納米功能材料的設(shè)計(jì)制備及其在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)隨著能源的需求量與日俱增，導(dǎo)致能源的急劇枯竭和環(huán)境的污染，成為人類21世紀(jì)所要面臨的兩大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)高效、清潔、可再生新型能源成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略中的重大課題。在眾多能源的相關(guān)領(lǐng)域中，鋰離子電池和電催化分解水是非常關(guān)鍵的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化途徑。鋰離子電池作為能源儲(chǔ)存方式具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的主要能量來源。而電催化分解水是將電能轉(zhuǎn)換為清潔型氫能的重要能源轉(zhuǎn)化方式

2、，具有產(chǎn)氫純度高、操作簡(jiǎn)單、無污染和可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，電解水制氫是最具有應(yīng)用發(fā)展前景的一種方法，被視作是產(chǎn)生氫能的最佳途徑。因此，設(shè)計(jì)制備具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)、優(yōu)異性能的電極材料和催化劑是促進(jìn)能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化發(fā)展的關(guān)鍵因素。本論文中，我們分別制備了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的八面體微納多級(jí)結(jié)構(gòu)LiFePO4正極材料和豆莢形Co(SxSe1-x)2@C納米纖維的催化劑材料，對(duì)材料的物相和形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并分別研究了它們的電化學(xué)性能。
　　通過控制溶劑熱

3、和熱處理方法，首次合成了新穎單分散的八面體微納多級(jí)結(jié)構(gòu)LiFePO4籠。在本實(shí)驗(yàn)中，首先通過溶劑熱反應(yīng)合成了微米尺寸的單斜相FeFe2(PO4)2(OH)2前驅(qū)物。然后通過高溫還原反應(yīng)，得到最終的產(chǎn)物八面體微納多級(jí)結(jié)構(gòu)的單晶LiFePO4。獨(dú)特的微納多級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)改善LiFePO4自身缺點(diǎn)可行的方法。二級(jí)的微米尺寸的八面體結(jié)構(gòu)能夠確保較高的振實(shí)密度和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。一級(jí)的LiFePO4納米顆粒能夠能夠減小Li+傳輸距離、增大有效的反應(yīng)

4、面積的同時(shí)改善倍率性能。一級(jí)的LiFePO4納米顆粒間隙有利于電解液的滲入，加快Li+脫嵌反應(yīng)。得益于材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性質(zhì)，八面體微納多級(jí)結(jié)構(gòu)LiFePO4籠應(yīng)用于鋰離子正極材料時(shí)在較高的倍率下展現(xiàn)出較好的放電性能和振實(shí)密度，有利于促進(jìn)鋰離子電池的發(fā)展。
　　在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，低成本、高效能電催化劑的研究非對(duì)于全水解反應(yīng)來說尤為重要。雖然基于過渡金屬硫?qū)倩镆呀?jīng)有所研究，但合理設(shè)計(jì)和可控合成具有精細(xì)形貌的納米結(jié)構(gòu)，并且具有連續(xù)化學(xué)組成

5、的過渡金屬硫?qū)倩锏暮铣扇匀皇且粋€(gè)挑戰(zhàn)。在此我們首先合成了前驅(qū)物Co(CO3)0.5(OH)·0.11H2O納米線，并且通過碳包覆、調(diào)節(jié)硒硫化過程，合成了一系列不同化學(xué)組成的Co(SxSe1-x)2納米顆粒包覆在碳纖維內(nèi)部。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形貌使得增加了暴露活性位點(diǎn)以及提高了電荷和物質(zhì)傳輸?shù)哪芰?，Co(SxSe1-x)2產(chǎn)物表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。豆莢形Co(S0.71Se0.29)2@C和Co(S0.22Se0.78)2@C分別具有最好的H