钴酸镍复合氧化物的电化学性能研究

钴酸镍复合氧化物的电化学性能研究 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 钴酸镍复合氧化物的电化学性能研究 摘要:利用镍、钴的硝酸盐为原料并以二乙烯三胺为结构导向剂，成功地用水热法合成了纯的尖晶石型钴酸镍。用 XRD、SEM、N2 吸脱附法对产物进行了征，并重点利用循环伏安法和恒流充放电研究了尖晶石型钴酸镍的电化学性能。结果表明:热处理温度、时间，结构导向剂的量对钴酸镍的电化学性能皆有影响,M2+:DETA=3:1 且 250?退火2h 的钴酸镍电化学性能最好。其微观结构为由纳米级薄片组装成的小球体，孔隙结构丰富， 比电容可达 755.81F/g (1A/g)、 696.23F/g (5A/g)、 635.91F/g (10A/g)、 365.55F/g (50A/g)，甚至当电流密度增至 100A/g时，比电容仍有 252.66F/g。7199 关键词: 钴酸镍,水热合成,尖晶石,电化学性能 Study on the Electrochemical Property of 1 / 12 Nickel Cobalt Oxide Abstract:Pure spinel-type nickel cobalt oxide (NiCo2O4) was sucessfully prepared by hydrothermal synthesis method with nickel nitrate and cobaltnitrate as raw materials and DETA (diethylenetriamine) as structure-directing agent. Product was characterized by XRD, SEM, physical adsorption/desorption measurements of N2. Electrochemical property was investigated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge testing. The results showed that the electrochemical property was affected by heat-treatment temperature and holding time as well as the magnitude of DETA. And NiCo2 O4 had the best electrochemical property when ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ M2+ :DETA was 3:1 and it was annealed at 250? for 2 hours, the microstructure of which was spheres constituted by nanoflakes and abunded with pores, exhibiting high specific capacitances of 755.81F/g at 1A/g, 696.23F/gat 5A/g, 635.91F/g at 10A/g, 365.55F/g at 50A/g, respectively. And it can remain a specific capacitance of 252.66F/g even when the current density increases to 252.66F/g. 1.2.7其他方 法 .................................................................................................. 3 / 12 ................. 12 1.3选题的目的和意 义 .......................................................................................................... 12 1.4课题的研究内容和目 标 .................................................................................................. 13 2实验方 法 ................................................................................................................................. 14 2.1实验试剂和实验仪 器 ...................................................................................................... 14 2.1.1实验试 剂 ................................................................................................................... 14 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 2.1.2实验仪 器 ................................................................................................................... 15 2.2实验步 骤 .......................................................................................................................... 15 2.2.1粉末产物的合 成 ....................................................................................................... 15 2.2.2粉末产物的退 火 ....................................................................................................... 16 2.3 实验样品的表 征 ............................................................................................................... 16 3实验结果和讨 5 / 12 论 ..................................................................................................................... 16 3.1不同烧结温度对 XRD的影 响 ....................................................................................... 17 3.2扫描电镜表 征 .................................................................................................................. 18 八面体之间彼此共边，其中六条边是填满的八面体 共用，另六条边与未填满的 八面体共用。由于没有阴离子在八面体之间，因此 八面体距离比较短，这样尖 晶石中电导主要是通过电子在八面体之间的迁移产 生的。 目前作为析氧电催化剂研究的尖晶石型氧化物包括 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 钴尖晶石如 Co3O4、NiCo2O4 等，铁氧体如 Fe3O4、NiFe2O4、CoFe2O4、CoFe2-xNixO4 等[1] 。 其中，NiCo2O4 的反尖晶石结构中同时含有 Ni 等不同 价态,有研究者认为还可能含有 Ni 4+ 、Co4+ , ，因此在析氧反应时能够产生高 价的中间态钴化合物，并且通过 Co3+ 7 / 12 电对来传递氧化还原反 应的电子。Co的电对和 Ni的电对都具有很强的电催化能力。因而，NiCo2O4 相比于上述其它，具有更强的电催化能力，能够高效率地催化“析氧反应” ,OER, oxygen evolution reaction,的发生和催化水的电解。NiCo2O4 被研究者 普遍认为是目前最有希望替代传统的镍金属的阳极材料。 从粉体制备的角度出发， 要求尖晶石具有大的表面积以及良好的结晶状况。 表面积越大，则参与催化反应的有效尖晶石表面越多，性能越好。 所以此类尖晶石不能象铁氧体一样可以利用常规的高温固相反应来合 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 成，能够适用的合成方法主要为低温湿化学的方法。目前尖晶石氧化物制备方 法主要有: ,1,金属盐热分解 这是目前制备钴尖晶石较常用的方法。该方法工艺过程简单快捷。将金属 硝酸盐或者氯化物按照化学计量比混合、 研磨混合或者配制成一定浓度的溶液， 然后经浓缩干燥后在一定温度下将其煅烧分解而得到尖晶石。 率、电子功函数、载流子的数量和迁移率以及禁带宽度等。这些参数与尖晶石 9 / 12 氧化物的化学成分和结构密切相关，同时也依赖于其制备方法和条件。 导电率是尖晶石氧化物一个重要的电学参数。它主要依赖于尖晶石中自由 电子和空穴的数量。在周期表中，处于长周期开始处的过渡金属化物一般为n 型半导体而处于后面的一般为 p 型半导体。所以钴尖晶石如 Co3O4、Co2O4、 MnCo2O4、ZnCo2O4 等都为 p型半导体。在 p 型半导体中，电导率与其成分偏 离化学计量比的程度密切相关。当组成中存在过量氧时，氧化物的电导率增加, 而氧化物经过真空热处理以后，由于物质中氧的缺失而使电导率下降。钴尖晶 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 石氧化物的电导率比简单氧化物 NiO、Co2O3、MnO等要高，NiCo2O4 为 10-2 S/cm，Co3O4 为 10-4 S/cm，而 MnCo2O4 为 10-3 S/cm。 为了提高钴尖晶石的导电能力，一个方法就是掺入其它离子。另一个很重 要的方法就是将钴尖晶石沉积在导电载体如碳、碳黑、石墨或者金属镍表面形 成复合电极使用，这也是实验中常用的方法。 NiCo2O4 的禁带宽度约为 0.1-0.4eV。而对于禁带宽度与尖晶石的催化性能 11 / 12 的内在联系目前还没有可以借鉴的研究结果。如下表[2] ，对 Ni-Co 氧化物成分 与电性能的关系的研究表明， 随着体系从简单氧化物到尖晶石氧化物(Co at%为 0.67时)的改变，体系的电导率、载流子浓度以及载流子淌度都变大。电导率 的变化最大相差了 4个数量级。 钴酸镍复合氧化物的电化学性能研究(4):