金属氧化物空心球的制备及其电化学性质初步研究

论文摘要

以葡萄糖为碳源,在180℃条件下,运用水热法合成对环境友好的胶体碳球。所得胶体碳球随着反应时间的不同,其大小可以在200-1500 nm调节,产物表面结构与多糖相似,分布有大量的羟基和羰基,具有良好的亲水性。并以所得胶体碳球为模板,新加入一定量的葡萄糖为二次碳源,以及适量金属盐以形成前驱体,进行同等条件下的二次水热反应,所得产物再进行高温处理。实验结果表明,该方法可以成功制备出大小比较均匀、单分散的NiO、Co3O4、Fe2O3等金属氧化物空心球体。为了制备新型core-shell结构的金属氧化物,在合成胶体碳球的过程中加入一定HAuCl4溶液,以制备出内含Au纳米颗粒的胶体碳球,以此为模板用同样的方法再进行水热反应。实验结果表明,以内含金纳米颗粒的胶体碳球做为模板,可以制备内部功能化的金属氧化物空心球。在以上工作的基础上,进一步开发新型具有Ball-in-Ball特殊结构的金属氧化物空心球。实验发现,该空心球产物在其空腔内包含一个较小的球体,该小球体也是空心结构。所得产物和传统金属氧化物空心球相比,新结构的产物在比表面积方面有了显著的提高。采用所制备的内部功能化的NiO空心球和具有Ball-in-Ball特殊结构的NiO空心球为电化学活性物质,进行循环伏安与充放电测试,初步研究了它们电化学在电化学电容器上的应用。实验发现,采用两类NiO空心球产物都具有较好的电容性质,单电极比电容可以达到305F/g与320F/g,以及较好的循环寿命。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 核壳结构材料
• 1.2 中空球形结构材料
• 1.3 核壳结构复合颗粒的类型
• 1.3.1 无机-无机核壳结构复合粒子
• 1.3.2 无机-有机核壳结构复合粒子
• 1.3.3 有机-无机核壳结构复合粒子
• 1.3.4 有机-有机核壳结构复合粒子
• 1.4 核壳结构复合颗粒的制备方法
• 1.4.1 离子注入法
• 1.4.2 离子交换法
• 1.4.3 化学反应法
• 1.4.4 溶胶-凝胶法
• 1.4.5 沉积和表面反应法
• 1.5 无机中空球形结构材料的制备方法
• 1.5.1 硬模板法
• 1.5.2 软模板法
• 1.5.3 非模板法（喷雾干燥法、高温熔解法与超声波法）
• 1.6 形成核壳结构的机理
• 1.6.1 化学键机理
• 1.6.2 过饱和度机理
• 1.6.3 静电吸引机理
• 1.7 核壳结构材料与中空球形结构材料的应用前景
• 1.7.1 核壳结构材料的应用前景
• 1.7.2 中空球形结构材料的应用前景
• 1.8 水热合成方法
• 1.8.1 水热法的分类
• 1.8.2 水热法的优点与缺点
• 1.9 超级电容器
• 1.9.1 超级电容器的结构与优点
• 1.9.2 超级电容器的工作原理
• 1.9.3 金属氧化物电极材料
• 1.10 本课题的研究内容
• 第二章 胶体碳球与金属氧化物空心球的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 水热法合成胶体碳球
• 2.2.3 水热法合成金属氧化物空心球
• 2.2.4 材料的结构测试与表征
• 2.3 实验结果和分析
• 2.3.1 胶体碳球的结构分析
• 2.3.2 金属氧化物空心球结构分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 具有特殊结构的金属氧化物空心球的合成
• 3.1 引言
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 内含金纳米颗粒的胶体碳球的制备
• 3.2.3 水热法合成内部功能化的金属氧化物空心球
• 3.2.4 具有“Ball-in-Ball”特殊结构的金属氧化物空心球的制备
• 3.2.5 材料的结构测试与表征
• 3.3 实验结果和分析
• 3.3.1 内含金纳米颗粒胶体碳球的结构分析
• 3.3.2 内部功能化金属氧化物空心球的结构分析
• 3.3.3 具有“Ball-in-Ball”特殊结构金属氧化物空心球的结构分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 特殊结构的NiO 空心球在电化学电容器上的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验内容
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 具有特殊结构NiO 空心球材料工作电极的制备
• 4.2.3 具有特殊结构NiO 空心球的结构和电化学性能测试
• 4.3 实验结果和分析
• 4.3.1 材料的结构分析
• 4.3.2 材料的电化学性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文