多元金屬硫化物電極材料的制備及其超級(jí)電容器性能的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)具有較高性能的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備已成為當(dāng)前人們關(guān)注的熱點(diǎn)。超級(jí)電容器,因其具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、快速充放電等顯而易見的多種優(yōu)異特性，能夠作為一類新型的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置,并且得到了眾多研究學(xué)者們的廣泛關(guān)注。超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能由材料的微觀結(jié)構(gòu)、比表面積及形貌決定，合成具有特殊結(jié)構(gòu)及理想組分的電極材料有利于提高超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
　　本文以功能配位化合物為前驅(qū)體，設(shè)計(jì)合成出一系列的具有卓越形

2、貌的微納米材料，并將其用于電化學(xué)體系，最終實(shí)現(xiàn)了電極材料電化學(xué)性能的調(diào)控與提升，取得的研究成果如下：
　　一、以四水合乙酸鈷與1，3，5-苯甲酸為反應(yīng)物，采用簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)，制備出大量的鈷的功能型配位化合物單晶體，以此為前驅(qū)體，與過渡金屬鎳離子進(jìn)行離子交換，通過調(diào)整離子交換的時(shí)間，設(shè)計(jì)合成出一系列具有可調(diào)控組分的多金屬中心同構(gòu)配位化合物，從而實(shí)現(xiàn)了單晶到單晶的轉(zhuǎn)移,并進(jìn)一步將這些離子交換后所得的異質(zhì)金屬配位化合物為前驅(qū)體,合成出一

3、系列新型的且具有分等級(jí)結(jié)構(gòu) NixCo3-xS4(x=0.15-0.42)微米花，并將其作為超級(jí)電容器的電極材料，最終實(shí)現(xiàn)了中心金屬比例的改變來改變生成物的電化學(xué)性能的目的。這項(xiàng)研究為以后制備超級(jí)電容器電極材料提供了一個(gè)新的合成路徑。
　　二、以鈷的功能型配位化合物為前驅(qū)體，采用簡(jiǎn)單的溶劑熱反應(yīng)，合成出大量的三維分等級(jí)結(jié)構(gòu)的CoS1.097微米花。詳細(xì)的考察了反應(yīng)溶劑的pH對(duì)產(chǎn)物形貌的影響。將獲得的CoS1.097微米花作為超級(jí)電

4、容器的電極材料，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的探究，研究結(jié)果表明單金屬中心的CoS1.097微米花具有較低的比容量和倍率性能。為了提高電極材料的電化學(xué)性能,我們采用雙金屬協(xié)同作用的策略，將過渡金屬鎳離子這一有益的陽離子與CoS1.097微米花進(jìn)行離子交換，通過反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)物濃度的改變合成出一系列具有卓越形貌的NixCo1-xS1.097(x=0.1-0.48)微米花，不但實(shí)現(xiàn)了材料組分的調(diào)控而且保持了母體材料的結(jié)構(gòu)。將已制備的 NixC

5、o1-xS1.097(x=0.1-0.48)微納米材料用于超級(jí)電容器體系，研究結(jié)果表明制備的NixCo1-xS1.097(x=0.1-0.48)電極材料，在雙金屬離子的協(xié)同作用下，多元金屬硫化物的比容量和倍率性能得到了明顯的提高。這項(xiàng)研究為制備具有卓越形貌和理想組分的高性能超級(jí)電容器電極材料提供了很有價(jià)值的參考。
　　三、與單金屬硫化物相比，多元金屬硫化物作為超級(jí)電容器的電極材料時(shí)，具有較高的比容量和倍率性能，但是，其電化學(xué)性能仍

6、不能滿足眾多研究者的需求。然而，石墨烯具有比表面積大、導(dǎo)電性強(qiáng)和機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的用于材料的復(fù)合，進(jìn)而提高電極材料的電子傳輸性能?；谝陨希覀儾捎煤?jiǎn)單的水熱反應(yīng)成功的將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的還原石墨烯（ rGO）引入到 CoS1.097、Ni0.22Co0.78S1.097、Ni0.46Co0.54S1.097和 Ni0.48Co0.52S1.097微納米材料中制得相應(yīng)的復(fù)合材料，并將其用于超級(jí)電容器的電極材料，通過循環(huán)伏安和恒流充放