非对称纳米材料论文提纲

2022-11-15

论文题目：Ni基金属硫化物纳米材料及其复合材料的固相合成与电化学性能研究

摘要：高性能电化学能量存储设备（如锂离子电池和超级电容器）的迅速发展,为克服因过度消耗化石燃料而引起的环境问题提供了解决方案。超级电容器因其高比功率,长循环寿命,低维护成本,出色的安全性和可靠性而引起了广泛的关注。由于其优越的导电性、高反应活性、良好的力学及热稳定性,过渡金属硫化物在储能领域具有巨大潜力。特别地,过渡金属硫化物可以在碱性电解质中进行快速和可逆的氧化还原反应,在被用作超级电容器的电极材料时具有超高的比容量和比能量。本论文通过一种简便、高效且绿色的固相合成路线,定向合成了性能优异的镍硫化物及其复合材料,并研究了其形貌、比表面积以及元素价态构型与电化学性能之间的构效关系。最后将其作为非对称超级电容器的电极材料,并对其电化学性能进行了系统测试。（1）以甲酸镍作为镍源,升华硫为硫源,通过一种简便、高效且绿色的固相合成方法定向的分别合成了六方晶型α-NiS和黄铁矿型NiS2纳米材料,并对制备条件进行了系统优化。结果表明,在合成温度为440℃时,严格控制Ni与S元素摩尔比为1:1和1:2时可以获得高结晶度的六方晶型α-NiS和黄铁矿型NiS2纳米材料。由于材料本身具有特殊的纳米形态,被用作超级电容器电极材料时表现出优异的电化学性能。在三电极体系下,黄铁矿型NiS2和六方晶型α-NiS材料电极在2 A g-1的电流密度下分别显示出163.9 m Ah g-1(1072.6 F g-1)和133.8 m Ah g-1(875.5 F g-1)的高比容量。所组装的非对称超级电容器N-NiS2//PCN和N-NiS//PCN在0.94 k W kg-1和1.08 k W kg-1的比功率下显示出54.20 Wh kg-1和38.77 Wh kg-1的高比能量,并且经1万次循环后分别保留了超过83.7%和79.1%的初始比容量。所提出的固相合成路线具有低成本,生态友好且简便的合成方法,可用于目标合成具有优异电化学储能性能的硫化镍纳米材料。（2）以甲酸镍、升华硫和石墨烯为原料,通过一种简便、高效且绿色的固相合成方法合成了NiS/rGO复合材料,并系统优化了合成温度以及石墨烯的用量对所获得复合材料的形貌和电化学性能的影响。结果表明,在合成温度500℃时所获得的复合材料NiS/rGO-2（石墨烯含量约为11.37 wt.%）具有最优异的电化学性能。本实验中所制备的NiS/rGO-2样品在2 A g-1的电流密度下显示出299.7 m Ah g-1(2157.8 F g-1)的超高比电容以及良好的倍率性能,在2～15 A g-1的电流密度下NiS/rGO-2样品的容量保持率为53.8%。所组装的非对称超级电容器在0.88 k W kg-1的比功率下具有56.11 Wh kg-1的高比能量,并且经3万次充放电循环后,其容量的保留率为初始容量的92.4%。结果表明,通过该方法所制备的NiS/rGO-2复合材料在非对称超级电容器实际应用中表现优异。（3）以甲酸镍、升华硫和碳纳米管为原料,通过简便、高效且绿色的固相合成方法合成了NiS/CNT复合材料,并系统优化了合成温度以及碳纳米管的用量对所获得复合材料的形貌和电化学性能的影响。结果表明,在合成温度500℃时所获得的复合材料NiS/CNT-2（碳纳米管含量约为22.27 wt.%）具有最优异的电化学性能。本实验中所制备的NiS/CNT-2材料电极在2 A g-1的电流密度下具有282.1m Ah g-1(2030.8 F g-1)的高比电容,在2～20 A g-1的电流密度下NiS/CNT-2材料电极的容量保持率为51.3%。所组装的非对称超级电容器NiS/CNT-2//IHPC在0.85k W kg-1的比功率下具有49.65 Wh kg-1的高比能量,并且经2万次充放电循环后,其容量的保留率为初始容量的85.0%,库伦效率均接近100%。结果表明,通过复合碳纳米管可以有效的提升材料整体的导电性,进而提高复合材料整体的储能性能和倍率性能。通过该方法所制备的NiS/CNT-2复合材料在非对称超级电容器实际应用中表现优异。

关键词：非对称超级电容器;固相合成;硫化镍;石墨烯;碳纳米管

学科专业：应用化学

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器概述

1.2.1 超级电容器储能机理

1.2.2 超级电容器分类

1.3 超级电容器电极材料及研究进展

1.3.1 双电层电极材料及研究进展

1.3.2 赝电容电极材料及研究进展