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《五邑大学》 2020年
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纳米镍基电催化和储能材料的设计、制备和性能研究

谢卓鸿  
【摘要】:日益严重的能源危机和环境污染已经成为阻碍经济进一步发展和人民生活水平进一步改善的重大问题。因此,开发绿色新能源材料和技术迫在眉睫。电解水制氢和锂离子电池分别是解决可再生能源和高效储能的重要研究方向之一。本论文选择了NiFe_2O_4和NiCo_2O_4两个典型Ni基氧化物材料,通过材料改性、复合等手段,分别探索了它们在电催化析氧反应(OER)和锂离子电池中的应用。具体研究内容包括以下几个方面:1、设计了一种镍铁混合氧化物催化产氧电催化剂使用铁基普鲁士蓝为前驱体,通过镍的掺杂改性,合成了一系列镍铁混合氧化物。通过XRD、XPS、SEM、TEM以及电化学测试等手段研究了不同镍掺杂量以及不同的热处理温度对催化剂形貌和电催化性能的影响。实验结果表明,由镍铁普鲁士蓝类似物经过热处理后得到的镍铁混合氧化物颗粒尺寸为20-150nm,且具有较高的表面氧缺陷浓度。由NiFe_2O_4和NiO构成的纳米多孔镍铁混合氧化物在1M KOH碱性电解液中的测试发现,其OER起始电势和10mV cm~(-2)处的过电位分别为270和370mV,塔菲尔斜率仅有48mV dec~(-1),显示了较快的动力学速度。2、生物质碳材料合成碳/钴酸镍复合物锂离子电池负极材料本研究使用柚子皮作为合成碳材料的前驱体,经过碳化后形成了微米尺度的碳材料(PPC),通过水热法合成钴酸镍(NiCo_2O_4)并均匀负载在其表面,得到了碳/钴酸镍复合物。实验证明将NiCo_2O_4与PPC复合后,能够有效提高NiCo_2O_4的储锂性能和稳定性。在电流密度50mA cm~(-2)下的循环测试中,复合材料的可逆比容量可达522mAh g~(-1);在电流密度500mA cm~(-2)下循环210圈后比容量为473mAh g~(-1);在大电流密度2000mA cm~(-2)下循环1100圈后比容量为363mAh g~(-1),表现出了较好的稳定性,同时具有非常好的倍率性能。
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