KCu7S4基復合及衍生微納結(jié)構(gòu)的制備與超級電容器性能研究.pdf

1、在超級電容器領(lǐng)域，金屬硫化物已經(jīng)受到研究者與日俱增的關(guān)注。和對應的金屬氧化物比較，它們有更強的導電能力和更高的機械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，以及更豐富的氧化還原反應，這預示著金屬硫化物有更強的電荷存儲能力。但較低的穩(wěn)定性、模糊的存儲機理制約著金屬硫化物的發(fā)展。目前，尋求高效、低成本的合成方法，厘清硫化物的電化學存儲機理以及建立明晰的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系是材料、化學、能源等學科交叉的重要領(lǐng)域。因此，為了推動金屬硫化物在超級電容器領(lǐng)域的研究和進步，本文圍

2、繞KCu7S4化合物，高效、可控的合成了具有多組分、多維度的納米復合材料。通過一系列的材料表征和電化學測試手段，初步研究了它們的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布，并探索了它們在超級電容器方面的應用。具體的研究內(nèi)容有：
　?、偈紫炔捎盟疅岱ê铣闪艘痪S KCu7S4結(jié)構(gòu)，其中，乙醇為還原劑、溶劑， KOH為礦化劑和摻雜劑。觀察了 KCu7S4在不同合成時間的形貌、組分的變化。隨著反應時間的延長，KCu7S4可從三維花狀的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€

3、/棒狀形貌，其中 K+離子的摻雜量的變化扮演了重要作用。另外，本文也首次揭示了一維KCu7S4結(jié)構(gòu)的比表面積和孔徑分布，探索了它在堿性電解液中的電化學性質(zhì)。結(jié)果表明：KCu7S4最高比電容值為382.5 F g-1（0.5 A g-1），在20 A g-1時的比電容保留率為55.4％（212 F g-1），2000次充放電測試后電容保留率為83.8%。這些結(jié)果說明， KCu7S4在堿性電解液中顯示出了較好的超級電容器性能，
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4、為了進一步改善KCu7S4-LiOH體系的電化學性能，本文采用簡便的化學共沉積方法制備了 KCu7S4@NiMn-LDH納米復合材料。促使 NiMn-LDHs納米片原位生長在 KCu7S4表面，并最大程度保留 KCu7S4結(jié)構(gòu)和形貌。材料表征表明， NiMn-LDHs納米片不僅能自發(fā)的密集排列于KCu7S4的表面，并且通過調(diào)節(jié)Ni和Mn元素的初始摩爾比例，可以調(diào)控它們的排列形式，或交錯，或平行。電化學測試表明，KCu7S4@NiMn-L

5、DH電極的最高比電容值為792 F g-1（1 A g-1），而在高電流20 A g-1時的比電容量保留率為77.5%。；另外，初始內(nèi)阻和電子轉(zhuǎn)移電阻分別為：0.9Ω和2.4Ω，穩(wěn)定性測試中電容保留率為89.2%。和KCu7S4線電極相比，這四項指標均有較大幅度的增加，說明原位方式構(gòu)筑復合材料的合理設(shè)計能夠開發(fā)出更優(yōu)異的KCu7S4基超級電容器電極材料。
　?、蹫榱送卣筀Cu7S4線的合成應用，本文利用KCu7S4線為模板，依據(jù)C

6、u+離子和MnO4-的氧化還原反應，巧妙地衍生出一種包含CuO和MnO2的空心核殼結(jié)構(gòu)。并觀察了不同的反應時間， CuO/MnO2結(jié)構(gòu)和組分的變化。另外，在CuO/MnO2-Na2SO4體系的電化學測試中，CuO/MnO2復合物最高的比電容值為252.6 F g-1。經(jīng)1000次穩(wěn)定性測試后，比電容保留率為90.8%。
　　以上圍繞KCu7S4化合物的設(shè)計和合成，為開發(fā)和利用KCu7S4化合物作為超級電容器電極材料開拓了新的思路，