新型镍基电极材料的设计制备及其超级电容器应用

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1、分类号：密级：学校代码：11078保密日期：学号：2111505006保密期限：广州大学学位论文（终稿）新型镍基电极材料的设计制备及其超级电容器应用李羡霞学科专业（领域）：有机化学研究方向：有机合成及药物中间体研发论文答辩日期：2018年5月30日指导教师（签名）：答辩委员会主席（签名）：答辩委员会委员（签名）：广州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已

2、在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日广州大学学位论文版权使用授权书本人授权广州大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权广州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日论文题目：新型镍基电极材料的设计制备及其超级电容器应用专业：有机化学硕士生：李羡霞指导教师：刘兆清研究员摘要超级电容器是

3、一种新型绿色的电化学储能设备，它具有充电时间短、放电效率高、高功率密度、使用寿命长和对环境无污染等优点。电极材料对于超级电容器整体储能性能的影响尤为重要，然而，赝电容电极材料由于其稳定性差、导电性弱以及较小的比表面积等缺点阻碍了超级电容器的实际发展。因此，本文通过选用具有高导电性和大比表面积的泡沫镍作为基底，通过简易的煅烧法、水热法和电沉积法等方法在导电基底上制备出新型镍基纳米电极材料。该类电极材料拥有大比表面积、高导电性和良好的结构稳定性，将逐渐取代传统的碳基电极。电化学性能测试结果表明：这类镍基电极材料表现出优良的电化学性能，例如充电速度快

4、、比电容量高以及循环寿命长等，组装成不对称超级电容器(ASC)能有效地拓宽器件的电压区间，从而提升其能量密度。具体内容如下：(1)针对二氧化锰纳米材料自身存在的导电性差、结构稳定性差等缺点。采用一种有效的电沉积方法引入金属镍纳米管作为导电骨架，再在其表面上依次修饰MnO2和聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)，即可制备出PEDOT@MnO2@NiNTAs纳米复合电极材料。金属Ni纳米管的引入，不仅能有效地增强电极材料的导电性，而且还能为MnO2活性物质提供大的比表面积。导电聚合物PEDOT则具有良好的导电性、优良的电化学活性以及高的稳定性。利用

5、PEDOT修饰MnO2@NiNTAs纳米材料的表面，有效地提高电极材料的导电性和结构稳定性。广州大学硕士学位论文将PEDOT@MnO2@NiNTAs电极应用在自组装的ASC中，其工作电压窗口高达1.7V，并且显示出较高的体积比能量密度与优越的循环稳定性。(2)利用自牺牲的泡沫镍提供Ni源，采用简易的硫化煅烧法成功制备出一种自支撑的无定型边缘包裹的结晶NiS电极材料。利用高导电性的泡沫镍作为基底，为NiS的生长提供较大的比表面积以及良好的结构稳定性。电化学性能测试结果表明：由无定型边缘包裹的结晶NiS混合体系结构设计是一种有效的设计方法，使所获得

6、的NiS电极拥有高导电性、长循环寿命以及优异的电化学活性。将NiS电极进一步自组装成ASC，该电容器显示出优越的充放电性能、较高的体积比能量密度、高效的储能能力和良好的循环稳定性。(3)利用自牺牲的泡沫镍提供Ni源，采用简易的一步水热法原位自生长制备了NiCo2S4电极，展示出优越的电容性能以及双功能电催化性能。电化学性能测试结果表明：高导电性的泡沫镍作为基底、活性物质和基底材料之间无需使用粘合剂即可存在较强的结合能力等特性有助于提升NiCo2S4电极的比电容量，同时展示了优越的HER/OER催化性能。将NiCo2S4电极作为正极应用在自组装的

7、ASC中，该电容器具有高的体积比能量密度以及优异的循环稳定性。基于NiCo2S4电极自组装成碱性电解水装置，展现了优良的电解水性能。关键词：镍基；NiS；NiCo2S4；超级电容器；电解水II新型镍基电极材料的设计制备及其超级电容器应用Title:DesignandfabricationofnovelnickelbasedelectrodematerialsandapplicationinsupercapacitorsMajor:OrganicchemistryName:Xian-XiaLiSupervisor:Prof.Zhao-QingLi

8、uAbstractSupercapacitorasanewtypeofgreenelectrochemicalenergystorageequipme