钴基复合材料的制备及其应用研究

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电化学的发展为解决大气污染和新型能源提供了很多有效的方法。其中电催化处理气体污染物以及高性能电极材料的发展已经变成现代科学研究的热点话题。通过溶剂法制备了球形Co3O4、玉米状CoCO3、自组装层状的MnCO3及其碳复合材料以及Co3O4/CoMn2O4材料。溶剂热热分解法制备了薄片状、棉絮状Co3O4及其碳复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET比表面积测定仪等表征材料的形貌、组成和结构;氮氧化物转化率表征材料的电催化性能;循环充放电、循环伏安(CV)等表征材料的电化学性能,并借助以上测试手段探讨其反应机理。以球形Co3O4和薄片状Co3O4为电催化过程催化剂附着在活性炭颗粒(AC)表面。随着催化剂含量的增加,材料的电阻增大、比表面积降低,氮氧化物转化率呈现类抛物线状分布。薄片状Co3O4的比表面积较大、催化活性位点较多,因此其催化性能优于球形Co3O4。200℃,1.5V,0.02A时,含15wt.%薄片状Co3O4复合材料的氮氧化物转化率为84%。作为锂离子电池负极材料时,棉絮状Co3O4的电化学性能优于球形和薄片状的Co3O4。电流密度为100mA·g-1,循环100次后,棉絮状Co3O4的放电比容量为463mAh·g-1。其与复壁碳纳米管的复合可明显改善循环性能,100mA·g-1,循环100次,放电比容量为732.4mAh·g-1。以CoCl2·6H2O为钴源采用溶剂热法制备具有新颖形貌的玉米状CoCO3,作为锂离子电池负极材料时,玉米状结构缓冲充放电过程中体积变化从而提高材料的循环稳定性。电流密度为100mA·g-1,循环100次后,放电比容量为702mAh·g-1。以KMnO4为锰源采用溶剂热法制备了自组装层状的MnCO3材料作为锂离子电池负极材料。电流密度为100mA·g-1,循环100次后,放电比容量为601mAh·g-1。将MnCO3和海绵碳复合后,电化学性能更优异。电流密度为100mA·g-1,循环100次后,放电比容量为864mAh·g-1。Co3O4/CoMn2O4材料作为一种新型的锂离子电池负极材料首次放电比容量3595mAh·g-1,电流密度为100mA·g-1,循环100次后容量衰减为248mAh·g-1,具有较高的首次容量但衰减较快。图63幅;表6个;参96篇。
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