钼基低维氧化物及硫化物的制备与电化学性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zixian007
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超级电容器具有功率密度高、使用寿命长、安全性高等优点,是一种可以高效快速存储和释放的储能设备。因此,超级电容器在便携式电子产品、混合动力或纯电动汽车和智能电网等领域具有广阔的应用前景。在过去几十年中,科学家们除了对石墨烯进行大量研究外,混合过渡金属氧化物和过渡金属二硫化物作为重要的工业材料,在能源领域也得到了广泛的关注。本论文采用一步水热法制备一维V0.13Mo0.87O2.935纳米线,由四种不同浓度的溶液采用一步微波法制备MoS2纳米片和MoS2@ACF复合材料,通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其结构和形貌进行表征。最后将其应用于超级电容器通过电化学工作站对V0.13Mo0.87O2.935、四种不同浓度的溶液制备的MoS2和MoS2@ACF复合材料进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗和循环稳定性等电化学性能表征。本论文的主要研究内容如下:(1)通过一步水热法成功制备一维V0.13Mo0.87O2.935纳米线。并对其结构和形貌进行XRD、SEM、TEM、XPS、N2吸附-解吸等温线分析,研究表明样品为均匀的一维多晶结构,其直径为20-30 nm,长度大于10μm。此外,将其作为超级电容器电极材料,在三电极体系中以1 M Na2SO4为电解液进行电化学性能测试,结果表明当电流密度为2 A g-1具有较高的比电容385.2 F g-1。当电流密度从2 A g-1增加到10 A g-1时,表现出优异的倍率性能91.5%,且具有突出的循环稳定性,循环10000次CV后,其容量保留率为97.6%。(2)通过改变反应物的浓度采用一步微波法制备MoS2纳米片,并对其结构和形貌进行XRD、SEM、TEM表征。研究表明0.0075 mol Na2Mo O4制备的MoS2为均匀的片状结构。随着反应物浓度的增加,MoS2纳米片出现自组装现象,形成纳米球。此外,将所制备不同浓度的MoS2用作超级电容器电极材料,并在三电极体系中以1 M KCl为电解液进行电化学性能测试。结果表明在电流密度为0.5 A g-1时,0.0300 mol Na2Mo O4制备的MoS2比电容最大为83.36 F g-1,说明该材料的比电容有待提高。经过6000次CV测试后,0.0300 mol Na2Mo O4制备MoS2的容量保持率为76.2%,说明其电化学性能需要进一步改善。(3)为了提高MoS2的电化学性能,在上一章的基础上,通过改变反应物的浓度采用一步微波法制备MoS2@ACF复合材料,并对其结构和形貌进行XRD、SEM和XPS表征。研究表明0.0075、0.0150 mol Na2Mo O4制备的MoS2@ACF复合材料,MoS2为片状结构嵌入或附着在ACF表面。0.0300 mol Na2Mo O4制备的MoS2@ACF复合材料,MoS2团聚成团附着在ACF表面。0.0500 mol Na2Mo O4制备的MoS2@ACF复合材料,ACF表面被MoS2均匀致密的覆盖。对0.0500 mol Na2Mo O4制备MoS2@ACF复合材料进行了XPS表征,结果表明MoS2@ACF复合材料由C、Mo、S和O四种元素组成。此外,将所制备不同浓度的MoS2@ACF复合材料及纯ACF用作超级电容器的电极材料,并在三电极体系中以1 M KCl为电解液进行电化学测试。结果表明在电流密度为0.5 A g-1时,0.0300 mol Na2Mo O4制备的MoS2@ACF复合材料比电容最高为492.36 F g-1,经过9500次CV后,其比电容的保持率为97.5%,与纯MoS2和纯ACF电极材料相比,MoS2@ACF复合材料的比电容和电化学循环稳定性显著提高。
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