铜氧化物多孔材料的制备与电化学性能表征

论文摘要

氧化铜（CuO）是能带隙约为1.5 eV的p型半导体,属于单斜晶系,空间群为C62h（C2/C）,具有良好的导电、光电、气敏等特性,被广泛应用在气敏传感器、催化剂和电池等领域。同时,氧化铜无毒、价格便宜,并且具有较高的电容量,在锂离子电池电极材料应用中有着明显的优势,是普通的碳负极材料电池容量的2-3倍。氧化亚铜也被一些研究者列为锂离子电池碳负极材料的替代材料,同时它还可以用作太阳能电池材料。目前,虽然制备方法较多,但铜氧化物的多孔材料的制备尚存在许多困难,如：孔壁容易坍塌,难以形成多孔结构等。本论文采用两步法,以水热法得到的形貌均匀、规则的枕头状草酸铜以及水浴法得到的条形柠檬酸铜为前躯体,在不同的热分解条件下得到了不同孔结构的氧化铜；又以低温水热还原枕头状的多孔氧化铜,得到了多孔的氧化亚铜。采用XRD, SEM,TG-DTA, N2物理吸附-脱附等测试手段对铜氧化物多孔材料的组成、形貌、孔结构等进行表征。研究表明：所制备的氧化铜均可保持前躯体的形貌；不同的铜源及反应温度是影响前躯体形貌的主要因素；升温速率、煅烧气氛和煅烧温度是影响氧化铜孔结构的主要因素；低温水热还原中,水热温度是影响产物中各组分含量的主要因素。将制备的多孔铜氧化物作为负极材料装配成锂离子电池对其进行电化学性能测试,电池有较好的循环性能。其中,枕头状的多孔氧化铜用作锂电池负极材料具有更为优异的性能,第一个循环的放电容量为770.3 mAh·g-1,50个循环以后,放电容量仍为第二次放电容量的83.3%,且电池的平均库伦效率高达98.3%,是良好的锂离子电池负极材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料的性质
• 1.1.1 表面效应
• 1.1.2 小尺寸效应
• 1.1.3 量子尺寸效应
• 1.1.4 宏观量子隧道效应
• 1.1.5 其他效应
• 1.2 介孔材料的性质
• 1.3 锂离子电池
• 1.3.1 锂离子电池负极材料
• 1.3.2 锂离子电池正极材料
• 1.3.3 锂离子电池电解质溶液
• 1.3.4 锂离子电池的理论容量
• 1.4 纳米铜氧化物材料
• 1.5 纳米氧化铜材料简述
• 1.5.1 氧化铜的结构
• 1.5.2 氧化铜的基本性质与应用
• 1.5.3 纳米氧化铜的主要制备方法
• 1.6 纳米氧化亚铜材料简述
• 1.6.1 氧化亚铜的结构
• 1.6.2 氧化亚铜的基本性质与应用
• 1.6.3 氧化亚铜的主要制备方法
• 1.7 本课题的提出、选题目的及意义
• 1.7.1 课题的提出、研究意义
• 1.7.2 课题的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 多孔枕头状氧化铜草酸盐前驱体法制备与电化学性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 草酸铜前躯体的制备
• 2.2.2 多孔氧化铜的制备
• 2.2.3 产物的结构与表征
• 2.2.4 电化学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 草酸铜前躯体的物相表征
• 2.3.2 草酸铜前驱体的扫描电镜分析
• 2.3.3 草酸铜前躯体的TG-DTA分析
• 2.3.4 氧化铜样品物相分析
• 2.3.5 氧化铜的扫描电镜分析
• 2.3.6 抗坏血酸的存在对草酸铜及氧化铜的影响
• 2.3.7 不同的煅烧条件对产物物相及形貌的影响
• 2.3.8 枕头状多孔氧化铜的孔结构分析
• 2.4 多孔氧化铜的电化学性能
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 网状氧化铜的柠檬酸盐前驱体法制备及电化学性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 柠檬酸铜前躯体的制备
• 3.2.2 网状氧化铜的制备
• 3.2.3 产物的结构与表征
• 3.2.4 网状氧化铜的电化学性能表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 柠檬酸铜前躯体的物相表征
• 3.3.2 柠檬酸铜前躯体的扫描电镜分析
• 3.3.3 柠檬酸铜前躯体的TG-DTA分析
• 3.3.4 氧化铜样品物相分析
• 3.3.5 氧化铜样品扫描电镜分析
• 3.4 网状氧化铜的电化学性能
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 低温水热还原法制备氧化亚铜
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 2O）的制备'>4.2.1 氧化亚铜（Cu₂O）的制备
• 4.2.2 产物的结构与表征
• 4.2.3 产物电化学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品的物相表征
• 4.3.2 样品的扫描电镜分析
• 4.3.3 电化学性能测试
• 4.3.4 还原剂不足对样品物相的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 论文总结
• 附录
• 致谢