金属纳米氧化物复合材料的制备及性能研究

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纳米材料在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围,它具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而展现出许多特殊的性质,在电子、机械、纺织、催化、能源和医药等方面具有广阔的应用前景。  本文的研究内容主要包括两部分,一是制备出在可见光下具有较好催化活性的二氧化钛/γ-二氧化锰纳米复合材料和具有较大比表面积的纳米二氧化钛,二是制备出具有较大比电容的氧化镍和氧化钴纳米材料,并对它们的电容性能进行了较为详细的研究。全文共分为六章,具体内容安排如下:  第一章介绍了相关的基本知识,以及本论文的研究背景、意义和主要工作。  第二章采用低温水热法,制备出二氧化钛/γ-二氧化锰复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究其形貌和晶型,其平均粒径约为32.6 nm,呈棒状或针状纳米结构。紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱显示出样品具有较好的吸光性能,并估算出其能隙大小约为3.03 eV。在可见光下催化降解罗丹明B(RhB)的实验结果表明,当Ti与Mn的摩尔比约为54:1时,样品达到最佳光催化效果。  第三章以钛酸丁酯为钛源,采用流变相法制备出比表面积高达423.7 m2/g的二氧化钛纳米颗粒。通过XRD和SEM表征显示其为锐钛矿型,平均粒径约为8.4 nm。光催化实验表明,其在可见光下催化反应180 min后,能将罗丹明B降解95%左右。  第四章以四氯化碳为模板,利用醇热法制备出具有较好晶型的花菜状氧化镍(NiO)纳米材料,通过XRD表征显示其为单晶氧化镍。本章还对电化学电容器常用的测试方法:循环伏安法和恒流充放电法的原理进行了详细的介绍。循环伏安测试结果表明其在较小的扫描速度下具有较好的电容性能,恒流充放电测试结果表明其在0.5 A/g的电流密度下,比电容可以达到245.7 F/g。  第五章同样采用醇热法制备出了四氧化三钴(Co3O4)纳米材料,通过 XRD和SEM表征显示其晶型为单晶 Co3O4,呈玉米棒状的管状结构。恒流充放电测试结果表明在1 A/g的电流密度,比电容可以达到227.8 F/g。最后研究了其在不同电解液中的电化学性能,结果表明当氢氧化钾的浓度为6 mol/L时表现出最佳的电化学性能,在1 A/g的电流密度下,比电容增加到311.8 F/g。  第六章对全文进行总结并对后续研究加以展望。
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电化学超级电容器(ESC)是近年来发展起来的一种介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能元件,它具有比容量高、充放电速率快、效率高,对环境无污染,循环寿命长,使用范围广等特点。电极材料的选择对电化学电容器的制备至关重要,将碳材料与聚苯胺复合可以克服彼此的缺点,并能大大提高比容量。本文主要研究了聚苯胺/碳复合材料的制备及电化学性能。并采用透射电镜、扫描电镜等测试手段,对材料形貌进行了表征;采用循环伏