铜基氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文铜基氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究姓名:李云虎申请学位级别:硕士专业:应用化学指导教师:曹殿学2012-03-10铜基氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究捅姜氧化铜是一种重要的过渡金属氧化物,在很多领域具有广泛的应用,尤其是在电化学方面既可以作为燃料电池催化剂,羽i可以作为超级电容器和锂离子电池的电极材料。本文通过多种不同方法,以金属泡沫铜和铜片为基体,分别生成不同形态的氧化铜纳米线,纳米片和纳米花。利用x射线对其进行物相分析,然后利用x射线衍射(xRD)、扫描电镜(SEM)等手段对其进行表征,并通过循环伏安、交流阻抗等方法对其电化学性能进行测试。制备了不同比表而积的线状纳米(纳米线A和纳米线B)氧化铜电极并考察其在碱性电解液中的电容性能。CuO/Cu电极均表现出良好的法拉第赝电容的特性,,随着电流密度的增大,比容量有所下降,,·g-1,纳米线B电极的最高比容量可达195F'g一,随着电流密度的增大,比容量有所下降,,,比容量的大小取决于材料的比表面积,纳米线比表面积大的具有更高的比容量。对纳米线B电极进行了循环性能测试,恒流充放电450次后,·g一,同时循环效率在82%以上。制备了两种不同片状的纳米氧化铜电极,~种为片状纳米氧化铜阵列形成花状结构均匀覆盖在泡沫铜表面(花状电极),另一种为片状纳米氧化铜阵列形成紧密层阵列吸附在泡沫铜表面(片状电极),测量其在碱性电解液中的电容性能。CuO/Cu电极均表现出良好的法拉第赝电容的特性,通过恒流充放电测试发现花状电极最高比容量可达142F'g~,随着电流密度的增大,比容量有所下降,。1时,比容量为111F'g一,片状电极最高比容量可达212F·g~,随着电流密度的增大,比容量有所下降,。1时,~,比容量的大小取决材料本身活性物质利用率,片状电极材料因其独特的纳米结构,能更好的与电解液接触,因此具有更高的比容量。以金属铜片为铜源的氧化法直接在铜基体上制备花状CuO电极材料并考察其对H20!电还原的催化性能,实验结果表明:·dm。3的NaOH溶液中,·dm~H202较为合适。计时电流曲线表明CuO/Cu在碱性介质中具有较好的稳定性,电流衰减不明显。·dm。·dm—H202溶液中,CuO/‘’,表现出良好的催化性能。关键词:氧化铜;纳米线;纳米片;超级电容器;H202铜基氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究AbstractCopperoxide(CuO),asaveryimportanttransitionmetaloxides,hasmanyfunctionalapplications,,,CuOnanowires,nanosheets,andflower‘likenanostructureweresynthesizedoncopperfoamand/(XRD)andscanningelectronmicroscopy(SEM).Theelectrochemicalperformancewasinvestigatedbysomeelectrochemicalmearuringtechnologys,suchasCyclicvoltammetry(CV)andElectrochemicalimpedancespectro—scopic(EIS).CuOnanowireselectrode(AandB)weremanufacturedthroughdifferentmethods,Itwasfoundthat:ThecapacitanceofCuO/CumainlywasFaradayPseudo—capacitancewhichwasproducedbythere