纳米碳复合材料的制备、表征与电化学性能研究

来源 :武汉科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wcxydm
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
过分依赖化石能源带来的能源危机与环境恶化是人类亟待解决的两大难题。锂离子电池(LIB)和直接甲醇燃料电池(DMFC)是清洁的储能和能量转换装置,在消费类电子产品、储能设施和电动汽车领域有广泛应用的前景,对于优化能源结构、缓解能源危机和环境污染具有重要意义。电活性材料是限制LIB和DMFC性能的关键因素之一。磷酸铁锂(LiFePO4)和PtRu催化剂分别是目前最有前景的LIB阴极材料和DMFC阳极催化剂。然而,较低的本征电子电导率与锂离子扩散速率影响LiFePO4的电化学性能,阻碍其在动力锂离子电池领域的大规模商业化应用。由于PtRu催化剂甲醇氧化催化活性和耐久性不足,极大地限制了DMFC的性能和商业化应用。因此,如何提升LiFePO4和PtRu催化剂性能成为备受瞩目的研究热点。  纳米碳(如碳纳米管,石墨烯等)具有电子电导率高、比表面积大、亲合力强以及化学稳定性好等优点,在电化学材料领域表现出优异的性能。为改善LiFePO4正极材料和PtRu催化剂的性能,本文采用多元醇回流法结合热处理合成碳纳米管与石墨烯共同修饰的薄片状LiFePO4多孔复合材料,通过溶剂热法制备氮掺杂石墨烯—LiFePO4多孔球形复合材料,并采用一步热处理法合成N、B掺杂石墨烯负载的PtRu纳米催化剂。使用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及X射线光电子能谱等表征手段进行晶型、微观形貌与化学组态分析,并采用恒电流充放电、循环伏安法和交流阻抗法、计时电流法等技术系统测试了复合材料的电化学性能。得出如下结论:  (1)碳纳米管与石墨烯构成的三维导电网络能有效提升LiFePO4的电子电导率。适当的热处理过程可以优化形貌与晶体结构,从而改善LiFePO4复合材料的电化学性能。经优化后的LiFePO4复合材料表现出优异的电化学性能,0.1和1C放电容量分别为163和127 mAh g-1,而且1C循环100次后容量保持率高达99%。  (2)氮掺杂石墨烯和LiFePO4纳米片自组装构成的多孔微球结构有利于增大电极与电解液之间的反应界面,提高电荷转移速率,减小锂离子扩散距离并加速锂离子扩散。因此,多孔微球复合材料表现出优异的放电比容量、倍率特性和循环稳定性。  (3)硼、氮掺杂可以在石墨烯表面引入化学官能团,调控负载铂钌催化剂的颗粒尺寸和分散程度,从而提高催化剂的甲醇氧化电催化性能。优化实验表明,最佳热处理温度为800℃,N掺杂催化剂的最佳热处理时间为60 min,B掺杂催化剂的最佳热处理时间为90 min,这些条件下制备的样品展现出良好的甲醇氧化催化活性、抗中毒能力以及稳定性。
其他文献
磁性聚合物微球由于同时兼具高分子聚合物的众多特性和磁性物质的磁响应性,不但能够通过共聚和表面改性等方法赋予其表面功能基团(如:-OH、-COOH、-CHO、-NH2、-SH等),还能在外
煤、石油、天然气等化石能源的利用带来大量的二氧化硫和烟尘排放,造成严重的酸雨污染和煤烟型空气污染。随着人们对环境污染和能源危机认识的深入,具有可再生,可生物降解等性质的天然高分子化合物日益受到关注。木质素是一种重要的可再生碳源,使用木质素生产生物油和高附加值化学品已被广泛研究。然而,木质素高温裂解产生具有不稳定性、黏性和腐蚀性的酚类,苯甲醚类,愈创木酚类和二甲氧基苯甲醚类等含氧量丰富的生物油。为了
镁合金具有密排六方的晶体结构,室温变形时可动滑移系少,塑性差,因此,塑性加工通常需要在较高温度下进行。变形激活能是研究镁合金热变形条件下变形机制的基础,而变形机制则
本论文主要研究了固定化微生物对生活污水的处理效果。采自污水处理厂的活性污泥经过驯化培养得到所需微生物,制备成生物活性炭(BAC)、海藻酸钙包埋微生物(IM),海藻酸钙包埋生
为了揭示T700/5224复合材料在真空热循环作用下的力学性能演化规律,本文在10-3Pa,-140~140℃条件下,对T700/5224复合材料的质损率和力学性能进行了表征,并采用SEM、DMA、AFM和FT
一、前言rn2019年12月以来,新型冠状病毒肺炎疫情爆发,并迅速蔓延.在国家极大力度防控措施下,疫情现已得到明显控制.但由于前期疫情爆发的影响,常规疾病的重症、急症诊疗,特
期刊
数列问题一直是高中数学教学的重点和难点,也是很多学生头疼的问题.一般来讲,数列分为等差数列和等比数列,虽然定义简单,但是题目千变万化,非常考验学生的综合能力.对于高考
三元碳化物Al-C-X(X=Si,B)具有许多优异的性能,如高熔点、低密度、良好的抗氧化性能和抗水化性能,在耐火材料及高温陶瓷领域有很好的应用前景。本文分别对Al-C-Si和Al-C-B两种
心房颤动(简称房颤)已成为仅次于高血压、冠心病的心血管疾病,长时间房颤导致心动过速性心肌病、心功能不全,以致出现呼吸困难和心力衰竭症状,甚至形成严重并发症——脑卒中,
目的 比较两种促性腺激素释放激素激动剂(GnRH-a)亮丙瑞林11.25 mg 3个月缓释剂型和戈舍瑞林3.6 mg 1个月植入剂型作为中国绝经前激素受体阳性早期乳腺癌术后中高危患者辅助