收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

液晶模板法制备有序介孔薄膜材料及性能研究

赵丹丹  
【摘要】: 纳米有序结构材料是当前纳米科技领域的一项重要研究内容,因其高的表面积和周期性的纳米结构,在电池、电化学电容器、磁存储元件、传感器、光学材料和生物工程等领域得到了越来越广泛的应用。模板法是构筑纳米有序结构材料的一种有效方法。在众多的模板当中,表面活性剂自组装形成的液晶模板近年来成为研究者们关注的焦点。利用溶致液晶模板,已制备得到一系列金属、合金、半导体、金属氧化物、导电聚合物等纳米有序结构材料,产物结构包括纳米线和介孔纳米薄膜等。溶致液晶模板种类繁多,其纳米结构具有良好的连续性、对称性;构筑溶致液晶相所需的表面活性剂价格低廉,制备工艺、过程可人为调控;在合成材料过程中,溶致液晶模板性能稳定;溶致液晶粘度较大,产物不易团聚,分散性好;通过灼烧、溶解等简单方法即可有效除去产物中的模板:能够大批量地生长纳米有序结构材料,对具有特殊周期性结构的新型纳米功能材料的产业化发展具有重要意义。 电化学电容器是一种新型的储能装置,结合了物理电容器高功率及传统电池高能量密度的优点,其应用领域广泛,已成为新型化学电源研究中的热点之一。过去研究表明,高性能的电化学电容器取决于优秀的电极材料,不仅要求材料具备氧化还原性能,而且具有能够有效产生电容的高比表面积和纳米孔结构。本文综述了纳米有序结构材料和电化学电容器的研究现状与发展趋势,突出论述了液晶模板法制备纳米介孔功能材料的研究进展和应用前景;从纳米材料结构设计的角度出发,以液晶模板法为基础,利用恒电位电沉积技术成功制备出氢氧化镍与氧化镍有序介孔薄膜电极,并对其在电化学电容器领域的应用进行了深入的研究。主要研究工作内容如下: 1.系统研究和比较了Brij 56/高纯水体系和Brij 56/Ni(NO_3)_2水溶液体系的溶致液晶相行为,并绘制出相图。以Brij 56/Ni(NO_3)_2水溶液体系的六角相溶致液晶为模板,利用恒电位电沉积技术在钛基底上成功制备出了新型材料H_(I-e)Ni(OH)_2薄膜。小角X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)测试证明该介孔薄膜材料完全复制了液晶模板的结构,具有规则的纳米孔阵列结构,柱状孔呈六角排列,其孔中心对孔中心距约为7 nm。这种独特的有序纳米孔结构不仅提供了电解液和OH~-离子快速进出电极表面的通道,而且可以使活性离子扩散到Ni(OH)_2的本体相,充分利用电极材料的电活性位发生氧化还原反应,为该材料高比电容的实现提供了重要的形貌基础。初步的研究表明该材料具有成本低、比容量高、循环稳定性好等优点,在电化学电容器方面具有潜在的应用价值。 2.我们认为氢氧化镍薄膜电极的电化学性能可以通过以下方式提高:(1)使用非离子表面活性剂Brij 56作为结构导向试剂;(2)改变沉积电位;(3)改变退火温度。为了验证这一设想,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行物理表征来考察沉积电位和退火温度对薄膜表面形貌的影响;使用循环伏安法(CV)和计时电位法等电化学技术系统研究沉积电位和退火温度对薄膜容量的影响。考察发现,H_(I-e) Ni(OH)_2薄膜的表面粗糙程度随沉积电位的降低而急剧增大。在低温下热处理沉积薄膜只会使薄膜的表面形貌发生微小改变。电化学测试表明,溶致液晶模板、沉积电位以及退火温度在提高H_(I-e) Ni(OH)_2薄膜的电化学电容表现方面扮演了至关重要的角色。在固定电位-0.70 V vs.SCE下沉积并在100℃下热处理1.5小时后的得到的H_(I-e) Ni(OH)_2薄膜可获得高达578 F g~(-1)的单电极比电容,其电化学性能明显优于在相同条件下从没有模板存在的Ni(NO_3)_2水溶液体系中沉积得到的普通氢氧化镍薄膜。 3.在空气氛中对新沉积得到的H_(I-e) Ni(OH)_2薄膜在不同温度下进行热处理,成功地合成出一系列氧化镍有序介孔薄膜。采用热解重量和示差热重法(TG-DTG),透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射法(XRD)进行薄膜的物理表征,发现在较低温度下形成的氧化镍有序介孔薄膜仍保持着有序介孔结构,其孔尺寸均一,孔径约为2.3 nm。电化学研究表明,NiO有序介孔薄膜的比电容与退火温度密切相关,在250℃下退火1.5 h后得到的薄膜电极最大比电容达到590 F g~(-1)。在此加热温度下氢氧化镍刚转变为非化学计量的氧化镍,而氧化镍的非化学计量性质(缺陷性质)有利于提高材料的赝电容。然而,在更高温度下热处理则会导致氧化物表面积和表面活性的降低,从而引起比电容的大幅下降。研究表明,作为一种低成本、高性能的电极材料,氧化镍有序介孔薄膜在电化学电容器方面具有广阔的应用前景。我们有理由认为,经由溶致液晶模板的电化学路径可灵活制备范围广泛、性能优良的过渡金属氢氧化物、氧化物等有序介孔薄膜材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨一明;于维平;;掺杂Co(OH)_2对超级电容器正极材料Ni(OH)_2性能的影响[J];材料热处理学报;2011年05期
2 李延伟;刘长久;姚金环;;非晶相氢氧化镍电极材料的研究进展[J];现代化工;2010年02期
3 孙德慧;崔振峰;张吉林;任慧娟;左妍;纪晓娜;;氢氧化镍纳米粒子的水热合成与表征[J];长春工程学院学报(自然科学版);2010年03期
4 黄永攀,李道火,王锐,黄伟;化学沉淀法制备电极用纳米β-Ni(OH)_2粉体材料[J];中国粉体技术;2004年04期
5 刘晓峰;王斌;宫玮;;Ni-S合金电极的制备工艺概述[J];舰船防化;2009年02期
6 王超群,王宁,李娜娜,张久兴;氢氧化镍电极材料的层错结构表征[J];中国有色金属学报;2002年03期
7 王倩;唐致远;;电沉积MnO_2薄膜及其性能研究[J];电镀与精饰;2009年01期
8 赵林;樊占国;秦高梧;;电沉积制备CuCo颗粒膜微观结构和巨磁电阻效应研究[J];功能材料;2008年09期
9 庞来学;李爱民;徐静;韩念凤;郝秀红;;薄膜太阳电池CIGS吸收层低成本制备-电沉积工艺研究[J];陶瓷学报;2010年04期
10 谷历文;刘继平;;电沉积方法制备稀土功能合金膜[J];中山大学研究生学刊(自然科学版);1997年01期
11 刘志锋;靳正国;李巍;武卫兵;邱继军;;聚苯乙烯球模板辅助电沉积制备多孔片晶ZnO薄膜[J];硅酸盐学报;2005年12期
12 于子龙;陈福义;介万奇;闫晓红;;沉积电位对CdSe纳米晶薄膜的结构、形貌和光学性质的影响[J];功能材料;2008年05期
13 刘卫红,廖龙标;水溶液中镁-镍合金的电沉积合成[J];复旦学报(自然科学版);2004年04期
14 孟令款;于维平;;乙醇-水体系电沉积制备Ni(OH)_2超级电容器正极材料的研究[J];材料热处理学报;2006年05期
15 邹光龙;陈卫祥;付维军;;离子液体添加剂对电沉积氢氧化镁薄膜形貌的影响[J];材料导报;2010年S1期
16 陈野;赵文丽;温青;;阳极电沉积Ti/MnO_2电极及其苯酚降解的电催化性能[J];电化学;2011年02期
17 张晓燕;刘卫红;单秀萍;;水溶液中电沉积镁基储氢合金的研究[J];电镀与精饰;2006年06期
18 池玉娟;付宏刚;史克英;齐乐辉;张恒彬;于海涛;;ITO/TiO_2表面电沉积CdS纳米粒子及其薄膜的光电性能[J];高等学校化学学报;2007年12期
19 吕彦玲;邵光杰;赵北龙;吴伟;;稀土镧掺杂MnO_2电极的制备及性能研究[J];中国稀土学报;2009年05期
20 刘冰,龚正烈,姚素薇,郭鹤桐,袁华堂,张允什;半导体硅上电沉积Cu/Co层状薄膜[J];物理化学学报;1999年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 薛雷;王为;;电化学沉积氢氧化镍电极材料的研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
2 李悦明;李玮瑒;侴术雷;陈军;;多孔空心氢氧化镍电极材料的研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
3 汪振辉;陈体伟;李晶;王栋;乔海燕;黄爱平;;电沉积双金属微粒电极及对甲醇的电催化研究[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年
4 张辉;马向阳;杨德仁;;电沉积制备中络合剂对光伏材料CdS的影响[A];中国第六届光伏会议论文集[C];2000年
5 迟广俊;冯钊永;赵瑾;姚素薇;;电化学制备纳米金属多层膜与多层纳米线[A];天津市电镀工程学会第九届学术年会论文集[C];2002年
6 卜路霞;王为;;恒电位沉积Bi_2Te_(3-y)Se_y温差电材料薄膜[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
7 卜路霞;王为;;恒电位沉积Bi_2Te_(3-y)Se_y温差电材料薄膜[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
8 姚素薇;班春梅;余碧涛;刘恒权;张卫国;王宏智;;硬脂酸单分子膜诱导电沉积Ag薄膜[A];天津市电镀工程学会第九届学术年会论文集[C];2002年
9 杨恒修;张惠;宋振纶;;Cu-In合金薄膜共沉积过程中pH值的影响[A];2007年上海市电子电镀学术年会论文集[C];2007年
10 黄庆华;王先友;李俊;;超级电容器电极材料-MnO_2的电化学制备及其应用研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵丹丹;液晶模板法制备有序介孔薄膜材料及性能研究[D];兰州大学;2007年
2 周文佳;锂离子电池与电化学电容器电极材料的制备及性质研究[D];兰州大学;2008年
3 杨广武;燃料电池和电化学电容器纳米电极材料的制备与性质研究[D];兰州大学;2009年
4 余丹梅;纳米氢氧化镍电极材料的研究[D];重庆大学;2004年
5 孟凡明;自动激活锌银储备电池电极材料的制备技术与性能研究[D];四川大学;2004年
6 上官恩波;绿色化学电源镍基正极材料的合成、结构和性能研究[D];河南师范大学;2012年
7 王庐岩;溶致液晶模板法组装贵金属纳米结构材料[D];山东大学;2005年
8 池玉娟;CdS和CdSe在TiO_2薄膜表面的可控沉积及光电性能研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 贾法龙;基于电化学技术的温差电材料和微型温差发电器制备及相关机理研究[D];天津大学;2006年
10 邹光龙;氢氧化镁、氧化锌微/纳米结构的软化学合成与表征[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢莹;氧化镍功能材料的电沉积制备工艺及性能研究[D];郑州大学;2005年
2 董鹏;水溶液中电沉积Zn-Ni-RE合金镀层的工艺及机理研究[D];昆明理工大学;2007年
3 宋振兴;Co/Cu多层纳米线的电化学制备和性能研究[D];天津大学;2007年
4 李剑;CdSe/聚苯胺纳米复合材料的电化学制备及表征[D];天津大学;2008年
5 付国瑞;钴、镍氢氧化物及其氧化物的电沉积制备与电化学电容性能研究[D];西北师范大学;2010年
6 陆文娟;室温离子液体中金的电沉积研究[D];苏州大学;2007年
7 张欣;咪唑类离子液体合成及铝的电沉积研究[D];山东理工大学;2009年
8 曹刚敏;功能性代铬镀层电沉积及其结构与性能研究[D];厦门大学;2001年
9 牛立斌;电沉积Ni-W-P合金镀层的研究[D];西安建筑科技大学;2006年
10 陈玉明;碳纳米管/铅基新型滑动轴承材料的制备及其摩擦磨损性能研究[D];广东工业大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;FDK开发新的电极材料技术[N];中国有色金属报;2002年
2 周硕;杜邦开发不用钌的PDP电极材料[N];电子资讯时报;2008年
3 杨建峰 李小明 张彦杰;动力型锂电池通过国家级认定[N];中国船舶报;2008年
4 高飞;聚合物电极材料成功应用于电容器[N];科技日报;2007年
5 ;二冷轧一项技术改赢得三个效益[N];本溪日报;2008年
6 泽源;日本东洋铝业抢滩中国铝箔市场[N];上海证券报;2006年
7 杨虹;石墨——电火花放电加工技术的黑色动力[N];中国高新技术产业导报;2006年
8 本报记者 格日勒图;包钢:创新亮出自己的名片[N];内蒙古日报(汉);2006年
9 蔡忠仁;金属硫化物纳米插层电极材料面世[N];中国化工报;2010年
10 本报驻美国记者 毛黎;给电造个经济适用的“家”[N];科技日报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978