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《华南理工大学》 2017年
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钼基纳米复合材料的储锂/钠性能

李香  
【摘要】:钼基化合物具有多变的价态和丰富的化学性质,作为电化学储能材料,它们独特的物理化学性质,如导电性、机械和热稳定性等使其成为研究的热点。本论文以钼基纳米氧化物、碳化物和硫化物为主要研究对象,研究了其制备、结构调控与储锂/钠电化学性能优化,主要内容包括:1.MoO_2/Mo_2C/C复合纳米线。以有机-无机杂化前驱体Mo3O10(C6H5NH3)2·2H2O纳米线作为自模板,通过高温焙烧,得到多级结构MoO_2/Mo_2C/C复合纳米线。纳米化可以缩短离子扩散距离。碳材料可缓冲体积膨胀,维持结构稳定。Mo_2C纳米晶具有良好的导电性和较高的比容量,代替部分碳与MoO_2复合,避免了低容量碳材料降低复合物的整体容量。因此,MoO_2/Mo_2C/C复合纳米线表现出高容量、长循环和高倍率性能。在2 A g-1时,经过500次循环后,该复合仍表现出高达602 mAh g-1的可逆储锂容量。2.Mo_2C/氮掺杂碳(N-C)复合纳米线。在杂化材料Mo3O10(C6H5NH3)2·2H2O纳米线的基础上,在惰性气氛下高温还原,通过控制焙烧温度、气流速度,发展了高性能的锂离子电池负极材料Mo_2C/N-C复合纳米线。在该材料中,具有高容量储锂活性的Mo_2C纳米颗粒均匀分布于连续的氮掺杂碳纳米线。纳米颗粒的小尺寸缩短锂离子的扩散路径,氮掺杂的碳纳米线基底一方面为电子的快速传输提供了通道,另一方面有效缓解了Mo_2C在充放电过程中的体积效应。作为锂离子电池负极材料,Mo_2C/N-C多级异质纳米线明显的电容特性证明其具有快速的储锂动力学,多次充放电循环后线状形貌的保持则证明了其结构的稳定性。在2 A g-1电流密度下,Mo_2C/N-C复合纳米线经过700次循环,容量还能保持732.9 mAh g-1。作为钠离子电池负极,Mo_2C/N-C复合纳米线表现出相比Mo_2C微米颗粒更高的储钠性能。3.MoS_2/C复合微米纤维。以天然生物质棉花作为碳源和模板,通过水热生长和高温碳化,得到MoS_2纳米片垂直生长于微米碳纤维的多级复合材料。纳米碳纤维提供了电子快速转移的通道,并且为MoS_2纳米片提供了稳固的支撑,防止其在储锂/钠过程中坍塌和团聚。因此,与单纯的MoS_2纳米片相比,MoS_2/C复合微米纤维表现出更稳定的储锂/钠性能。此外,研究发现,碳材料的含量对复合物的容量、循环性能和倍率性能有着显著影响。通过调控碳材料的含量,进一步优化了复合物的电化学性能。4.MoS_2@C纳米片组成的花状复合材料。以乙醇为碳源,通过气相沉积技术,制备了均匀纳米碳层包覆MoS_2纳米片的复合物。碳层提高了复合物的导电性,并且有效稳定了纳米片的结构,使其循环性能明显改善。通过调节沉积温度,可以控制碳层的厚度。经过对比优化,MoS_2@C-700表现出最优储钠性能。MoS_2@C-700在1 A g-1时,经过230次循环仍保持304.1 mAh g-1的可逆容量,远远高于MoS_2表现的129.4 mAh g-1的容量。在此基础上,拓展CVD碳包覆用于制备SnS@C复合微米板,同样改善了其储钠稳定性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB33;TM912

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