过渡金属氧化物—碳复合材料制备及其电化学性能的研究

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1、中图分类号：TB332论文编号：2017310031UDC：密级：公开硕士学位论文过渡金属氧化物—碳复合材料制备及其电化学性能的研究作者姓名：杨朝学科名称：材料工程研究方向：无机非金属材料学习单位：华北理工大学学制：2.5年提交日期：2017年12月1日申请学位类别：工程硕士导师姓名：王静教授单位：华北理工大学林云高工单位：冀东太平洋环保工程技术有限公司论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2018年2月28日答辩委员会主席：刘志刚教授关键词：过渡金属氧化物；复合材料；锂离子电池；负极材料；电化学催化唐山华北理工大学2018年3月PreparationandElectro

2、chemicalPerformanceofTransition-MetalOxideandCarbonCompositeMaterialsDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringbyYangZhao(MaterialEngineering)ProfessorWangJingSupervisor:LinYunMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交

3、的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流

4、。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：√□自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要能源短缺和大气污染是目前制约我国社会发展的重大问题，无论是作为锂离子电池负极材料，还是电化学催化分解NOx的催化剂，过渡金属氧化物以其高理论比容量和不使用还原剂避免氨氮二次污染而吸引大量关注。通过溶剂热法制备了过渡金属氧化物Fe3O4和Mn3O4及其碳复合材料，研究了溶剂热条件、碳种类、复合比例等因素对材料形貌、结构和性能的影响，采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）等手段对材料的组成和形貌进行表征，运用循环伏安、恒流充放电等研究了材

5、料的电池电化学性能，通过测试NOx转化率研究了材料的电催化性能。以FeSO4·7H2O为铁源溶剂热法制备了具有储锂性能的八面体结构Fe3O4，但其容量衰减较快，容量保持率较低。以FeCl3·6H2O为铁源，制备了纳米空心球Fe3O4及其碳复合材料；Fe3O4的空心球结构可缓解嵌脱锂过程的体积膨胀，表现出较好的电化学性能，电流密度100mA·g-1，循环100次可逆比容量为523.1mAh·g-1，容量保持率为64.2%。该材料与海绵状碳复合后，电化学性能更加优异，电流密度100mA·g-1循环100次后可逆容量高于1000mAh·g-1，电流密度5A·g-1时，可逆比容量为503

6、mAh·g-1是纯Fe3O4电极的2.4倍。两种形貌纳米Fe3O4碳催化剂的NOx转化率均小于50%，表现出较差的电化学催化性能。以KMnO4为锰源，溶剂热法制备Mn3O4材料，循环25次容量衰减至410mAh·g-1，但60次循环后容量缓慢回升，100次循环后可逆比容量升至547mAh·g-1。以Mn3O4掺加量5wt%制备的Mn3O4-粒状活性炭复合材料为催化剂，其电化学催化性能明显优于Fe3O4基催化剂，电压2.5V、50℃时，NOx转化率高达96.7%。图70幅；表5个；参97篇。关键词：过渡金属氧化物；复合材料；锂离子电池；负极材料；电化学催化分类号：TB332-I-A

7、bstractNowadays,energyshortagesandairpollutionhavebecomethemajorissuesofChinesesociety.Duetohightheoreticalcapacityandnosecondarypollutionofammonia-nitrogen,transitionmetaloxideswereattractedattentionasbothanodematerialsoflithium-ionbatteries