复合金属氧化物fe2o3nio及fe2o3nio@rgo材料的制备与其超电性能研究(附件)【字数：14777】
摘 要摘 要 超级电容器是与蓄电池相似而又不同的性能卓越的新型储能元件,?具有功率密度高，使用寿命长，工作温度范围宽，充放电时间十分短，环保污染小和免维护等优点。目前影响超级电容器性能优劣的两大关键因素是电极材料和电解液。金属氧化物作为超级电容器电极材料由于其高的比容量（是碳材料的10-100倍），良好的循环稳定性，成为科研人员研究的热点。基于金属有机骨架（MOFs）而制备的微/纳米金属氧化物具备高的比表面积和丰富的孔结构使其在电池储能方面具有更独特的优势。另外，MOFs在组成方面非常纯粹和均匀，由其制备的金属氧化物在结构与成分上也会非常均匀。 本文采用超声法和水热法合成氰基MOFs微/纳米材料及其与氧化石墨的复合材料，通过煅烧等热分解手段制备复合金属氧化物，并将其作为工作电极用于超级电容器的性能研究。采用SEM，XRD，TGA等表征技术对各阶段产物进行结构和形貌分析，通过循环伏安法、恒流充放电等手段研究了复合金属氧化物的电化学性质。主要研究内容如下? (1)利用K2[Ni(CN)4],Fe(BF4)·6H2O和3-Clpy为原料通过超声法制得方块状形貌的氰基MOFs微/纳米晶Fe(3-Cl-pyridine)2[Ni(CN)4]，采用高温煅烧的方法得到了具有多孔结构的Fe2O3/NiO复合氧化物，将其作为工作电极测得其超极电容量为77F/g，循环200圈之后稳步增长到80F/g。 (2)利用K2[Ni(CN)4],Fe(BF4)·6H2O,3-Clpy和氧化石墨烯为原料进行原位复合，通过水热法制备Fe(3-Cl-pyridine)2[Ni(CN)4]@RGO微/纳米晶,?再经过高温煅烧得到Fe2O3/NiO@RGO复合氧化物，将其用于超电性能测试后发现其电容量为139F/g。这个比容量相比未复合石墨的Fe2O3/NiO氧化物有很大提高，且循环稳定性在200圈之后能保持在75%左右，达到105F/g。关键词:超级电容器；复合金属氧化物；电化学性能
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 超级电容器 1
1.2.1 超级电容器的定义 1
1.2.2 超级电容器的分类 1
1.2.3 超级电容器的组成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4
1.2.4 超级电容器与锂电池的区别 4
1.2.5 超级电容器的特点 5
1.2.6 超级电容器的应用 5
1.2.7 国内外超级电容器的研究 6
1.3 金属有机骨架和纳米氧化物 6
1.3.1 金属有机骨架的介绍 6
1.3.2 基于金属有机骨架的纳米金属氧化物的制备 7
1.3.3 纳米金属氧化物在超级电容器的研究 7
1.4 石墨烯 8
1.4.1 石墨烯的介绍 8
1.4.2 氧化石墨烯和纳米金属氧化物的复合 8
1.5 选题的背景意义和主要内容 9
1.5.1 选题的背景意义 9
1.5.2 主要内容 10
第二章 实验仪器与技术 11
2.1 实验试剂 11
2.2 实验仪器 11
2.3 电极制备 12
2.4 材料表征 13
2.4.1 扫描电子显微技术（SEM） 13
2.4.2 X射线衍射技术（XRD） 13
2.4.3 热重分析（TGA） 13
2.5 电化学性能测试 13
2.5.1 循环伏安测验 13
2.5.2 恒流充放电测验 14
2.5.3 循环稳定测验 14
第三章 纳米Fe2O3/NiO的制备和在超电方面的研究 15
3.1 引言 15
3.2 实验部分 15
3.2.1 纳米Fe2O3/NiO的制备 15
3.3 分析与小结 16
3.3.1 Fe(3Clpyridine)2[Ni(CN)4]前驱体的表征 16
3.3.2 纳米Fe2O3/NiO的表征 18 3.3.3 电化学性能测验 19
3.3.4 小结 22
第四章 纳米Fe2O3/NiO/RGO的制备和在超电方面的研究 23
4.1 引言 23
4.2 氧化石墨的制备 23
4.3 实验部分 23
4.3.1 纳米Fe2O3/NiO/RGO的制备 23
4.3.2 Fe(3Clpy)2[Ni(CN)4]前驱体复合氧化石墨烯的表征 24
4.3.3 纳米Fe2O3/NiO复合氧化石墨烯的表征 25
4.3.3 电化学性能测验 26
4.3.4 小结 29
第五章 结论与展望 30
5.1 结论 30
5.2 展望 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 引言
社会在发展，文明在进步。自从电这个因素进入人类生活以来，便扮演着非常重要的角色。直至如今，生活处处与其相关，人类对其的需求也越来越高。电如何存储与其充分合理地利用成为摆在人类面前的一个难题。摸索前进的过程中，人类已经取得了不小的成就。传统的电池从开始的丹尼尔电池→铅酸电池→氧化银电池→镍镉、镍铁电池→碱性锌锰电池。随着环保意识的逐渐增强，镍镉等有毒金属应用前景受到限制，而且，这些传统电池的容量也不太足以支撑现时代的运作，新的能量存储装置成为研究的热题。超级电容器因为其功率密度非常高，使用寿命很长。充放电时间很短，环保等特点符合时代的需求，被很多国家列为重点研究项目。
1.2 超级电容器
1.2.1 超级电容器的定义
超级电容器是介于电池与电容器之间的储能装置，与蓄电池相似却又不同，它有两大特点，一是可以像电容器那样快速冲放电，二是可以像电池那样储存能量。超级电容器中的能量存储过程包括物理吸附和化学反应过程。
1.2.2 超级电容器的分类
( 根据储能机理划分
超级电容器以储能机理可以分为双电层电容和法拉第赝电容。
双电层电容：它的能量存储机理是无感应电流的，无感应电流是一种直接的能量存储方式，它通过静电学的形式把正负电荷放在一个电极板的不同极板之间，形成稳定的电势差来存储能量。这种理论情况下是电子在电极接触面上并没有发生迁移，能量和电荷的存储过程都属于静电学过程。双电层电容充放电过程中只有物理吸附，并不涉及化学反应过程，所以时间很短，速度很快，循环稳定性很好。
法拉第赝电容：它的能量存储机理是有感应电流的，有感应电流是一种间接的能量存储方式，它把能量作为潜在的化学能存储着，等待感应到电流发生氧化，减少电化学活性反应物，电极两端因为电荷做功形成了电势差。这种有感应电流的过程，电子发生了迁移，属于化学过程。其充电过程中，由于有外加电场的存在，电解液中的离子会聚集在界面处，通过化学氧化还原反应存储到电极材料里面去，当电容器与使用的电器相连时，存储的电荷会发生逆向的化学反应，离子重新扩散到溶液中，电子会经过外电路提供能量，这就完成了放电过程。因为它的氧化还原反应是在工作电极的电极材料上进行的，所以充放电的时间也非常短，功率密度大。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 超级电容器 1
1.2.1 超级电容器的定义 1
1.2.2 超级电容器的分类 1
1.2.3 超级电容器的组成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4
1.2.4 超级电容器与锂电池的区别 4
1.2.5 超级电容器的特点 5
1.2.6 超级电容器的应用 5
1.2.7 国内外超级电容器的研究 6
1.3 金属有机骨架和纳米氧化物 6
1.3.1 金属有机骨架的介绍 6
1.3.2 基于金属有机骨架的纳米金属氧化物的制备 7
1.3.3 纳米金属氧化物在超级电容器的研究 7
1.4 石墨烯 8
1.4.1 石墨烯的介绍 8
1.4.2 氧化石墨烯和纳米金属氧化物的复合 8
1.5 选题的背景意义和主要内容 9
1.5.1 选题的背景意义 9
1.5.2 主要内容 10
第二章 实验仪器与技术 11
2.1 实验试剂 11
2.2 实验仪器 11
2.3 电极制备 12
2.4 材料表征 13
2.4.1 扫描电子显微技术（SEM） 13
2.4.2 X射线衍射技术（XRD） 13
2.4.3 热重分析（TGA） 13
2.5 电化学性能测试 13
2.5.1 循环伏安测验 13
2.5.2 恒流充放电测验 14
2.5.3 循环稳定测验 14
第三章 纳米Fe2O3/NiO的制备和在超电方面的研究 15
3.1 引言 15
3.2 实验部分 15
3.2.1 纳米Fe2O3/NiO的制备 15
3.3 分析与小结 16
3.3.1 Fe(3Clpyridine)2[Ni(CN)4]前驱体的表征 16
3.3.2 纳米Fe2O3/NiO的表征 18 3.3.3 电化学性能测验 19
3.3.4 小结 22
第四章 纳米Fe2O3/NiO/RGO的制备和在超电方面的研究 23
4.1 引言 23
4.2 氧化石墨的制备 23
4.3 实验部分 23
4.3.1 纳米Fe2O3/NiO/RGO的制备 23
4.3.2 Fe(3Clpy)2[Ni(CN)4]前驱体复合氧化石墨烯的表征 24
4.3.3 纳米Fe2O3/NiO复合氧化石墨烯的表征 25
4.3.3 电化学性能测验 26
4.3.4 小结 29
第五章 结论与展望 30
5.1 结论 30
5.2 展望 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 引言
社会在发展，文明在进步。自从电这个因素进入人类生活以来，便扮演着非常重要的角色。直至如今，生活处处与其相关，人类对其的需求也越来越高。电如何存储与其充分合理地利用成为摆在人类面前的一个难题。摸索前进的过程中，人类已经取得了不小的成就。传统的电池从开始的丹尼尔电池→铅酸电池→氧化银电池→镍镉、镍铁电池→碱性锌锰电池。随着环保意识的逐渐增强，镍镉等有毒金属应用前景受到限制，而且，这些传统电池的容量也不太足以支撑现时代的运作，新的能量存储装置成为研究的热题。超级电容器因为其功率密度非常高，使用寿命很长。充放电时间很短，环保等特点符合时代的需求，被很多国家列为重点研究项目。
1.2 超级电容器
1.2.1 超级电容器的定义
超级电容器是介于电池与电容器之间的储能装置，与蓄电池相似却又不同，它有两大特点，一是可以像电容器那样快速冲放电，二是可以像电池那样储存能量。超级电容器中的能量存储过程包括物理吸附和化学反应过程。
1.2.2 超级电容器的分类
( 根据储能机理划分
超级电容器以储能机理可以分为双电层电容和法拉第赝电容。
双电层电容：它的能量存储机理是无感应电流的，无感应电流是一种直接的能量存储方式，它通过静电学的形式把正负电荷放在一个电极板的不同极板之间，形成稳定的电势差来存储能量。这种理论情况下是电子在电极接触面上并没有发生迁移，能量和电荷的存储过程都属于静电学过程。双电层电容充放电过程中只有物理吸附，并不涉及化学反应过程，所以时间很短，速度很快，循环稳定性很好。
法拉第赝电容：它的能量存储机理是有感应电流的，有感应电流是一种间接的能量存储方式，它把能量作为潜在的化学能存储着，等待感应到电流发生氧化，减少电化学活性反应物，电极两端因为电荷做功形成了电势差。这种有感应电流的过程，电子发生了迁移，属于化学过程。其充电过程中，由于有外加电场的存在，电解液中的离子会聚集在界面处，通过化学氧化还原反应存储到电极材料里面去，当电容器与使用的电器相连时，存储的电荷会发生逆向的化学反应，离子重新扩散到溶液中，电子会经过外电路提供能量，这就完成了放电过程。因为它的氧化还原反应是在工作电极的电极材料上进行的，所以充放电的时间也非常短，功率密度大。
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