胶束介导法合成钒氧化物碳复合材料的研究

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1、胶束介导法合成钒氧化物/碳复合材料的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：焦凯指导教师：李鸿乂副教授专业：冶金工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一五年五月SynthesisofVanadiumOxide/CarbonCompositesbyMicelleAnchoredMethodAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByJiaoKaiSupervisedbyAss.Prof.LiHong-Yi

2、Specialty:MetallurgyEngineeringCollegeofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能元件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点。超级电容器的性能主要取决于电极材料，目前超级电容器电极材料主要为碳基材料、过渡金属氧化物、导电聚合物。过渡金属氧化物具有较高的理论比容量而受到广泛关注，但其导电性差致使其电化学性能欠佳。基于此，本文利用胶束介导法将钒氧化物锚定在导电性良好的碳基材

3、料表面以制备电化学性能良好的超级电容器复合电极材料。具体研究内容如下：本文通过胶束介导及原位碳热还原的方法制备了核壳结构的V2O3纳米片@C-复合材料。CTAB胶束能充分分散活化碳颗粒，并将VO3介导在活化碳颗粒的表面。经煅烧，通过碳热还原将NH4VO3分解产生的V2O5还原为V2O3。结构形貌分析表明，单分散的V2O3纳米片侧立在活化碳的表面，形成以活化碳为核、以侧立的V2O3纳米片为壳的核壳结构。由于复合材料良好的导电性及高比表面积，V2O3纳米片@C复合材料在电流密度为0.05A/g时比容量为205F/g，远高于活化碳（67F/g）和体相V2O3（159F/g）的比容量。此外，由于

4、内核活化碳的结构支撑作用，V2O3纳米片@C复合材料展现出了良好的循环稳定性（循环500次后比容量保持率为76%）。电化学测试表明，V2O3纳米片@C复合材料的电化学性能优良。本文利用改进的Hummers法及微波膨胀剥离法制备石墨烯，继而采用胶束介导法结合水热法制备了层状结构的V2O3/石墨烯复合材料。石墨烯由于其疏水性而-被CTAB胶束覆盖，VO3在静电引力作用下分散在石墨烯的表面及层间。经煅烧处理，形成了层状结构的V2O3/石墨烯复合材料。结构形貌分析表明，粒径大约为50nm的V2O3纳米颗粒随机分散在石墨烯的表面及层间。由于作为基体的石墨烯在增加导电性的同时也限制了V2O3在充放电

5、过程中的体积膨胀，V2O3/石墨烯复合材料在电流密度为0.05A/g时的比容量为180F/g，高于石墨烯（83F/g）及体相V2O3（159F/g）的比容量；最高能量密度为22.5Wh/kg。电化学测试表明，V2O3纳米颗粒/石墨烯复合材料的电化学性能良好。关键词：超级电容器，复合材料，胶束介导法，活化碳，V2O3，石墨烯I英文摘要ABSTRACTSupercapacitorsarenewenergystoragedevices,complementarytotraditionalcapacitorsandsecondarybatteries.Theyhavetheadvantageso

6、fhighpowerdensity,fastcharging/dischargingratesandlongcyclelife.Theperformanceofsupercapacitorsgreatlydependontheirelectrodematerials.Atpresent,electrodematerialsforsupercapacitorsarecarbonaceousmaterials,transition-metaloxidesandconductingpolymers.Transition-metaloxidesarepromisingelectrodemater

7、ialsduetotheirhightheoreticalspecificcapacitances.However,theyalwayssufferfrompoorelectrochemicalperformancebecauseoflowconductivity.Therefore,inthisthesis,vanadiumoxidecompositeswithincreasedconductivitywerepreparedvi