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纳米尺度的金属粒子,由于具有高活性以及光、声、电等优越的物理化学性能,在材料研究领域正引起广泛关注。但因其高的比表面积,容易引起团聚和尺寸的分布不均匀,从而破坏了本身固有的特性,从而限制了它们的进一步应用。
氧化铅@碳纳米复合材料是一种新型的纳米储能材料,作为锂离子电池、铅酸电池的阳极材料以及混合超级电容器的电极材料,能够有效地改进电极的储能特性,减小了电极在充放电过程中的体积变化,避免了电极由于膨胀而开裂,造成电极活性物质失效。针对目前研究中工艺复杂、能耗大和产量低等缺点,本课题采用在惰性环境中热分解含有金属离子的淀粉干凝胶,固相合成了PbO@C和Pt@C纳米复合材料。通过改变淀粉干凝胶中金属离子的含量得到不同尺度的复合材料。用TEM、SEM、XRD、XPS、TGA等分析手段对材料的结构、形貌以及组成进行深入分析,进一步采用电化学工作站和充分电仪对其电化学性能和充放电性能以及循环稳定进行研究。
本文中制备的PbO@C纳米复合材料,其中碳的含量对氧化铅的结构和形貌具有重要的影响,当碳含量小于13.9%时,氧化铅并没有形成均匀的纳米颗粒;随着碳含量的增加,球形的氧化铅颗粒均匀地分布在碳的基体中,粒径分布在9~15nm之间,近于单分散。作为铅酸电池的阳极活性物质,有效地提高了比能量,高达205mAh.g-l(理论值的85%),同时也改进了循环稳定性。对于所制备的Pt@C纳米复合材料,在酸性体系中对甲酸表现出优良的催化活性,有望应用于燃料电池。