纳米氧化物_碳复合材料的合成及电容性能研究 (1)

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文纳米氧化物/碳复合材料的合成及电容性能研究博士研究生：李磊指导教师：张密林教授学科、专业：材料科学与工程哈尔滨工程大学2016年9月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文纳米氧化物/碳复合材料的合成及电容性能研究博士研究生：李磊指导教师：张密林教授学位级别：工学博士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2016年9月论文答辩日期：2016年11月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D

2、.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngSynthesisandSupercapacitivePerformanceofNano-sizedOxidesandCarbon-basedCompositesCandidate:LiLeiSupervisor:Prof.ZhangMilinAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:Sep.201

3、6DateofOralExamination:Nov.2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：

4、年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程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。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后

5、）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据纳米氧化物/碳复合材料的合成及电容性能研究摘要由于高速增长的能源需求和日益严峻的环境问题，寻求高效可再生的储能装置在近几年成为研究领域的热点问题。在众多的储能器件中，超级电容器（同时也称为电化学电容器）由于其高功率密度，良好的倍率性能以及较长的循环周期，被看作是最具有前景的储能器件。而电容器的性能往往是由电极材料决定的。这就要求电极材料不仅具有经济安全、环境友好等特点，而且还需要兼顾良好的电化学性能。但是，单一的电极

6、材料（碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物）由于自身难以克服的缺陷很难满足实际应用的需求。而构建复合材料，利用不同材料在电化学反应中的协同作用，可以有效提高电极材料的电化学性能。本文的目的就是设计合成过渡金属氧化物与碳基的复合材料，并研究它们作为超级电容器的电极材料时的电化学性质。同时，希望文中所述的合成方法将会为制备改性其他电极材料的提供新的思路。本论文主要研究内容如下：通过水热法和原位生长法的结合，合成新型核壳结构的Fe3O4@C@Ni-AlLDH（包覆碳层的四氧化三铁外再包覆一层镍铝水滑石）。这种特殊多层包覆的修饰方法促

7、进这种复合物拥有了花状的壳核结构，并且具有较高的比表面积以及特有的孔径分布。当把合成的微米级Fe3O4@C@Ni-AlLDH作为电极材料应用到超级电容器体系中时，通过循环伏安，恒流充放电，交流阻抗等测试，这个电极材料表现出了较高的比电容（767.6F/g），良好的倍率性能以及优越的循环稳定性。因此，这种新颖的合成高效电容器的方法将会为改性其他电极材料的电化学性能提供更多的手段。通过高效的方法制备了一种还原氧化石墨烯负载四氧化三铁纳米颗粒复合材料（Fe3O4/rGO），合成过程中使用的葡萄糖分别充当了Fe3O4纳米颗粒组装的粘

8、合剂和氧化石墨烯的还原剂，通过一步简单的水热法就实现了Fe3O4/rGO复合材料的制备。Fe3O4/rGO复合材料具有高比表面积和介孔结构，具有优异的超级电容器性能。得益于rGO良好的导电性和Fe3O4优异的比电容，使得Fe3O4/rGO作为电极材料具有高达241F/g的比电容，在循环10