NiCo2O4材料微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器因其具有高的功率密度、長的使用壽命、環(huán)境友好和較寬的工作溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。電極材料，是超級(jí)電容器的重要組成部分，決定著超級(jí)電容器的性能。因此，開發(fā)和設(shè)計(jì)更高性能的電極材料并將其應(yīng)用在超級(jí)電容器上勢(shì)在必行。金屬氧化物因其具有比碳材料更高的比容量、比導(dǎo)電聚合物更好的循環(huán)穩(wěn)定性而成為一種非常有發(fā)展前景的電極材料。但目前，雙金屬氧化物電極存在活性物質(zhì)利用率低、倍率性能差、循環(huán)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。在全面綜述超級(jí)

2、電容器電極材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，本文以鈷酸鎳（NiCo2O4）為研究對(duì)象。為了提高超級(jí)電容器的電化學(xué)性能，采用“形貌保持”的思想控制合成了系列具有不同維度的微納NiCo2O4材料，系統(tǒng)地研究了NiCo2O4材料的微納結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的關(guān)系，探究了充放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。
　　（1）一維微納NiCo2O4材料
　　分別采用溶劑熱法和微乳法合成了具有一維納米棒結(jié)構(gòu)的NiCo2O4材料，采用溶劑熱法，首次以氨基三乙酸（NTA

3、）作為配體，成功地合成了NiCo-NTA配合物前驅(qū)體，該前驅(qū)體為一維的納米棒結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物NiCo2O4很好地保持了NiCo-NTA配合物的形貌。NiCo2O4納米棒具有多孔的結(jié)構(gòu)，其比表面積為103.4m2 g-1。在1A g-1和20A g-1的電流密度下，NiCo2O4納米棒電極的放電比容量分別為1078F g-1和704F g-1，容量保持率為65.3％。在1A g-1的電流密度下循環(huán)2500周之后，電極的比容量保持率為94.4%；

4、采用微乳法合成了鎳鈷金屬草酸鹽前驅(qū)體，該前驅(qū)體為一維的棒狀結(jié)構(gòu)，煅燒產(chǎn)物NiCo2O4與前驅(qū)體的形貌一致。探討了表面活性劑CTAB、環(huán)己烷、正戊醇在整個(gè)反應(yīng)過程中的作用，推測(cè)了NiCo2O4納米棒的生長機(jī)理。該NiCo2O4一維納米棒具有較高的比容量（在1A g-1電流密度下，比容量為1197F g-1）、較好的倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，并且該材料具有高的功率密度及能量密度。
　?。?）二維微納NiCo2O4材料
　　采用

5、溶劑熱法，在乙二醇和水的混合溶劑中，成功合成了鎳鈷雙金屬乙二醇鹽（NiCo-EG），該前驅(qū)體具有二維納米片的結(jié)構(gòu)。探討了溶劑熱反應(yīng)的時(shí)間、
　　溶劑組成與前驅(qū)體微觀形貌的關(guān)系。經(jīng)過熱處理后，產(chǎn)物NiCo2O4繼承了前驅(qū)體NiCo-EG二維納米片的微觀形貌。與前驅(qū)體不同的是，NiCo2O4納米片的表面不是光滑的，而是由無數(shù)小顆粒組成的多孔結(jié)構(gòu)。首次將單一的NiCo2O4納米片作為電極材料，應(yīng)用到超級(jí)電容器上，在電流密度為1Ag-1和

6、10Ag-1下，比容量分別為1195F g-1和613.9F g-1，容量保持率為51.4%。當(dāng)電流密度為2A g-1時(shí)，循環(huán)2000周循環(huán)之后，比容量保持率為94.7%。
　　（3）三維微納NiCo2O4材料
　　在添加不同鹽時(shí)，采用溶劑熱法分別合成了雙金屬碳酸鹽和雙金屬乙二醇鹽前驅(qū)體。雙金屬碳酸鹽前驅(qū)體具有微米球的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過熱處理后，產(chǎn)物NiCo2O4繼承了前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)。將其作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)，微米球結(jié)構(gòu)的NiCo

7、2O4具有比容量低、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性差；雙金屬乙二醇鹽NiCo-EG是由納米片自組裝而成的納米花球結(jié)構(gòu)，直徑為500nm左右。產(chǎn)物NiCo2O4繼承了前驅(qū)體的微觀形貌，徑向生長的納米片自組裝而成的分等級(jí)納米花球結(jié)構(gòu)，與前驅(qū)體形貌不同的是，產(chǎn)物NiCo2O4分等級(jí)納米花球的表面比較粗糙，是由5nm左右的納米顆粒組成的納米片。探討了反應(yīng)時(shí)間、PVP的量對(duì)于前驅(qū)體形貌的影響，從而得出了NiCo2O4納米多孔結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理。NiCo2O4分