LDH基納米復合材料的制備及吸附和電化學性能研究.pdf

1、層狀復合金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,LDH)是一類典型的陰離子型插層材料。由金屬氫氧化物構成主體層板,陰離子以及一些水分子等客體嵌入到層間形成獨特的層狀結構。近年來,基于LDH獨特的層狀結構,以及層板離子可調控和層間陰離子可交換等特性,使得其在環(huán)境處理和能源儲存等領域越來越受到關注。
　　本論文采用共沉淀法制備出ZnAl-LDH和CoAl-LDH,并以此為基利用自組裝技術分別制備得到了Au/Z

2、nAl-LDO,MnOx/ZnAl-LDO和MnO2/CoAl-LDH復合材料。采用X射線衍射儀(XRD)、聚焦離子束掃描電鏡(FIB/SEM)、透射電鏡(TEM)、傅立葉紅外吸收光譜(FT-IR)、同步熱分析儀(TGA–DSC)和比表面積測試儀(BET)等表征手段對所得樣品進行表征。此外,針對樣品不同的特性,我們測試了Au/ZnAl-LDO和MnOx/ ZnAl-LDO材料對甲基橙的吸附性能,詳細探討了吸附機理和動力學過程;同時也測試

3、了MnO2/CoAl-LDH材料的的超級電容器性能。
　　①利用陰離子交換法/焙燒過程制備得到Au/ZnAl-LDO,LDO具備獨特的―記憶效應‖,再加上Au活性成分的引入,使得Au/ZnAl-LDO展現(xiàn)出十分優(yōu)異的染料吸附性能。實驗中探索了材料組成(Zn與Au元素的含量),焙燒條件(溫度和時間)等對其吸附性能的影響;采用批量吸附實驗得到其等溫線,利用Langmuir模型對其模擬分析,計算得到Au/ZnAl-LDO納米復合材料最大

4、的吸附容量為627.51mg–1;另外,我們進行了熱重復性實驗以評估其循環(huán)利用性能,結果表明在首次重復使用時表現(xiàn)出良好的性能。
　?、诶藐庪x子交換法/原位還原/焙燒過程制備得到MnOx/ZnAl-LDO。錳氧化物是一種優(yōu)秀的吸附材料,因而使得MnOx/ZnAl-LDO表現(xiàn)出對甲基橙優(yōu)異的吸附去除能力。實驗中探討了焙燒條件(溫度和時間)對其吸附性能的影響;同時通過批量吸附實驗得到吸附等溫線,并運用多種等溫線模型、動力學模型和熱力學

5、公式對其吸附過程進行了詳細的分析和討論;通過Langmuir等溫線模型計算所得MnOx/ZnAl-LDO納米復合材料的最大吸附量為617.28mg–1;另外,我們進行了熱重復性實驗以評估其循環(huán)利用性能,結果表明在循環(huán)使用5次后仍保持95％以上的甲基橙去除率,表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)利用性能。
　?、劾煤唵蔚难趸€原方法制備出MnO2/CoAl-LDH納米復合材料。由于CoAl-LDH和MnO2均是電化學性能較好的材料,兩者復合展現(xiàn)出十分

6、優(yōu)異的電化學性能。實驗中探索了不同的制備條件對其電化學性能的影響;對最佳樣品進行了綜合的電化學測試:循環(huán)伏安測試、充放電測試和循環(huán)穩(wěn)定性測試;通過計算其比電容達到1088Fg-1,展現(xiàn)出十分優(yōu)異的電化學性能;另外,MnO2/CoAl-LDH展現(xiàn)良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,在6Ag-1的電流密度下循環(huán)1000次,其比電容保持99％以上。
　　本論文以LDH為基,利用自組裝方法分別得到三種不同的復合材料,根據(jù)其不同的性質,分別研究了其