鈷酸鎳復(fù)合氧化物的電化學(xué)性能研究

1、-范文最新推薦- 鈷酸鎳復(fù)合氧化物的電化學(xué)性能研究 摘要：利用鎳、鈷的硝酸鹽為原料并以二乙烯三胺為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，成功地用水熱法合成了純的尖晶石型鈷酸鎳。用 XRD、SEM、N2 吸脫附法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征，并重點(diǎn)利用循環(huán)伏安法和恒流充放電研究了尖晶石型鈷酸鎳的電化學(xué)性能。結(jié)果表明：熱處理溫度、時(shí)間，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的量對(duì)鈷酸鎳的電化學(xué)性能皆有影響；M2+:DETA=3:1 且 250退火2h 的鈷酸鎳電化學(xué)性能最好。其微觀結(jié)構(gòu)為由納米級(jí)薄片組裝成的小球體，孔隙結(jié)構(gòu)豐富， 比電容可達(dá) 755.81F/g (1A/g)、 696.23F/g (5A/g)、 635.91F/g (10A/g)、 365.55

2、F/g (50A/g)，甚至當(dāng)電流密度增至 100A/g時(shí)，比電容仍有 252.66F/g。7199關(guān)鍵詞： 鈷酸鎳；水熱合成；尖晶石；電化學(xué)性能Study on the Electrochemical Property ofNickel Cobalt OxideAbstract:Pure spinel-type nickel cobalt oxide (NiCo2O4) was sucessfully prepared byhydrothermal synthesis method with nickel nitrate and cobaltnitrate as raw materials

3、andDETA (diethylenetriamine) as structure-directing agent. Product was characterized by XRD,SEM, physical adsorption/desorption measurements of N2. Electrochemical property wasinvestigated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge testing. The results showedthat the electrochemical prope

4、rty was affected by heat-treatment temperature and holding timeas well as the magnitude of DETA. And NiCo2 O4 had the best electrochemical property whenM2+:DETA was 3:1 and it was annealed at 250 for 2 hours, the microstructure of which wasspheres constituted by nanoflakes and abunded with pores, ex

5、hibiting high specificcapacitances of 755.81F/g at 1A/g, 696.23F/gat 5A/g, 635.91F/g at 10A/g, 365.55F/g at50A/g, respectively. And it can remain a specific capacitance of 252.66F/g even when thecurrent density increases to 252.66F/g. 1.2.7其他方法 . 121.3選題的目的和意義 . 121.4課題的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo) . 132實(shí)驗(yàn)方法 . 142.1實(shí)驗(yàn)試劑

6、和實(shí)驗(yàn)儀器 . 142.1.1實(shí)驗(yàn)試劑 . 142.1.2實(shí)驗(yàn)儀器 . 152.2實(shí)驗(yàn)步驟 . 152.2.1粉末產(chǎn)物的合成 . 152.2.2粉末產(chǎn)物的退火 . 162.3 實(shí)驗(yàn)樣品的表征 . 163實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 . 163.1不同燒結(jié)溫度對(duì) XRD的影響 . 173.2掃描電鏡表征 . 18 八面體之間彼此共邊，其中六條邊是填滿的八面體共用，另六條邊與未填滿的八面體共用。由于沒(méi)有陰離子在八面體之間，因此八面體距離比較短，這樣尖晶石中電導(dǎo)主要是通過(guò)電子在八面體之間的遷移產(chǎn)生的。目前作為析氧電催化劑研究的尖晶石型氧化物包括鈷尖晶石如Co3O4、NiCo2O4 等，鐵氧體如 Fe3O4、NiF

7、e2O4、CoFe2O4、CoFe2-xNixO4 等1。 其中，NiCo2O4 的反尖晶石結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有 Ni等不同價(jià)態(tài)（有研究者認(rèn)為還可能含有 Ni4+、Co4+） ，因此在析氧反應(yīng)時(shí)能夠產(chǎn)生高價(jià)的中間態(tài)鈷化合物，并且通過(guò) Co3+電對(duì)來(lái)傳遞氧化還原反應(yīng)的電子。Co的電對(duì)和 Ni的電對(duì)都具有很強(qiáng)的電催化能力。因而，NiCo2O4相比于上述其它材料，具有更強(qiáng)的電催化能力，能夠高效率地催化“析氧反應(yīng)”（OER, oxygen evolution reaction）的發(fā)生和催化水的電解。NiCo2O4 被研究者普遍認(rèn)為是目前最有希望替代傳統(tǒng)的鎳金屬的陽(yáng)極材料。從粉體制備的

8、角度出發(fā)， 要求尖晶石具有大的表面積以及良好的結(jié)晶狀況。表面積越大，則參與催化反應(yīng)的有效尖晶石表面越多，性能越好。所以此類尖晶石不能象鐵氧體一樣可以利用常規(guī)的高溫固相反應(yīng)方法來(lái)合成，能夠適用的合成方法主要為低溫濕化學(xué)的方法。目前尖晶石氧化物制備方法主要有：（1）金屬鹽熱分解這是目前制備鈷尖晶石較常用的方法。該方法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單快捷。將金屬硝酸鹽或者氯化物按照化學(xué)計(jì)量比混合、 研磨混合或者配制成一定濃度的溶液，然后經(jīng)濃縮干燥后在一定溫度下將其煅燒分解而得到尖晶石。 率、電子功函數(shù)、載流子的數(shù)量和遷移率以及禁帶寬度等。這些參數(shù)與尖晶石氧化物的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，同時(shí)也依賴于其制備方法和條件。導(dǎo)電

9、率是尖晶石氧化物一個(gè)重要的電學(xué)參數(shù)。它主要依賴于尖晶石中自由電子和空穴的數(shù)量。在周期表中，處于長(zhǎng)周期開(kāi)始處的過(guò)渡金屬化物一般為n型半導(dǎo)體而處于后面的一般為 p 型半導(dǎo)體。所以鈷尖晶石如 Co3O4、Co2O4、MnCo2O4、ZnCo2O4 等都為 p型半導(dǎo)體。在 p 型半導(dǎo)體中，電導(dǎo)率與其成分偏離化學(xué)計(jì)量比的程度密切相關(guān)。當(dāng)組成中存在過(guò)量氧時(shí)，氧化物的電導(dǎo)率增加；而氧化物經(jīng)過(guò)真空熱處理以后，由于物質(zhì)中氧的缺失而使電導(dǎo)率下降。鈷尖晶石氧化物的電導(dǎo)率比簡(jiǎn)單氧化物 NiO、Co2O3、MnO等要高，NiCo2O4 為10-2S/cm，Co3O4 為 10-4S/cm，而 MnCo2O4 為 10-3S/cm。為了提高鈷尖晶石的導(dǎo)電能力，一個(gè)方法就是摻入其它離子。另一個(gè)很重要的方法就是將鈷尖晶石沉積在導(dǎo)電載體如碳、碳黑、石墨或者金屬鎳表面形成復(fù)合電極使用，這也是實(shí)驗(yàn)中常用的方法。NiCo2O4 的禁帶寬度約為 0.1-0.4eV。而對(duì)于禁帶寬度與尖晶石的催化性能的內(nèi)在聯(lián)系目前還