钴基化合物纳米结构阵列的制备及其电化学电容性能研究-物理学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 近年来，纳米材料由于其独特的性能及应用成为研究学者关注的焦点。而钴基 化合物纳米结构阵列具有独特的结构，优秀的电容性能，因而在超级电容器、太阳 能电池、锂离子电池等领域有着十分广泛的应用。本论文以钴基化合物为研究对象， 利用 Co3O4 纳米线为牺牲模板水热法制备 Co3S4 纳米片阵列，在此基础上分别将 Co3O4 纳米线与 Co3S4 纳米片阵列直接作为电极，并对其电容性能进行测试。同时采 用水热法制备 ZnCo2O4 纳米线，将其直接作为电极进行电容性能进行测试，并将 ZnCo2O4 纳米线组装成超级电容器，取得了一些重要结果。主要内容如下： 1. 采用水热法在泡沫镍上制备 Co3O4 纳米线阵列。实验表明，我们制备出了高 纯度 Co3O4 纳米线阵列，直径在约 80nm 区域内，相邻的 Co3O4 纳米线轻微地弯曲 在顶部团簇在一起，呈现出像叶子一样的形貌，而这种结构特征有利于 Co3S4 纳米 片的形成。 2. 以水热法制备的 Co3O4 纳米线阵列为模板，采用牺牲模板法制备了多孔单晶 的 Co3S4 纳米片阵列。电化学实验测试表明制备的 Co3S4 纳米片阵列具有优良的导 电性，因而作为电极直接测试的电容性能较高，当电流密度为 4mA·cm-2 时，面积电 容为 2.69 F·cm-2。当以较大的电流密度 24mA·cm-2 连续充放电循环 3000 次后，电容 仍保留 96.2%。我们的结果表明 Co3S4 纳米片阵列在未来制备超级电容器电极材料 方面存在巨大的前景。 3. 以水热法在泡沫镍上制备 ZnCo2O4 纳米线阵列，实验表明，我们制备出了高 纯度 ZnCo2O4 纳米线阵列，长度在约 4um 区域内。电化学实验测试 ZnCo2O4 纳米线 阵列的电容性能，当电流密度为 1mA·cm-2 时，面积电容为 1.52 F·cm-2。当电流密度 为 10mA·cm-2 时，连续充放电循环 2000 次后，电容仍保留 86.2%。并且进一步将 ZnCo2O4 纳米线电极直接组装成超级电容器，充电后的超级电容器与红色 LED 灯串 联后，能使红色 LED 灯正常发光，发光几十秒后，灯光逐渐熄灭。实验结果表明 ZnCo2O4 纳米线阵列在超级电容器电极材料方面有着潜在的应用前景。 关键词：Co3O4 纳米线；牺牲模板法；Co3S4 纳米片；ZnCo2O4 纳米线；电容性能 I Abstract In recent years, nanomaterials have become the research focus due to their exceptional properties and applications. Nanostructure arrays of cobalt based compounds are widely used as electrode materials for high-performance devices such as supercapacitors, solar batteries, lithium-ion batteries and others owing to their unique structural and capacitor performance. In this paper, we use Co3O4 nanowires for sacrifice template hydrothermal to prepare Co3S4 nanosheet arrays. On this basis, we directly use Co3O4 nanowires and Co3S4 nanosheet arrays as electrode for the capacitance performa