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CuBi_2O_4颗粒的制备及其电化学性能研究

张云川  
【摘要】:本文主要研究了共沉淀法和聚丙烯酰胺溶胶凝胶法制备Cu Bi2O4样品,及关于部分样品的电化学性能研究,具体内容和结论如下:一、采用共沉淀法在15℃和25℃下制备出不同形貌的Cu Bi2O4颗粒,通过XRD分析所得样品均为单相的Cu Bi2O4。在15℃时Na OH浓度为2 M、4 M、6 M、8 M得到随着Na OH浓度的增加Cu Bi2O4颗粒的形貌由不规则的哑铃状结构变成规则的分层微球结构,其颗粒尺寸由1 um左右增长到4 um左右;在25℃时Na OH浓度为1 M、2 M、4 M、6 M也得到由纳米棒通过自组装过程形成的Cu Bi2O4分层微球结构。在15℃时:以Na OH浓度(4 M)为基础,在添加剂KH2PO4的作用下,Cu Bi2O4颗粒出现了球花状结构,增加KH2PO4浓度花的直径变短,组成花状结构的纳米棒也变宽;以Na OH浓度(3 M)为基础,通过不同浓度添加剂KCl的作用,得到了Cu Bi2O4颗粒形貌从从不规则哑铃状结构到规则的柱状结构的衍变。Cu Bi2O4颗粒具有很好的光吸收特性,其带隙Eg约为1.88 e V。二、采用聚丙烯酰胺溶胶凝胶法制备Cu Bi2O4纳米颗粒。以不同络合剂、不同丙烯酰胺量对Cu Bi2O4纳米颗粒形貌进行调控。XRD分析表明,利用聚丙烯酰胺溶胶凝胶法制备的样品均为单相Cu Bi2O4纳米颗粒。在以酒石酸、柠檬酸、醋酸、EDTA分别为络合剂的条件下,得到的Cu Bi2O4纳米颗粒形貌均为类球状,其中以酒石酸为络合剂制备的样品颗粒直径约为300 nm左右,分散性最好。以酒石酸为络合剂,丙烯酰胺与金属阳离子摩尔比为9:1时是制备样品的最佳实验参数。Cu Bi2O4纳米颗粒具有很好的光吸收特性,其带隙Eg约为1.85 e V。三、选取25℃时利用共沉淀法以不同Na OH浓度制备的Cu Bi2O4样品(1 M、2 M、4 M、6 M分别被称为样品S1、S2、S3、S4)作为电极材料,对其电化学性能进行测试。经过电化学测试后得到,共沉淀法制备的Cu Bi2O4颗粒具有良好的电化学性能。特别是由0.5-1 um微球组成的S1样品,在2 M KOH电解质中电流密度为1 A/g时其比电容值达到1895 F/g;在6 A/g电流密度下进行恒电流充放电循环测试,循环1200圈后比电容的保持率为82%,这表明Cu Bi2O4颗粒作为电极材料具有良好的循环稳定性。因此,良好的电化学性能使Cu Bi2O4很有希望应用于超级电容器电极材料。


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