靜電紡絲法構(gòu)筑一維納米雜化材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、伴隨著人類文明的發(fā)展，突顯出許多亟待解決的問題，諸如環(huán)境污染和能源危機。面對以上問題，必須發(fā)展先進的能源技術(shù)，實現(xiàn)能源的綠色化。在能源轉(zhuǎn)化和儲能系統(tǒng)研究領(lǐng)域，普遍持有的共識是一維納米材料(包括納米線、納米棒和納米管等)因具備較高的比表面積、大孔隙率和極大的長徑比而被認(rèn)為是最為理想的材料之一。
　　靜電紡絲技術(shù)自1934年被首次發(fā)現(xiàn)后，就引起了人們的廣泛關(guān)注和深入研究。目前，靜電紡絲作為有效的可以大規(guī)模連續(xù)化制備納米纖維的方法之一被

2、應(yīng)用到各個研究領(lǐng)域。與其他制備一維納米材料的方法相比，該方法具有操作設(shè)備簡單、紡絲成本低廉、可紡纖維種類繁多和纖維形貌可控等優(yōu)勢。通過這種方法制備的一維納米材料具有大比表面積、高孔隙率、大長徑比等優(yōu)勢。通過加入功能性組分來有機的結(jié)合一維納米材料與功能性組分的優(yōu)勢，制備獲得一維納米雜化材料在眾多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文采用靜電紡絲技術(shù)制備一維納米雜化材料，通過無機組分的加入使其具備獨特的功能性，經(jīng)過預(yù)氧化、高溫碳化、中溫

3、磷化和聚合物包覆、碳化等處理過程，成功制備功能化的一維納米雜化材料，并探究其在電化學(xué)催化析氫催化劑和鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。
　　本論文研究分為兩個部分。其一，將四水合乙酸鈷(Co(Ac)2·4H2O）和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混，采用靜電紡絲法制備一維納米雜化材料Co@PVP，再經(jīng)過200°C的預(yù)氧化，在空氣中煅燒到550°C、2 h后得到一維中空納米雜化材料四氧化三鈷(Co3O4)，再將得到的四氧化三鈷與次亞磷酸鈉(Na

4、H2PO2)以一定的比例混合，在惰性氣體保護下300°C中溫磷化2 h，即成功制備得到一維中空納米材料CoP，該一維納米材料作為析氫催化劑時，在10 mA cm-2的電流密度下，只有-152 mV的過電位，說明其催化效率高，能量轉(zhuǎn)化效果好。循環(huán)10 h
　　后催化活性幾乎沒有衰減，說明材料的催化穩(wěn)定性好。
　　其二，將納米硅(Si)顆粒與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合。靜電紡絲過程的獨特之處在于將

5、鋁箔改用水接收，然后置于0~3°C的水溶液中聚合吡咯，之后在惰性氣體下850°C，高溫碳化2h。最終成功制備得到具有多級孔結(jié)構(gòu)的一維納米雜化纖維材料Si@NC。將其組裝成半電池測試電化學(xué)性能，在100圈的充放電循環(huán)以及倍率性能測試中，當(dāng)電流密度由2 A g-1變?yōu)樽畛醯?.1 A g-1時，其比容量高達(dá)910 mA h g-1，為同電流密度下電池初始比容量的100%，說明材料具有優(yōu)異的倍率性能；而在1 A g-1的電流密度下循環(huán)測試20