不锈钢阳极氧化可控制备氧化铁纳米片及其电化学性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jealy0717
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
赤铁矿(α-Fe2O3)具有理论电容高、储量丰富、负电位电位窗口稳定等特点。长期以来,人们一直在探索将纳米结构的Fe2O3与各种导电基材相结合的研究,通过将各种Fe2O3纳米结构与不同的导电基材相结合来提高性能。然而,由于这些Fe2O3电极的比电容较低(120-300 F·g-1),且在导电基材上的粘附稳定性较低,使得其性能离实际应用还很远。此外,纳米结构的Fe2O3在导电基板上的质量负载相当低(~1.0 mg cm-2),基板与活性Fe2O3之间的界面相互作用也不够强。这些限制在很大程度上阻碍了Fe2O3作为ECs的负极。在这样的需求背景下,阳极氧化法因其得天独厚的优势成为了当前研究的热点。但由于制备过程所需的电压过高、时间过长使其难以应用于实际生产,此外在后续的退火过程中产生出的附加氧化物造成了部分孔隙的塌陷,不仅降低了整体的表面积,而且大大限制了其电容。为了改善上述问题,本文提出了基于不锈钢基底的氧化铁纳米片制备及优化方案,通过对不锈钢基体进行酸洗预处理,制备得到了具有纳米分层结构的不锈钢基体模板。在此基础上,通过表征分析详细的研究了后续阳极氧化电压、反应时间及升温速度对纳米片形貌形成的影响;后续通过氮化的方式对纳米片结构进行元素掺杂,进一步研究了元素掺杂过程中各个因素对产物形貌结构及性能的影响。同时就以上的研究内容在机理方面进行了系统性的研究,并归纳总结了不锈钢基底纳米片结构的形成机理。研究结果如下:(1)详细研究了酸洗预处理对不锈钢基体及纳米片结构形成的影响,可以明显看出随着预处理时间的增长,不锈钢基体表面的氧化层被不断腐蚀且在90 min时达到最佳,能够在去除氧化层的同时最大程度的保留不锈钢基体。在后续的阳极氧化过程中通过实验发现:在30 V恒压条件下能够得到最佳的氧化铁纳米片结构,且在20 min时达到最佳,随着电压的进一步提高由于基体缺少氧化层保护过于脆弱会导致烧穿现象的产生,反而会影响电极性能。此外较慢的升温速度及较高的退火温度在保证晶向的同时也能进一步保护纳米片结构的形成。此外,根据以上的研究内容对实验过程中酸洗预处理及阳极氧化过程制备氧化铁纳米片的形成机理进行了系统性的解释(2)在这项工作中,我们在不锈钢(SS)上自组织α-Fe2O3纳米片作为超级电容器的柔性阳极的简易电化学制备和高电容特性。高密度α-Fe2O3纳米片垂直生长在预处理后的不锈钢(SS)基片上,在电化学阳极化之前,通过酸性蚀刻预处理创建了纳米结构模板。预处理模板的形成极大地降低了阳极氧化过程的电化学电压和时间。所实现的α-Fe2O3电极在三电极体系下,表现出271.5 m F cm-2的高比电容(在0.5 m A cm-2的电流密度下),且经过1000次循环测试后依然具有优秀的稳定性能(63.8%)。后续通过N掺杂处理发现,表面产物部分由氧化物转化为氮化物,但其表面形貌基本没有被破坏,其比电容最高可达479 m F·cm-2,通过XPS及XRD发现有Fe2N的生成,使的其整体比电容提升接近两倍,说明元素掺杂能够在保证形貌的基础上进一步的提升其电化学性能。
其他文献
润滑脂具有优良的润滑性能、好的密封性、润滑寿命长等优点,可以有效地减小摩擦,降低磨损,延长设备使用寿命。润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂组成的半固态非牛顿型流体。稠化剂构成了润滑脂的基础骨架,约占润滑脂组成的5~25 wt.%。稠化剂在很大程度上决定着润滑脂的理化性能和润滑性能。锂基润滑脂是当前应用最广泛的润滑脂,但是近年来锂电池工业的迅猛发展使得锂资源日益紧缺,严重影响到锂基脂的发展。因此,开发
压裂技术的发展与应用极大地提高了全球煤层气的产量。我国拥有丰富的煤层气资源,但煤层气资源主要分布在水资源缺乏地区,水力压裂增渗的方法受到一定限制。由于超临界CO2具有高密度、低黏度和较高扩散系数等特性,超临界CO2压裂相对于水力压裂,不仅节约水资源、无污染、压裂液返排彻底,又具有起裂压力低、裂纹复杂等优点,可用于非常规油气资源开采。对于深部碎软储层,煤层直接压裂的增渗效果不好,可采用顶板向煤层射孔
随着国民经济的发展,石油天然气资源用量不断增大。为确保能源安全,我国油气田开采重点呈现西进态势,西南、西北等地油气田勘探量、产量均大大增加。我国西部油气田主要油藏特征是腐蚀性介质CO2、H2S和氯离子含量较多,腐蚀环境复杂,需要大量使用不锈钢等耐蚀合金材料油套管。本文利用太钢现有生产设备以及检测设备,研制符合ISO 13680标准的UNS S41426材质不锈钢油套管,并对其耐腐蚀介质、腐蚀环境的
复合材料板因其优异的力学性能和可设计性而被广泛应用于各类工程和民用领域中,其屈曲问题的研究一直都受到广大学者关注。目前关于复合材料板静力屈曲问题的研究已较为充分,但动力屈曲的研究仍充满挑战。本文研究了阶跃荷载作用于复合材料板的屈曲行为,研究内容主要包括:(1)基于Kirchhoff薄板理论,考虑应力波效应,分析受阶跃荷载作用的复合材料薄板的振动屈曲问题。首先,利用Hamilton原理建立考虑应力波
压裂增产煤层气技术是一种有效储层增渗技术,作为主要压裂增产技术之一的水力压裂在工程应用中存在诸如:裂缝形式单一、成网困难、水污染严重等问题。当前,超临界CO2压裂作为新兴技术具有裂缝扩展形式多样、成网能力强、近乎零储层伤害等特点备受关注。同时,超临界CO2与煤体作用过程中可溶蚀萃取煤中部分有机质,致使煤体化学结构与力学特性发生改变。为在压裂过程中充分体现超临界CO2化学-力学改造煤体效能,本文预先
致密气大规模勘探开发过程中,产生高盐废水,主要包括初期的压裂返排液和采气过程中产生的采出水,统称为排采水。排采水具有水质复杂、产水量受开采阶段影响波动大、处理难度大、成本高等特点。为了有效地防止污染和保护环境,必须对排采水进行有效的处理处置,才能保证行业的绿色可持续发展。排采水采用废液池储存环境风险较高,不能满足区块未来大规模滚动开发的需求;处理后回用,回用水量有限,且回用对水质要求高;通过蒸发结
压裂液对煤储层渗透性的伤害是制约煤层气井增产效果的重要因素之一。在水力压裂过程中的高压挤注和剪切作用下,压裂液会向煤储层微观结构内部滤失或侵入,出现返排缓慢或返排率低的现象,引发明显的压裂液滞留效应,进而降低煤储层有效渗透率。因此,开展有关煤储层压裂液滞留效应特征及其影响因素的研究,对揭示压裂液滞留效应对煤储层渗透性伤害的微观作用机理、探索新型低伤害性压裂液体系具有重要的理论和实际意义。本论文以不
煤层气在煤矿俗称“瓦斯”,是一种与煤伴生的独立矿种,属于非常规天然气矿产资源。实践证明,开发利用煤层气具有多重价值,不仅能大幅度减少矿井瓦斯事故的发生、避免矿井瓦斯直接排入大气引起的温室效应,还能作为清洁能源产生巨大的经济效应、有效改善中国能源结构,对保障我国能源安全和降低天然气对外依存度具有十分重要意义。我国大多数煤层属于渗透率较低的煤层,在进行煤层气开采时必须采取煤层增透措施。现有的煤层气增产
夹芯结构由于具有较高的比强度,比刚度和良好的能量吸收性能,受到冲击时可以很好地保护夹芯结构内的物品或人员,因此作为能量吸收装置广泛的应用于交通运输、船舶制造、航空航天等领域。因此,研究夹芯结构在面外压缩下的力学行为就有十分重要的意义。本文以波纹芯夹芯板为研究对象,使用有限元模拟和理论分析相结合的方法,研究了多层波纹芯夹芯板在面外压缩载荷下的变形模式和能量吸收,主要工作如下:(1)建立了芯层为梯形、
煤矿生产过程中,超前探放疏水降压技术在解决工作面带压开采问题方面已日趋成熟,随着煤炭开采深度的增加,煤层所受地应力逐渐增大,在一定程度上致使工作面在疏水降压时易出现喷孔现象,疏放效果不甚理想。近些年煤矿生产事故统计报告中的数据显示,喷孔事故的发生频次和严重性呈现逐年上升趋势,因此论文针对贺西矿底抽巷疏水降压过程中出现的喷孔问题,结合煤与瓦斯突出理论,通过理论分析、实验室研究和数值模拟相结合的方法,