论文部分内容阅读
空心纳米材料具有比表面积大,密度小,含有内部空腔等优点,因此在催化、超级电容器和锂离子电池等领域应用广泛。与单层空心纳米材料相比,多层空心纳米材料具有更加独特的内部空间结构,因此具有独特的性能及广阔的应用前景。本文旨在制备单层和多层空心纳米材料,并研究其催化和电化学性能。首先,基于降低催化剂成本,提高催化活性的原则,采用原位热降解还原法制备催化剂Ni/SiO2,该催化剂的载体是双层空心二氧化硅微球,载体比表面积大,结构稳定。金属Ni能较牢固地担载于SiO2表面或者嵌入多孔SiO2内部,分散均匀,不易团聚,催化剂担载量为61.7%,而且催化剂循环性能优异。循环五次后,氨硼烷水解析氢反应转化率仍能在9 min内达到94%。将该催化剂在空气中放置两周后,其催化性能无明显下降,表明该催化剂稳定性好。其次,采用硬模板法制备三层空心氧化钴镍微球,并优化钴镍的相对含量。然后将其作为超级电容器的电极材料,测试其电化学性能。结果表明制备的空心材料粒径均一,含有明显的三层结构。Ni-Co1.5-O电极材料表现出优异的电容性能(在3 A?g-1电流密度下,比电容高达1884 F?g-1),其比容量在30 A?g-1电流密度下仍能保持3 A?g-1时的77.7%。组装的双电极非对称超级电容器Ni-Co1.5-O//RGO@Fe3O4在循环10000圈后,其性能仍保持最初容量的79.4%。在功率密度为505 W?kg-1时,其能量密度为1541.5Wh?kg-1,而在功率密度为7600 W?kg-1时,其能量密度仍高达22.8 Wh?kg-1。最后,采用硬模板法制备空心纳米材料void@C-Fe3O4。Fe3O4均匀分散于空心碳层中,无团聚。将void@C-Fe3O4作为锂离子电池的负极材料,表现出优异的电化学性能。在电流密度为500 mA?g-1时,其比容量为587 mAh?g-1,循环100圈后,其容量依然可达402 mAh?g-1,库伦效率为97.3%。制备的材料还兼具优异的倍率性能。电流密度为100、200、500、1000、2000和3000 mA?g-1时,其平均比容量分别为583、508、425、322、209和146 mAh?g-1。当电流密度再次返回100 mA?g-1时,其平均比容量为572mAh?g-1,为最初的98%,损失2%。此外,本文还成功制备出双层空心纳米材料void@C-Fe3O4@void@C-Fe3O4,其性能有待进一步研究。