过渡金属硫化合物及其复合材料的制备和性能研究

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过渡金属硫化物纳米材料因其独特的物理化学性质,被广泛应用于光电催化、超级电容器、锂离子电池、催化加氢脱硫及废水处理等。本论文采用新的合成方法成功制备了硫化镍、多孔二硫化钼和二硫化钼/碳纳米管泡沫复合材料,并研究了这些材料的形成机理、电化学性质及吸附性能。详细内容总结如下:1.通过气-热液方法(Hot-bubbling)制备了硫化镍纳米晶。以乙酰丙酮镍为镍源,硫化氢为硫源,在十八烯溶剂中,高温溶剂热条件下合成了立方晶系的硫化镍纳米晶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜-能量分散光谱(TEM-EDX)分别对硫化镍纳米晶的形貌、尺寸及结构等进行了表征。同时将硫化镍纳米晶修饰到玻碳电极的表面制成硫化镍纳米晶修饰电极,采用线性扫描伏安法、循环伏安法,交流阻抗等电化学技术对材料在酸性条件下对水的电化学析氢性能进行研究。结果表明:使用Hot-bubbling法制备的硫化镍纳米晶不仅结晶度高,而且在0.5 M稀硫酸电解质溶液中有较好的电催化析氢效果。2.将碳纳米管掺杂的酚醛树脂浸入四硫代钼酸铵溶液中,经超临界二氧化碳干燥和高温煅烧,最终获得二硫化钼/碳纳米管泡沫复合材料。该复合材料具有弹性高、导电性能强、比表面积大以及嵌入/脱锂过程中结构稳定的优良性能,其孔径大小分布从纳米到微米,这使得该材料能够作为理想的锂离子电池.(LIB)负极材料。通过研究锂离子电池的电化学性能发现,这种海绵状结构的泡沫复合材料有利于Li/Li+的输送,不仅能够加速锂离子的扩散速度,而且还能扩大Li+的存储容量。锂电池的充放电循环中充放电的电流密度从1C至10C,经过100次循环后再以1C的电流密度充放电,可以实现870 mA·h·g-1的比容量,并可以恢复93.0%的容量,这表明该复合材料具有高的容量和良好的稳定性。3.以纤维状的聚钼酸铵基钠作为钼源,以硫脲为硫源。在不同条件下合成了不同形貌的二硫化钼纳米材料。采用XRD和TEM对样品进行了结构分析和形貌表征。结果表明,样品均为二硫化钼纳米材料,但合成条件对其形貌和结构.影响较大;采用新的合成方法,即水热-气相硫化法能够保持前驱体的微观形貌和结构,所制备的纤维状二硫化钼具有丰富的孔道结构,而采用普通的水热硫化法只能制成二硫化钼纳米片。所制备的产品用于染料废水中甲基橙的回收处理,结果发现,采用水热-气相硫化法制备的多孔二硫化钼对甲基橙具有很好的吸附性能,优于二硫化钼纳米片,这主要归功于其特殊的吸附性能和巨大的比表面。
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