納米功能材料的設計制備及其在能源儲存與轉換領域的應用.pdf

1、當今社會隨著能源的需求量與日俱增，導致能源的急劇枯竭和環(huán)境的污染，成為人類21世紀所要面臨的兩大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)高效、清潔、可再生新型能源成為經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略中的重大課題。在眾多能源的相關領域中，鋰離子電池和電催化分解水是非常關鍵的能源儲存和轉化途徑。鋰離子電池作為能源儲存方式具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長和環(huán)境友好等優(yōu)點，被認為是電動汽車和混合動力汽車的主要能量來源。而電催化分解水是將電能轉換為清潔型氫能的重要能源轉化方式

2、，具有產(chǎn)氫純度高、操作簡單、無污染和可循環(huán)使用等優(yōu)點，電解水制氫是最具有應用發(fā)展前景的一種方法，被視作是產(chǎn)生氫能的最佳途徑。因此，設計制備具有獨特結構、優(yōu)異性能的電極材料和催化劑是促進能源儲存和轉化發(fā)展的關鍵因素。本論文中，我們分別制備了具有獨特結構的八面體微納多級結構LiFePO4正極材料和豆莢形Co(SxSe1-x)2@C納米纖維的催化劑材料，對材料的物相和形貌結構進行了表征，并分別研究了它們的電化學性能。
　　通過控制溶劑熱

3、和熱處理方法，首次合成了新穎單分散的八面體微納多級結構LiFePO4籠。在本實驗中，首先通過溶劑熱反應合成了微米尺寸的單斜相FeFe2(PO4)2(OH)2前驅物。然后通過高溫還原反應，得到最終的產(chǎn)物八面體微納多級結構的單晶LiFePO4。獨特的微納多級結構是一個改善LiFePO4自身缺點可行的方法。二級的微米尺寸的八面體結構能夠確保較高的振實密度和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。一級的LiFePO4納米顆粒能夠能夠減小Li+傳輸距離、增大有效的反應

4、面積的同時改善倍率性能。一級的LiFePO4納米顆粒間隙有利于電解液的滲入，加快Li+脫嵌反應。得益于材料結構的優(yōu)良性質(zhì)，八面體微納多級結構LiFePO4籠應用于鋰離子正極材料時在較高的倍率下展現(xiàn)出較好的放電性能和振實密度，有利于促進鋰離子電池的發(fā)展。
　　在能源轉化領域，低成本、高效能電催化劑的研究非對于全水解反應來說尤為重要。雖然基于過渡金屬硫屬化物已經(jīng)有所研究，但合理設計和可控合成具有精細形貌的納米結構，并且具有連續(xù)化學組成

5、的過渡金屬硫屬化物的合成仍然是一個挑戰(zhàn)。在此我們首先合成了前驅物Co(CO3)0.5(OH)·0.11H2O納米線，并且通過碳包覆、調(diào)節(jié)硒硫化過程，合成了一系列不同化學組成的Co(SxSe1-x)2納米顆粒包覆在碳纖維內(nèi)部。獨特的結構和形貌使得增加了暴露活性位點以及提高了電荷和物質(zhì)傳輸?shù)哪芰Γ珻o(SxSe1-x)2產(chǎn)物表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。豆莢形Co(S0.71Se0.29)2@C和Co(S0.22Se0.78)2@C分別具有最好的H