過渡金屬基納米片-介孔碳棒復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、全球氣候變暖以及煤、石油、天然氣等以傳統(tǒng)化石燃料為基礎(chǔ)的能源的有限供應(yīng)極大地影響和限制了世界經(jīng)濟和生態(tài)的發(fā)展，尋找開發(fā)新的綠色、無污染、可再生的能源迫在眉睫。隨著便攜式電子設(shè)備市場的快速增長以及混合動力電動車輛的發(fā)展，人們對環(huán)境友好的大功率能源儲存和轉(zhuǎn)換設(shè)備的迫切需求不斷增加。其中，氫能和電能由于其出色的儲能產(chǎn)能性能受到人們廣泛關(guān)注，在航空、航天和新能源汽車等領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　碳納米材料作為電化學(xué)活性材料的先進載體，在

2、增強其性能方面是非常有利的。然而，目前很少有知識被用于理解作為載體的碳納米材料的孔結(jié)構(gòu)是否可以調(diào)節(jié)能量儲存和轉(zhuǎn)化裝置的性能。本文中，使用具有高比表面積的1D有序介孔碳納米棒（OMCRs），作為2D超薄過渡金屬基MoS2和MnO2納米片的基底材料，制備出有趣的多級納米復(fù)合材料（MoS2@OMCRs和MnO2@OMCRs），并將其分別應(yīng)用于產(chǎn)生氫能和電能，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)。
　　具體工作如下：
　　（1）通過雙模板共組裝的

3、方法，成功地以三嵌段共聚物F127作為孔模板、PVP作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑、結(jié)合低分子量的酚醛樹脂通過高溫高壓水熱反應(yīng)制備出高分子量的具有介孔結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂聚合物，并將其作為碳源在氮氣中經(jīng)過多梯度高溫煅燒，最終形成有序介孔碳納米棒（ OMCRs）。形貌結(jié)構(gòu)表征顯示OMCRs具有均勻的棒狀結(jié)構(gòu)分布，BET結(jié)果證明該材料具有新穎的介孔結(jié)構(gòu)，且具有較大的表面積和孔體積。
　?。?）以 KSCN和 MoO3為原料，在不添加任何添加劑和粘合劑的前提

4、下，僅利用介孔碳棒表面的羧基基團與金屬陽離子之間的靜電引力作用，在介孔碳棒表面修飾上均勻的超薄 MoS2納米片，構(gòu)成新穎的核殼多級納米結(jié)構(gòu)MoS2@OMCRs。在對其進行形貌和結(jié)構(gòu)分析之后，驚奇的發(fā)現(xiàn)該材料仍保有其特殊的介孔結(jié)構(gòu)，這一特殊性質(zhì)使其在作為析氫反應(yīng)催化劑時表現(xiàn)出突出的性能。MoS2@OMCRs在析氫反應(yīng)中具有低至105 mV的起始電勢，幾乎接近于商業(yè)pt/C的塔菲爾斜率（40 mV dec-1），而且在長時間析氫反應(yīng)中也表現(xiàn)

5、出出色的循環(huán)穩(wěn)定性（1000圈CV循環(huán)）和時間響應(yīng)（8000秒），反應(yīng)過程中有連續(xù)不斷的氣泡產(chǎn)生。各種數(shù)據(jù)充分說明其具有良好的電催化析氫效果。該工作首次采用一維介孔碳作為有效的支撐基底，開拓了一種新結(jié)構(gòu)類型的高效電催化劑。
　?。?）以KMnO4和Mn(NO3)2為原料，在介孔碳棒表面利用氧化還原反應(yīng)修飾上均勻疏松的超薄 MnO2納米片，構(gòu)成又一個新穎的核殼多級納米結(jié)構(gòu)MnO2@OMCRs。利用MnO2@OMCRs的贗電容特性以及