纳米层状双氢氧化物的制备及其电容性能研究

论文摘要

层状双氢氧化物（Layer Double Hydroxides, LDH）具有良好的电化学性质,将其应用于超级电容器电极材料具有广阔的前景。本文制备了不同种类的LDH,利用XRD、FT-IR和XPS以及循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法对材料的物性和电容性能进行系统的研究。采用Co（OH）2、Ni（OH）2、Al（OH）3与NaOH和Na2CO3液相沉淀反应制备具有纳米层状结构的Co-Ni-Al-CO3-LDH。当Ni2+:Co2+:Al3+:OH-:CO32-=4:6:5:24:10,70℃下反应48h时,所得的LDH活性物质在1mol/L的KOH溶液中,0～0.5V（vs.SCE）范围内放电比电容达到413F/g,且稳定性高。将Ni（OH）2、Co（OH）2、TiCl4（或ZrCl4）与尿素混合,液相沉淀反应制备具有纳米层状结构的Ni-Co-Ti-LDH和Ni-Co-Zr-LDH。当Ni2+:Co2+:M4+:尿素=4:1:1:53,90℃下反应18h时,所得的LDH活性物质在1mol/L的KOH溶液中,00.5V（vs.SCE）电位范围内放电比电容分别达到507.2、512.7F/g,且具有良好的循环稳定性。FI-IR研究表明:以尿素为原料制备的LDH中,其层间阴离子有两种:CNO-和CO32-,后者由尿素完全分解而产生的。XPS的定量分析表明:M4+电负性越大,越容易置换出骨架结构中的M2+。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超级电容器简介
• 1.1.1 超级电容器的分类
• 1.1.2 超级电容器的储能原理
• 1.1.3 超级电容器的特点
• 1.1.4 超级电容器的应用领域及发展前景
• 1.1.5 超级电容器电极材料的研究进展
• 1.2 层状双氢氧化物简介
• 1.2.1 双氢氧化物的晶体结构
• 1.2.2 双氢氧化物材料的制备方法
• 1.3 论文的选题及研究内容
• 第二章 超级电容器电容性能研究方法
• 2.1 电化学测试体系
• 2.2 循环伏安法评价电容性能
• 2.3 恒流充放电法计算电容值
• 第三章 Co-Al-LDH层状双氢氧化物的制备及其电化学性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂及仪器
• 3.1.2 活性物质的制备与电极的制作
• 3.1.3 性能测试与表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 骨架结构中阳离子种类对电容性能的影响
• 3.2.2 层间阴离子对电容性能的影响
• Ⅱ与Al³⁺的配比对LDH电容性能的影响'>3.2.3 M^Ⅱ与Al³⁺的配比对LDH电容性能的影响
• 3.2.4 反应时间对LDHs 电化学性能的影响
• 3.2.5 贱金属材料氢氧化物与高分子聚合物复合材料的电容性质研究
• 3.2.6 制作电极时压力对电容性能的影响
• 3.3 本章 小结
• Ⅱ-M^Ⅱ-LDHs 的电化学性质研究'>第四章 M^Ⅱ-M^Ⅱ-LDHs 的电化学性质研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂及仪器
• 4.1.2 活性物质的制备与电极的制作
• 4.1.3 性能测试与表征
• Ⅱ-Ti-LDHs 的电化学性质研究'>4.2 M^Ⅱ-Ti-LDHs 的电化学性质研究
• 4.2.1 反应时间对Co-Ti-LDH 电容性能的影响
• 2+/Ti⁴⁺比例对LDHs 的电容性能的影响'>4.2.2 Co²⁺/Ti⁴⁺比例对LDHs 的电容性能的影响
• 2+掺杂对Co-Ti-LDH 电容性能的影响'>4.2.3 Ni²⁺掺杂对Co-Ti-LDH 电容性能的影响
• Ⅱ-M^Ⅵ-LDH 制备过程中的一些思考'>4.2.4 对M^Ⅱ-M^Ⅵ-LDH 制备过程中的一些思考
• <sup>Ⅱ-Zr-LDHs 的电化学性质研究'>4.3 M^<sup>Ⅱ-Zr-LDHs 的电化学性质研究
• 4.3.1 反应时间对Co-Zr-LDH 的电容性能的影响
• 2+掺杂对Co-Zr-LDH 电容性能的影响'>4.3.2 Ni²⁺掺杂对Co-Zr-LDH 电容性能的影响
• Ⅲ、M^Ⅵ离子对LDH电化学性能影响的研究'>4.3.3 M^Ⅲ、M^Ⅵ离子对LDH电化学性能影响的研究
• 4.4 本章 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢