金屬及氧化物復(fù)合納米材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、新型金屬與金屬氧化物復(fù)合納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料與燃料電池催化劑具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，因而表現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學(xué)性能，被認(rèn)為是新一代動(dòng)力電池電極材料的理想選擇。
　　本論文提出了多種制備手段，包括濕化學(xué)法、化學(xué)氣相沉積法、射頻濺射法、電化學(xué)沉積法以及水熱法等，合成了一系列金屬和過渡金屬氧化物的新型復(fù)合納米材料，包括Co2SnO4@C復(fù)合納米顆粒、Zn2SnO4@C復(fù)合納米棒、Co3O4@SnO2@C復(fù)合納米棒、CoO-Cu復(fù)合納

2、米棒陣列、CoO-NiSi復(fù)合納米線陣列、CoO-graphene復(fù)合納米片、Pt-Cu/C合金納米晶、Rh-Pd/C合金納米晶以及Pd-Cu/C合金納米顆粒。由于上述復(fù)合納米材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與形貌特征，它們都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，總結(jié)全文的工作，取得了以下主要?jiǎng)?chuàng)新結(jié)果:
　　(1)采用簡(jiǎn)便的兩步水熱法合成了Co2SnO4@C復(fù)合納米顆粒以及Zn2SnO4@C復(fù)合納米棒并將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中。由于碳層的體積緩沖效應(yīng)與較

3、高的電導(dǎo)率，包碳后的Co2SnO4@C復(fù)合納米顆粒以及Zn2SnO4@C復(fù)合納米棒負(fù)極材料與未包碳的納米材料相比其循環(huán)性能有了較大的改善。
　　(2)采用層層包覆的思想，通過水熱反應(yīng)結(jié)合后續(xù)的熱處理合成了Co3O4@SnO2@C復(fù)合納米棒并將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中。由于碳層的體積緩沖效應(yīng)與較高的電導(dǎo)率，包碳后的Co3O4@SnO2@C復(fù)合納米棒負(fù)極材料與未包碳的納米棒相比其循環(huán)性能有了較大的改善。
　　(3)采用化學(xué)氣

4、相沉積與射頻濺射的方法合成了CoO-Cu復(fù)合納米棒以及CoO-NiSi復(fù)合納米線陣列電極并將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中。由于其獨(dú)特的一維陣列化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的充足的體積緩沖空間與較高的電導(dǎo)率，上述復(fù)合納米陣列電極與平板電極相比其大電流下循環(huán)性能有了極大的改善。
　　(4)采用油胺中原位生長(zhǎng)的方法合成了高負(fù)載率的CoO-graphene復(fù)合納米材料并將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中。由于石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的體積緩沖效應(yīng)與極高的電導(dǎo)率，制備的C

5、oO-graphene(9∶1)復(fù)合納米材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能與極高的質(zhì)量比容量，同時(shí)在大電流下電池的快速充放電性能也獲得了較大的提高。
　　(5)采用油胺共還原法合成了一系列不同組分的Rh-Pd合金納米枝晶以及Pt-Cu合金納米晶并將其作為催化劑應(yīng)用于甲醇氧化與氧還原反應(yīng)中。我們發(fā)現(xiàn)還原速率以及表面活性劑對(duì)于特定形貌納米晶的成功合成起到至關(guān)重要的作用。由于它們獨(dú)特的具有高指數(shù)晶面的微觀結(jié)構(gòu)以及雙金屬間的協(xié)同作用，上述合金納米晶

6、表現(xiàn)出優(yōu)于商用鉑碳催化劑的催化活性與穩(wěn)定性。
　　(6)采用油胺中共還原法合成了一系列不同尺寸的Pd-Cu合金納米顆粒并將其制成了Pd-Cu/C催化劑。我們發(fā)現(xiàn)通過控制反應(yīng)中加入十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）的量能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)Pd-Cu產(chǎn)物尺寸的調(diào)控。我們同時(shí)還發(fā)現(xiàn)三辛基氧磷(TOPO)作為絡(luò)合劑對(duì)于單分散合金納米顆粒的成功合成起到至關(guān)重要的作用。由于其均勻的合金結(jié)構(gòu)與較大的比表面積，Pd-Cu/C催化劑期望能在甲酸氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出