MoO3纳米带的掺杂改性及电化学性能的研究

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三氧化钼作为超级电容器的赝电容电极材料由于成本较低、对环境无污染、氧化还原进程丰富等备受研究者的极大关注。但是其自身电导率低,严重阻碍了离子的扩散速率和循环性能,有相关研究报道掺杂可以改善此缺陷,基于此,本文设计了阳离子、阴离子、阴阳离子共掺杂来提升Mo O3的电化学性能。主要进行了如下工作:(1)以钼酸钠为原料在酸性氛围下通过水热法合成了掺杂量为0,0.125和0.25的Mo1-xZnxO3纳米带,首次研究了Zn掺杂Mo O3纳米带作为超级电容器电极的应用,详细对比了它们的形貌、晶构、掺杂状态和电化学性能。XRD结果证明掺杂Zn没有改变晶相结构,紫外漫反射光谱测试后材料的禁带宽度减小,说明掺杂Zn后提高了材料的导电性,此外通过一系列的电化学测试说明掺杂后电极材料的比电容性和倍率/循环性能都明显提高,其中Mo0.75Zn0.25O3在0.25 A/g时的比电容为423.73 F/g。同时与活性炭组装成器件,Mo0.75Zn0.25O3//AC在1 m V/s的比电容高达80.16 F/g,在功率密度为212.49W/kg时伴随的能量密度为20.45 W h/kg,循环3000次的稳定性保持率为90.78%。(2)在合成Mo0.75Zn0.25O3纳米带的基础上,加入硫脲作为硫源,用相同的工艺合成Zn、S共掺杂三氧化钼纳米材料。结果表明共掺杂后材料的晶体结构没有发生改变,衍射峰的半峰宽变大,导致合成材料的晶粒尺寸减小,材料的直观形貌依然呈现破碎的纳米带。共掺杂后使得材料的电化学区间有所改变,电容性能较原材料有所提升,而且表现出较小的荷移阻抗。与活性炭组装成器件后S-Mo0.75Zn0.25O3//AC在1 m V/s时的电容值为59.21 F/g,在功率密度为200.03 W/kg时展现最高的能量密度15.84 W h/kg,1 A/g的电流密度下循环3000次的稳定性保持率为102.78%,共掺杂后材料本征特性的提高,显著提升了电容器器件的循环性能。(3)利用C3N6H6提供氮源,采取水热法和之后的煅烧成功合成N元素掺杂Mo O3纳米材料。结果表明掺杂后产物依然保持原先的构型,但是产物的形貌发生了变化,使得掺杂后的电极材料电容性能有所提升,0.5 A/g时N-Mo O3的电容为364.01 F/g,约为Mo O3(153.31 F/g)的2.4倍。此外,和AC组装成不对称电容器后在1 m V/s的电容为80.77F/g,功率密度为212.51 W/kg时的最佳能量密度为21.76 W h/kg,同时3000次循环的容量保持率为97.68%。
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