过渡金属mn fe氧化物及其复合材料的制备和电化学性能研究.docx

摘 要
电化学方面的研究是解决目前能源问题、环境问题以及临床诊断等方面问题的重要手段。例如,研究锂离子电池能有效储存风能、太阳能、潮汐能、地热能等间歇式能源;而燃料电池的开发则能减少石油等化石能源的消耗;生物电化学传感器的研制则对于研究生物小分子的生理功能以及对神经疾病的诊断具有重要意义。过渡金属氧化物由于具有较高的电化学活性,在电化学方面具有广泛和重要的作用。本文通过合成介孔立方 Fe3O4 应用锂离子电池负极材料,期望得到容量大以及稳定性优良的锂离子电池负极材料;合成了三维 N 掺杂石墨烯 MnO 复合材料,希望得到催化性能良好的燃料电池阴极氧还原反应催化剂;利用三维 N 掺杂石墨烯 MnO 复合材料构建高选择性、高敏感的的生物电化学传感器。具体的实施方案如下:
(1)以普鲁士蓝结构为模板合成介孔 Fe3O4 立方及其在锂离子电池中的应用。以普鲁士蓝立方为模板,通过热解过程合成介孔 Fe3O4 立方。由于介孔 Fe3O4 立方的介孔结构能提供更多电化学过程中的离子和电子通道,另外介孔结构也使材料的比表面积增大,使得材料表面具有更多的反应位点;介孔 Fe3O4 立方的支撑状立方结构缓解了 Li+嵌入/脱出过程中体积变化产生的内应力,从而阻止了材料结构的破坏及粉化。将其应用于锂离子电池负极材料获得了良好的稳定性,并且可逆容量达到 800 mAh g-1 左右。
(2)三维氮掺杂石墨烯/MnO 纳米粒子复合材料高效催化氧还原反应。通过戊二醛和间苯二酚辅助交联共价组装合成了三维氮掺杂石墨烯/氧化锰纳米复合材料(3D-N-RGO/MnO)。N 元素的掺杂能有效的对 RGO 表面进行改性,使得 RGO 获得更好的电化学性能。将三维氮掺杂石墨烯/MnO 纳米粒子复合材料应用于氧还原反应中三维氮掺杂石墨烯与 MnO 纳米粒子发生了明显的协同作用,获得了优良的氧还原反应催化性能,具有良好的稳定性和抗干扰性,电子转移数达到 。
(3)三维氮掺杂石墨烯/MnO 纳米粒子复合材料对多巴胺的电化学检测。利用三维氮掺杂石墨烯与 MnO 纳米粒子的协同催化性能及其对 DA、UA 和 AA 具有不同的催化氧化电位,实现对 DA、UA 和 AA 进行同时检测。利用 DPV 法实现了在 UA 存在的情况下对 DA 的定量检测。并且测得检测的线性范围及检测限。
关键词:普鲁士蓝、Fe3O4、锂离子电池、负极材料、三维结构、石墨烯、MnO、氧还原反应、电化学传感器、多巴胺
Abstract
Electrochemistry is an important technique to solve the current energy and environmental issues and clinical diagnosis problem. For example, research on lithium ion battery can effectively storage the wind energy, solar energy, tidal energy, geothermal energy and other intermittent energy sources. The development of fuel cells can reduce the consumption of oil and other fossil energy. It is a great significance to the development of electrochemical biosensors for the study of small biological molecules function and diagnosis of neural disease. Because the transition metal oxides have high electrochemical activity, they play a wide and important role in electrochemistry. In this paper, Fe3O4 mesoporous cubic synthesized and as a anode material for lithium ion batteries. Expect to obtain an anode material with large capacity and excellent stability for lithium ion batteries. Three dimensional N-doped graphene posite materials were