理與熱處理分別制備N(xiāo)iCo2S4和NiCo2O4納米材料，并對(duì)其超級(jí)電容性能進(jìn)行探究。我們通過(guò)紫外光譜的表征，發(fā)現(xiàn)NiCo2S4較NiCo2O4具備更小的光學(xué)帶隙，說(shuō)明NiCo2S4具備更高的載流子濃度，從而進(jìn)

6、一步確證了NiCo2S4具備更高的電導(dǎo)率。憑借更好的導(dǎo)電性，NiCo2S4比NiCo2O4表現(xiàn)出更高的比電容（在2 A/g的電流密度下，NiCo2S4和NiCo2O4的比電容分別可以達(dá)到1862和1230 F/g)以及高電流密度下的更好的穩(wěn)定性(在100 A/g的電流密度下循環(huán)2000次，NiCo2S4和NiCo2O4比電容損失分別為11.15％和16.67％)。通過(guò)對(duì)NiCo2S4較NiCo2O4材料的設(shè)計(jì)制備與超級(jí)電容性能探究比較，

7、同主族元素的替代可以實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器電極材料性能的優(yōu)化。
　　三、硫空位與雜質(zhì)共同調(diào)控下的NiCo2S4納米材料超級(jí)電容性能研究。在此次研究中，我們通過(guò)可控的硫化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCo2S4納米材料中硫空位和雜質(zhì)濃度的可控調(diào)節(jié)。進(jìn)一步研究了該缺陷對(duì)于材料超級(jí)電容性能的影響，研究結(jié)果表明:一方面，硫空位的存在可以提升材料的導(dǎo)電性，進(jìn)而優(yōu)化材料的比電容性能;另一方面，由于硫空位的存在，造成了晶體結(jié)構(gòu)無(wú)序性的增加，從而抑制了材料