形貌可控微纳米材料的合成及其电化学性能研究

发布时间：2020-05-28 22:49

【摘要】：微纳米材料由于尺寸微小使其性能与宏观尺度下相比有着很大的不同,同时材料的形貌与性能之间通常具有强烈的构效关系;作为能源转换装置的重要组成部分,电极材料对形貌有着很强的依赖性,因而设计形貌可控的微纳米材料并应用于能源转换装置中具有重大意义。其中,发展燃料电池因其具有较高的能量转换效率、低污染、便携以及可再生等优点而被公认为是解决能源问题的有力解决方案;超级电容器作为新型储能器件成为连结电池和传统电容器之间的桥梁,一定程度上弥补了电池比功率小和传统电容器比能量小的不足,作为超级电容器的核心组成部分,电极材料的性能也对其结构形貌等因素具有很强的依赖性。基于以上认识,可通过多种方法合成出具有独特结构的微纳米电极材料,分别应用于燃料电池和超级电容器领域,对此作者进行了如下研究:(1)以抗坏血酸作为还原剂,通过一步水热法制备出PdCu双金属合金催化剂,通过改变不同Pd:Cu用量得到一系列产物,并对甲醇和甲酸进行电催化氧化性能测试,结果表明Pd_(65)Cu_(35)材料对甲醇和甲酸电催化氧化具有了较高的活性以及较好的稳定性,而Cu的加入也大大降低了催化剂材料的成本。(2)使用N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇同时作为作为溶剂和还原剂,通过一步水热法对Pd和Cu进行共同还原,制备出自支撑PdCu合金纳米线,实验结果表明产物形貌可通过改变Pd:Cu比例进行调控,电化学性能测试结果表明,当Pd和Cu用量比约为43:57时,产物对乙二醇的电催化氧化性能最好,本实验旨在降低了贵金属Pd的用量的同时提高了材料的催化性能,同时发现该方法所合成出的纳米线形貌对反应物用量有较强的依赖性。(3)利用一步水热法成功地将MnPO_4·H_2O纳米线表面覆盖了氧化石墨烯(GO),制备出MnPO_4·H_2O纳米线/GO复合材料,通过电化学测试,MnPO_4·H_2O纳米线/GO复合材料的比电容可达287.9 F g~(-1),与未加入氧化石墨烯的MnPO_4·H_2O材料相比性能明显提升,说明碳基材料的加入增加了电极材料的导电性,同时由于特殊纳米线结构,提升了电极材料的储能性能和稳定性,同时,较高的功率密度暗示了它在大功率输出需求下的应用价值。
【图文】：

形貌可控微纳米材料合成及其电化学应，正极发生还原反应，不同的是，在负极发生氧化反应的是对应的发生还原反应的是所需的氧化剂，由于两电极间存在电位差，因而电路间的流动，从而驱动电器工作[5-6]。 PEMFCs 为例，它的工作原理如图 1.1 所示，主要由膜电极组件、封元件等封装而成，工作时，氢气通过负极（阳极）发生氧化反应电子（H2→2H++2e-），其中氢离子通过电解液发生迁移，而电子通正极；在正极（阴极），电子和氢离子与外部供给的氧气发生反应4H++4e-→2H2O），从而完成整个电化学反应，并产生热和电功（2Wele+Qheat）[7]。

形貌可控微纳米材料合成及其环伏安曲线是一条近似为平行四边形的封闭曲线，因度上取决于电极材料的比表面积，，具有较大比表面积容器的优先选择[23]。法拉第赝电容储能主要通过在电极材料表面发生快速或吸脱附反应实现的，正是由于这种独特性质，该类通常是具有明显的氧化还原峰，而根据材料电极反应的数目与位置也随之改变，对于法拉第赝电容的常用物以及导电聚合物。而研究表明过渡金属氧化物以及高于电化学双电层电容[24]。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1

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本文编号：2685945