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花状结构论文范文6篇(全文)

来源：花匠小妙招时间：2025-08-05 07:53

花状结构论文范文（精选6篇）

花状结构论文第1篇

TiO2原料来源广泛, 制作简单, 生产过程中无污染, 研究人员研发了TiO2薄膜结构, 特别是纳米结构, 可以极大的提高材料的比表面积, 在染料敏化太阳能电池、光催化等方面取得了极大的进展[3,4]。

TiO2纳米结构的制作方法主要有水热法、磁控溅射法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等, 但是这些方法中, 水热法需要的设备便宜、工艺流程简单, 也是目前研究与实际应用最多的方式[5]。TiO2纳米结构的化学稳定性和光学稳定性等良好, 近年来, 利用TiO2的气敏特性、紫外吸收及光伏特性应用于气敏器件、光催化以及太阳能电池方面的研究十分活跃, 已成为国内外相关领域的研究热点[6], 但是采用TiO2用于紫外光探测的研究目前还很少见。无论是采用ZnO还是采用TiO2制备探测器, 在研究其对光响应的时候, 均需要外加电压[7], 这在实际使用中增加了设计难度及成本。

本研究采用简单的水热法, 制备了TiO2纳米棒阵列结构, 组装成紫外探测器, 测试了其光探测性能, 并且对其光电化学机理作了分析研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

FTO玻璃, 去离子水, 盐酸、钛酸四丁酯, 乙醇, I2, LiI, 碳酸丙烯酯溶液。

1.2 实验设备

超声清洗机、高压反应釜 (聚四氟乙烯内衬) 、真空干燥箱、磁力搅拌器等、水平管式炉。X射线仪用于测试样品的晶体结构, 场发射电子显微镜用于测试产物的外观形貌。紫外-可见分光光度计用于测试样品对不同波段光的吸收特性。高压汞灯 (1.25mW/cm2) 提供紫外光源, 电化学工作站PG-STAT302S用于测试光电性能。

1.3 实验方法

TiO2纳米棒状的制备:用酒精、去离子水分别超声清洗FTO玻璃 (尺寸:0.5cm×0.5cm) , 然后氮气吹干处理。2mL的去离子水导入烧杯中, 然后逐滴加入盐酸, 使得盐酸的质量分数为36.5%~38%, 在磁力搅拌机上搅拌20min, 然后加入0.4mL的钛酸丁酯, 继续搅拌5min。将上述溶液注入到聚四氟乙烯内衬中, 将FTO玻璃垂直插入溶液中, 将聚四氟乙烯放入高压反应釜中, 在干燥箱中反应, 温度为180℃, 反应时间分别为3h。取出FTO玻璃衬底用去离子水冲洗干净, 然后在真空干燥箱内干燥。在水平管式炉中热处理30min, 温度为450℃。

探测器的组装:在TiO2纳米棒状上滴3滴电解液 (0.1mol/L的I2和1mol/L LiI的碳酸丙烯酯溶液) 。将镀有Pt的FTO玻璃扣在生长有TiO2纳米棒状的FTO上, 两块FTO引出电极, 组装成探测器。

2 结果与分析

2.1 XRD测试分析

图1为TiO2结构的XRD图, 为典型的单晶锐钛矿结构, 结晶性非常好, 说明水热法制备的TiO2材料经过热处理后, 结晶质量好;无其他明显杂峰, 表明材料中无其他杂质, 可以保证后续的光电化学研究结果的真实性及一致性, 也有利于制作一些稳定性高的器件。

2.2 SEM测试分析

图2为产物的SEM图, 其中图2 (a) 为低倍放大图, 可以发现, 整个产物棒状阵列排布, 长度约3μm, 棒的直径约为100~200nm, 大小及长短高度一致。图2 (b) 为侧面中倍放大图, 在纳米棒的周围及顶端围绕着枝状体, 这些可能是在水热反应过程中生长的TiO2衍生结构。图2 (c) 为TiO2衍生结构的高倍放大图, 可以发现, 这些衍生结构类似棉花状, 这些结构即使在高温退火的情况下, 也仍然存在, 说明这些花状结构和TiO2纳米棒结合在一起, 组成整体, 不是其他物质或者结构, 这和XRD分析的一致。

(a.低倍放大图;b.中倍放大图;c.高倍放大图)

2.3 吸光性分析

图3为TiO2棒阵列花状结构的吸收光谱图, 可以发现, 这种结构吸收区间主要集中在紫外区域, 这是因为TiO2属于宽禁带半导体 (禁带宽度3.2ev) , 主要对紫外光响应, 而对可见区域的光不响应, 这种材料非常适合紫外光探测器件的制备。

2.4 光电性能分析

将两块FTO上的电极与电化学工作站连接, 在高压汞灯 (1.25mW/cm2) 照射下, 用电化学工作站测试光电流密度, 开光/关光间隔时间为50s, 重复50次。可以发现, 在紫外光源照射下, 检测到的光电流密度为0.24mA/cm2。为了与紫外光照对比, 用1个密封盒子将探测器罩住, 形成黑暗环境, 此时的光电流密度为0.02mA/cm2。紫外光源照射下电极的光电流密度比黑暗环境下高出12倍, 如图4所示, 说明对紫外光源有很好的光电响应。

对2个电极增加0V的偏压, 发现在365nm的紫外光照条件下, 该结构的光电流快速升高, 对光的响应时间为2s, 关闭光源以后, 光电流缓慢下降, 时间为5s, 说明该材料具有快速的光响应性能, 如图5所示。

TiO2作为一种n型半导体材料 (禁带宽度3.2eV) , 没有光照的TiO2与空气中的氧分子中的自由电子相结合形成氧负离子 (O2-) , 如式 (1) 所示。

由于TiO2纳米棒阵列上环绕着大量的花状结构, 极大增加了结构的比表面积, 极大的增加了对氧分子的吸附能力。当材料处于紫外光照射条件下, 光生电子-空穴对中的空穴会与O2-附和, 释放出O2, 如式 (2) 所示。这样大量的光生空穴被O2-所俘获, 降低了空穴与导带电子的复合几率。同时大量的光生电子增加了TiO2纳米棒阵列中的自由电子浓度, 所以光电流快速增加。直到光生电子的产生速度和电子-空穴复合的速度基本相同, 光电流就会保持稳定。

一般在测试紫外探测器对紫外光的响应谱时, 都需要外加电压, 本研究设计的紫外探测器不需要任何外加电压, 直接在0V条件下工作, 表现出自驱动光探测功能。主要原因是在TiO2纳米棒阵列中加入了电解液 (I2及LiI的碳酸丙烯酯溶液) , 具体可能机理是, 在光照情况下, 由于I-/I3-还原对的存在, 当光生电子—空穴对产生时, 空穴快速被I-还原, 如式 (3) 所示。光生电子经过TiO2纳米棒阵列收集, 传输到对电极上 (镀Pt的FTO) 形成额外的化学电势差 (电压) , 同时, I3-在Pt的催化下, 氧化成为I-, 如式 (4) 所示。这样I-又可以还原空穴, 形成一个氧化还原系统, 在光照条件下, 不断产生光电流。

3 结论

(1) 制备了TiO2纳米棒经过退火处理后, 结晶性好, 在棒在周围覆盖大量花状结构, 极大增加了比表面积。

(2) 光谱学研究结果表明:该结构主要对紫外区域的光吸收, 对可见光几乎不吸收, 这为制作紫外探测器提供了可能。

(3) 光探测性能研究表明, 该结构对紫外光具有稳定、快速的响应效果, 而且无需外加电压, 进一步光电化学研究表明, 该系统形成了自驱动模式。

参考文献

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花状结构论文第2篇

ZnO是一种宽带隙 (3.37eV) 、高激发能 (60meV) 的半导体氧化物。与普通块体ZnO材料相比, 纳米ZnO材料具有独特的压电现象、高的电导率、光催化作用及散射和吸收紫外线能力, 可应用于纳米电源、纳米器件、传感器、光催化等许多领域, 近年来受到了国内外科学界的极大关注[1,2,3,4,5,6]。研究表明, 纳米ZnO的性质与其形貌有很大的依赖关系[7]。目前, 花状纳米ZnO主要集中于光接触和其它多种接触反应性能的研究, 在光接触反应和催化剂等领域具有很大的应用价值[8,9]。

花状纳米ZnO已可通过多种方法制备。Ahsanulhaq等[10]采用水热法于90℃用硝酸锌与氢氧化钠反应制备出花状ZnO;Pal等[11]采用低温水热法 (80～100℃) , 以乙二胺为表面活性剂、醋酸锌和氢氧化钠为原料制备出呈花状结构的ZnO;还有研究者采用水热法或热溶剂法于160～200℃制备出相似的花状结构[8,12,13,14,15,16]。以上提到的各种方法大多需要较高的温度和长的反应时间, 或需使用有机分子作为模板, 不具有节能和环保的特点。对于目前日益枯竭的能源社会来说, 找到一种低温、短周期的绿色制备方法显得尤为重要。本研究通过大量的实验和对比, 最终发现在低温45℃常压下通过水浴加热制备花状纳米ZnO的简便方法, 并对其形成机理进行了初步的探讨。

1 实验

1.1 试剂与仪器

ZnCl2、NaOH均为分析纯试剂。采用日立公司生产的S4800型扫描电子显微镜 (SEM, 加速电压为2kV) 和日本电子JEM-2010型透射电子显微镜 (HRTEM, 加速电压为200kV) 观察产物形貌。采用荷兰Philips的X′Pert Pro型X射线粉末衍射仪 (XRD, 电压为40kV、电流为40mA、辐射源为Cu Kα (λ=0.15416nm) ) 分析产物的晶体结构。

1.2 实验过程

配制NaOH溶液 (5mol/L) 和ZnCl2溶液 (0.5mol/L) , 将适量配好的ZnCl2溶液滴入一定量的NaOH溶液中, 使溶液中的n (OH-) ∶n (Zn2+) =10.0。取最终配好的澄清溶液35.2mL加入到有20mL去离子水的容量瓶中, 在水浴锅中于45℃恒温加热1h。对所得溶液进行离心、洗涤、干燥和收集, 得到最终的粉末产物。

2 结果和讨论

2.1 X射线衍射分析

图1为产物的XRD衍射图谱, 将其与ZnO标准PDF卡片 (编号:80-0075) 进行对比, 没有发现其它杂峰, 且主要峰位完全吻合, 说明所得产物是纯度很高的六方晶系ZnO (晶胞常数:a=b=3.25Å, c=5.21Å) ;衍射峰尖锐, 说明产物结晶性良好。

2.2 ZnO产物的形貌表征

图2为所合成产物ZnO的SEM照片。图2 (a) 和图2 (b) 为ZnO产物的低倍SEM照片, 可以看出产物是由大量的花状物聚集在一起, 产物尺寸和形貌均一。图2 (c) 为高倍、分散ZnO产物的SEM照片, 从中可以清楚地看到产物是由多片花瓣状晶体聚集而成, 其中花瓣状晶体的基本形貌为内宽外窄、向外生长的锥形结构。

图3 (a) 为花状纳米ZnO的TEM照片, 进一步证明了产物在SEM中的形貌, 单个产物的直径约为800nm。图3 (b) 为单个ZnO叶片的TEM照片, 其形状如锥形, 根部宽度一般不超过200nm, 叶片尖端不到20nm。图3 (c) 为从一个ZnO片记录的电子衍射花样, 进一步证实这些花状产物是结晶状况良好的ZnO。

2.3 花状纳米ZnO的生长机理

由于在实验配制前驱体溶液时最终得到的为澄清透明溶液, 没有任何悬浮物或沉淀生成, 因此该反应过程为:

在配置溶液过程中, 当Zn2+加入到碱溶液时, 生成的Zn (OH) 2马上又被过量的OH-溶液溶解, 最终形成过饱和Zn (OH) undefined溶液, 如式 (1) 所示。根据XRD分析可知, 获得的产物属于六方晶系。这种晶体生长过程分为2个阶段[17]:① 当对获得的含有前驱体的溶液加热时, Zn (OH) undefined通过脱水反应粘合形成[ZnxOy (OH) z] (z+2y-2x) -;②当形成的[ZnxOy- (OH) z] (z+2y-2x) -达到一定值时就会导致式 (2) 的反应。

Zn (OH) undefined→ZnO+2H2O+2OH- (2)

随着加热的进行, 首先会有晶核析出, 随后晶体将在晶核基础上进一步生长, 具体过程为: (1) 超饱和溶液在加热时产生大量ZnO晶核; (2) 大量的晶核彼此聚集, 形成体表面的高活性点, 正是这些活性点使表面活性能低的晶体面进一步生长, 形成多方向生长; (3) 这种沿多方向生长的趋势导致花瓣状晶体的长大, 并最终形成花状纳米ZnO的特有结构。这也与ZnO的自身原子结构和生长习性有关[10]:ZnO是极性晶体, Zn原子和O原子沿[1]晶向交替排列, 使晶体沿[1]方向的生长速度大于其它方向的生长速度, 从而导致ZnO花瓣晶体的长大。这些综合因素促使ZnO花状结构的形成, 其生长机理如图4所示。

3 结论

花状结构论文第3篇

卤氧化铋BiOX (X=Cl, Br, I) 是一种新型的半导体光催化材料。Huang等[1,2]采用DFT (Density functional theory) 法对卤氧化铋的能带结构进行计算, 得出卤氧化铋系列中只有BiOF为直接带隙半导体, BiOCl、BiOBr和BiOI为间接跃迁带隙半导体。已有研究表明卤氧化铋 (BiOX, X=Cl、Br、I) 是一种新型的半导体材料, 其具有独特的电子结构、良好的光性能和催化性能[3,4,5]。层状结构的BiOX (X=Cl, Br, I) 具有足够的空间来极化相应的原子和原子轨道, 这一诱导偶极矩能够有效地分离空穴与电子, 从而提高光催化性能;又由于BiOX (X=Cl, Br, I) 属间接跃迁带隙, 因此激发电子必须穿过某些K层才能到达价带, 这就降低了激发电子和空穴再复合的几率。开放式结构和间接跃迁模式的同时存在有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移, 这些特征都是BiOX (X=Cl, Br, I) 具有较高光催化活性的原因。

杨帆等[6]应用水热合成的方法通过控制反应条件合成了片状的BiOBr半导体材料。Zhang等[7]应用离子热合成法制备得到了分层微球状的BiOBr。到目前为止, 所制备的卤氧化铋光催化剂大部分为片状, 为数不多的有关卤氧化铋分等级结构的报道也是以乙二醇为溶剂, 以十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 为溴源或以其他有机物为起始原料, 在高温下溶剂热制备而成。本实验旨在采用简单、快捷、环境友好的乙二醇为溶剂, 通过溶剂热合成法制备溴氧化铋, 合成出具有高效紫外光催化性能的卤氧化铋光催化剂。

1 实验

1.1 药品

五水硝酸铋 (AR) , 上海化学试剂总厂;溴化钾 (AR) , 上海星火化工厂;乙二醇 (AR) , 天津市风船化学试剂科技有限公司;丙二醇 (AR) , 天津市光复精细化工研究所;溴化钠 (AR) , 天津市风船化学试剂科技有限公司;乙醇 (AR) , 广东省化学试剂工程技术研究开发中心;十六烷基三甲基溴化铵 (AR) , 进口封装;罗丹明B (AR) , 天津市化学试剂六厂三分厂;去离子水 (自制) 。

1.2 仪器

电子天平 (AL204-IC 220g/0.0001g) , 梅特勒-托利多仪器 (上海) 有限公司;电热恒温鼓风干燥箱 (DHG-9030A) , 上海齐欣科学仪器有限公司;循环水真空泵 (SHZ-D (Ⅲ) ) , 天津华鑫仪器厂;聚四氟乙烯内衬反应釜 (100mL) , 河南巩义予华有限公司;磁力加热搅拌器 (78-12) , 常州博远实验分析仪器厂;250 W高压汞灯 (GGZ250) , 上海季光特种照明电器厂;紫外可见分光光度仪 (UV-1600) , 上海美谱达仪器有限公司;注射器 (5mL) , 宣城市江南区医药器有限公司;滤膜 (0.45μm) , 石家庄中钛过滤器材有限公司。

2 制备与表征

2.1 制备方法

称取n (Bi) ∶n (Br) 为1∶1的Bi (NO3) 3·5H2O和KBr, Bi (NO3) 3·5H2O放入盛有75mL乙二醇的聚四氟乙烯反应内衬中, 经磁力搅拌器搅拌0.5h后加入KBr, 再搅拌0.5h后移入高温反应釜中, 置于烘箱内, 在设定温度下恒温加热一定时间, 自然冷却至室温, 用水循环真空泵抽滤, 收集产物, 并用去离子水和无水乙醇交替洗涤3次, 在烘箱中100℃干燥2h, 得灰白色产物。称量计算产率。BiOBr合成的反应方程式如下:

2.2 样品表征

晶体的物相用X射线衍射仪 (Bruker D8Advance型, Cu Kα射线, λ=1.5418, 德国) 表征。产物的形貌用扫描电子显微镜 (SEM, KYKY-2800, 北京中科科仪技术发展有限公司) 观察拍摄得到。热分析采用德国耐驰公司STA499F3同步热分析仪, 在CO2和N2气氛中测试, 升温速率为10K/min。

2.3 光催化活性的评价

称取0.050g BiOBr于100mL烧杯中加入50mL 4×10-5 mol/L罗丹明B溶液并混合, 整个体系放在暗处搅拌吸附0.5h, 然后打开光源, 每隔一定时间取3mL反应液体, 并用滤膜去除催化剂, 用紫外分光光度计在RhB的特征吸收波长 (553nm) 处测定吸光度, 通过罗丹明标准曲线可以确定罗丹明B的浓度, 并计算降解率。

降解率计算公式:

罗丹明B降解率= (1-Ct/C0) ×100%

式中:C0和Ct分别代表达到吸附-脱附平衡后罗丹明B的浓度和反应一段时间后罗丹明B的浓度。

3 结果与讨论

3.1 反应条件对BiOBr光催化性能的影响

3.1.1 不同合成温度对催化性能的影响

图1为不同温度下合成的催化剂在紫外光下光催化降解罗丹明B溶液的效果图, 随着反应时间延长, 催化剂降解率不断升高。合成温度由120℃变为140℃, 降解率从90.79%上升到96.34%, 但当合成温度由140℃升高到200℃时降解率下降, 200℃的降解率仅为66.37%;200℃下合成的样品降解率增加缓慢, 而且40 min后降解率也只有66.37%。其原因可能是, 反应温度升高, 部分溶剂乙二醇被碳化, 和催化剂混合, 使催化剂的纯度降低, 进而降低了催化剂的活性, 或者是碳化了的物质 (产品呈黑色) 附着在催化剂上, 使得催化剂的活性降低;140℃合成的产品降解率增加最快, 40min后降解率最高, 达到96.34%。

3.1.2 不同合成时间对催化性能的影响

140℃时不同的反应时间对光催化剂性能的影响如图2所示。在紫外光照射下, 催化剂的催化速率在起始5min内非常快, 10h合成的产品反应速率最快, 5min后降解率就已经达到33.55%;20h合成的样品降解速率和10h合成的基本相等;在开始的30min内, 催化速率都比较高, 30min后2h、5h、15h、20h合成的产品反应速率都明显放缓, 而10h合成的产品反应速率依然继续保持高速增长, 直到降解率达到96.34%。究其原因, 由其他研究中得知, 反应时间比较短, 产物没有形成很好的晶格, 不利于产品与目标降解物的吸附-脱附, 从而不利于催化降解反应的进行;相反反应时间太长会导致在催化剂制备中出现团聚, 晶粒尺寸变大, 比表面积极大地减小, 缩小了催化剂的反应活性面, 也不利于催化反应。

3.1.3 不同溶剂对催化剂性能的影响

图3中, 在紫外光的照射下, 光照反应40 min后乙二醇+丙二醇和乙二醇溶剂中合成的罗丹明B降解率分别为88.5%和96.34%, 说明BiOBr催化剂对罗丹明B的降解是光降解, 而非吸附;乙二醇中合成的催化剂可以迅速地光降解罗丹明B, 具有较好的光催化活性。

3.1.4 不同溴源对催化剂性能的影响

以CTAB和KBr为溴源合成的催化剂催化性能的比较如图4所示。可以明显地看出, 以KBr为溴源合成的产品降解速率一直比以CTAB为溴源合成的产品高, 当然降解效率也高;前15min降解率增加较快, 以KBr为溴源合成的产品达到66.68%, 而以CTAB为溴源合成的产品降解率为53.30%, 15min后降解率相对增加缓慢;40 min后以KBr合成的产品降解率已经达到96.34%, 而以CTAB为溴源的产品降解率为87.9%。且以CTAB为溴源成本要高于以KBr为溴源。

3.2 花状纳米BiOBr的最佳制备条件

实验表明, 花状纳米BiOBr的制备受到反应温度、硝酸铋浓度、反应时间、溶剂和溴源等的影响。光催化实验中, 优化的BiOBr最佳制备条件为:合成温度为140℃, 合成时间为10h, 溶剂为乙二醇, 溴源为KBr。反应40min的最高降解率可以达到96.34%。

3.3 花状纳米BiOBr的性能表征

3.3.1 X射线衍射和EDS分析

乙二醇溶剂热反应制备的BiOBr材料的XRD表征如图5 (a) 所示。从图5 (a) 中可以看出, 制备样品的所有衍射峰均对应于四方晶系的BiOBr标准卡片 (JCPDS card No.09-0393) , 晶格参数为a=b=3.426, c=5.208。XRD谱线中没有出现其他杂质的衍射峰, 说明实验制备得到的为单一物相的BiOBr晶体。同时从样品的衍射峰可以看出制备的BiOBr材料具有较好的结晶度。此外, XRD谱图中乙二醇溶剂热反应制备的BiOBr材料 (110) 晶面对应衍射峰与 (102) 晶面对应衍射峰强度比为1.05, 明显大于JCPDS标准卡片中相应衍射峰的比值 (0.65) 。这一结果表明, 相对于JCPDS标准卡片数据, 乙二醇溶剂热法制备的BiOBr材料在 (110) 晶面方向取向生长。BiOBr材料的EDS分析表明样品只含有Bi、O和Br元素 (图5 (b) ) 。Bi、Br和O的原子比约为1∶1∶1, 进一步证明实验制备的样品为纯的BiOBr材料。

3.3.2 TG-DSC分析

BiOBr材料的TG-DSC表征如图6所示。TG曲线显示, 从室温到600℃没有明显的质量损失, 说明BiOBr样品在低于600℃时很稳定, 因此制备的样品在反应温度 (室温) 下具有很好的稳定性。微量的质量损失也许是吸附的水分子蒸发引起的。温度从600℃继续上升, BiOBr的质量急剧下降, 对应于DSC曲线上一个明显的放热峰, 表明BiOBr开始分解。在600~800℃观察到明显的放热现象, 这可能是由BiOBr开始分解引起的。

3.3.3 SEM分析

BiOBr材料的SEM表征如图7所示。从图7可以看出反应得到的是球状BiOBr, 其由三维花状结构和片状结构组成。BiOBr片状结构为直径5~10μm的不规则片。BiOBr三维花状结构直径约为10μm, 由不规则BiOBr片状结构组成, BiOBr片的厚度约为100nm。从SEM图可知, 随着反应的进行, 首先生成BiOBr片状结构, BiOBr片状结构进一步聚集组装得到BiOBr三维花状结构。

4 结论

(1) 以Bi (NO3) 3·5H2O和KBr为原料, 以乙二醇为溶剂, 在不同合成时间、不同的合成温度条件下通过溶剂热法制备了BiOBr系列材料。对产物BiOBr进行了表征。所合成的产品为纯净的BiOBr, 性质稳定, 形貌为球状, 由三维花状结构和片状结构组成。

(2) 光催化实验中, 优化的BiOBr制备条件为:合成温度为140℃, 合成时间为10h, 溶剂为乙二醇, 溴源为KBr。反应40min的最高降解率可以达到96.34%。

摘要：以Bi (NO3) 3·5H2O为原料, 选择合适的溴源和溶剂, 采用溶剂热法通过控制合成条件制备了BiOBr系列材料, 同时对BiOBr进行了XRD、TG-DSC和SEM表征, 证实所合成产品为纯净的BiOBr, 由花状结构和片状结构组成。实验表明, BiOBr的最佳合成条件为:合成温度为140℃, 合成时间为10h, 乙二醇为溶剂, KBr为溴源。40min时最佳降解率达到96.34%。

关键词：溴氧化铋,溶剂热,吸附,光催化

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花状结构论文第4篇

目前,制备纳米MoS2的方法主要包括气相反应法、超声化学法、水热法、模板法和机械研磨法等,采用上述方法所制备的MoS2的形貌主要有:富勒式[6]、纳米线[7]、纳米管[8]、纳米棒[9]、花状[10]等。

近几年来研究工作者开始尝试利用生物分子(如DNA、蛋白质、氨基酸等)作添加剂来制备纳米材料。生物分子通常具有纳米级尺度或纳米孔洞,从而可以作为制备纳米材料的模板;同时其独特的分子识别功能使其在纳米材料的组装过程中具有高度的选择性[11]。例如,张斌等[12]用L-半胱氨酸做添加剂水热法得到了花式Bi2S3,杨晓峰等[13]在甘氨酸存在的情况下得到了YPO4:Eu3+纳米束。但目前用生物分子作添加剂制备纳米MoS2的研究尚未见报道。因此,本研究以生物分子L-白氨酸作添加剂水热法成功地得到了花状MoS2,同时利用XRD、XPS和FE-SEM对其结构和形貌进行了表征,考察了反应条件对产物形貌的影响并初步探讨了可能的形成机理。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

钼酸钠(Na2MoO4·2H2O),L-白氨酸,硫代乙酰胺(CH3CSNH2),盐酸,无水乙醇,以上均为市售的分析纯试剂;磁力搅拌器,反应釜,马弗炉,真空干燥箱。

1.2 MoS2纳米材料的制备

称取1.5mmol钼酸钠溶于30mL水中,待其溶解后加入1mmol L-白氨酸,室温下搅拌约5min后加入4.5mmol 硫代乙酰胺,然后逐滴滴加12mol/L的HCl,调节溶液的pH<1,磁力搅拌一段时间后,将混合溶液转移至100mL的反应釜中,180~240℃下反应24 h。反应完成后,使体系自然降至室温,过滤,分别用去离子水、无水乙醇各洗涤3次,最后产物于60 ℃下真空干燥6h,得到黑色固体粉末。

1.3 材料表征

采用菲利普公司生产的X/MPD型X-射线衍射仪(Cu靶;步进连续扫描;扫描速率0.02 °/s,管电压50 kV)对样品物相结构进行分析;采用VG ESCALAB 210型X-光电子能谱仪(Mg靶)对样品组成进行元素分析;采用场发射扫描电镜(JSM-6701 FE-SEM)观察样品的微观形貌和粒子尺寸。

2 结果与讨论

2.1 物相分析

图1所示是所得产物MoS2的XRD图谱。由图可看出,在2θ=14.4°、32.7°、59.8°处分别出现了衍射峰,这与MoS2晶体的标准谱图峰位基本一致,可归属于2H-MoS2的(002)、(100)、(110)峰(JCPDS37-1492),表明所得产物为典型的2H-MoS2。此外,谱图峰形较宽,不尖锐,说明此方法得到的MoS2的晶型不是很好,但(002)峰的出现表明产物中仍然存在层状堆垛结构。对比图中两条谱线可看出,L-白氨酸存在下所得花状MoS2的晶型(图1b)比不加白氨酸时所得产物的晶型(图1a)较好。

2.2 XPS分析

用X光电子能谱仪对花状MoS2的元素组成及表面价态进行了分析,如图2所示。从Mo的3d谱图来看(图2a),在229.74 eV和232.92 eV处出现了两个强峰,分别可对应于Mo3d5/2和Mo3d3/2峰,根据相关文献报道[14],这两个峰可归属于Mo4+,表明产物MoS2中Mo是以四价态存在的。如图2b中在162.62eV的位置出现了S 2p的特征峰,此峰可归属于S2-。另外,在XPS谱图中除了Mo、S、C、O之外没有其它元素的特征峰出现,表明所得产物为纯净的MoS2。

2.3 形貌分析

图3所示是所得花状MoS2的场发射扫描电镜图(FE-SEM)。从图3a中可看出,所得产物由团聚在一起直径约为500 nm的微球组成,球的表面不光滑。从高分辨率的图3b中可看出,微球的表面由一些50~100 nm的厚度不均的纳米片组成,类似于花瓣状。

此外,考察了反应条件对产物形貌的影响。图4所示是保持其他反应条件不变,改变反应温度时所得产物的FE-SEM图。从图中可以看出,反应温度的变化对产物的形貌有很大的影响。当反应温度为180℃时(如图4a所示),产物为粒径不均匀的球形且表面较光滑;温度保持在220℃时(如图3a所示),产物为花式的微球,微球表面由厚度为50~100 nm的纳米片组成;当温度上升至240 ℃时,产物仍是微球,但其表面由长短不一的小短棒交错组成(如图4b所示)。产物的形貌受温度影响很大,可能是因为在不同的反应温度下,产物

的结晶速度不同,从而导致所得产物的形貌亦有很大的差别。

图5是加入不同的氨基酸时所得MoS2的FE-SEM图。由图可看出,当用L-羟脯氨酸做添加剂时,所得产物为直径较大的微球且球表面较光滑 (如图5a所示);图5b和5c分别是用天冬氨酸和L-半胱氨酸作添加剂时所得产物的形貌,由图可看出所得产物也是微球,表面分别由纳米颗粒和纳米棒组成。可见,氨基酸的种类对产物的粒径大小和形貌也有很大影响。这可能是因为各个氨基酸末端有不同的侧链,使其与钼酸根离子的作用力不同,从而导致最后产物的形貌有很大的差别。

2.4 反应机理探讨

用L-白氨酸作添加剂得到花状MoS2的机理目前还不是很清楚,但有一点是肯定的,那就是氨基酸分子的结构及其物化性质,对花状MoS2的形成起到了重要的作用。近年来,L-半胱氨酸越来越多的应用于硫化物纳米材料的制备中,它既可以调控纳米材料的形貌,又可以作为硫化试剂。由相关文献[12]可知,L-半胱氨酸中的巯基侧链由于能与无机盐离子和金属离子作用,因而在形貌可控的纳米材料的制备中发挥了重要的作用。此外,L-半胱氨酸中的氨基和相邻L-半胱氨酸的羧基在反应过程中形成了二肽或多肽,这在纳米材料的形成过程中起到了软模板的作用。因此,可以推测本实验中L-白氨酸也可以与钼酸根离子作用得到前驱体复合物,且L-白氨酸分子间可形成二肽或多肽。根据实验现象及上述推测,用L-白氨酸作添加剂得到形貌可控的花状MoS2的反应机理可能为:当钼酸钠和L-白氨酸混合时,通过钼酸根离子与L-白氨酸侧链之间的作用力可以得到Mo(Leu)6+复合物;在水热条件下,Mo(Leu)6+复合物又可以解离得到游离的Mo6+,同时,硫代乙酰胺与酸作用得到H2S,则Mo6+可以与H2S反应得到MoS2。另一方面,相邻白氨酸分子之间形成二肽或多肽,它们可能起到了诱导MoS2颗粒自组装形成花状MoS2微球的作用。

3 结论

采用L-白氨酸作添加剂水热法得到了花状MoS2,并且考察了反应条件对产物形貌的影响。实验结果表明,反应温度和氨基酸的种类对产物的形貌和粒径大小都有着很大的影响。通过对反应机理的推测,得出氨基酸的结构和物化性质在形貌可控的MoS2的形成过程中起到了非常重要的作用。

摘要：以钼酸钠和硫代乙酰胺为原料,生物分子L-白氨酸为添加剂水热条件下合成了花状二硫化钼(MoS2),并通过X-射线衍射,X-光电子能谱以及冷场发射扫描电镜对产物的结构和性质进行了表征和分析。通过考察反应温度、氨基酸的种类等对产物形貌的影响,得出只有当用L-白氨酸作添加剂且其用量为1mmol,反应温度为220℃时才能得到形貌较好的花状MoS2。此外,初步探讨了其形成机理,结果表明,L-白氨酸的结构和物化性质在花状MoS2的形成过程中起到了非常重要的作用。

花状结构论文第5篇

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

85-2型恒温磁力搅拌器,巩义市英峪予华仪器厂;FA2004A电子天平,上海精天电子有限公司;D2F-6021型恒温干燥箱,宁波南仪器厂;岛津UV-2401 PC型紫外分光光度计,日本岛津;800型离心沉淀器;100 m L反应釜;S-550型电子扫描显微镜,日本HITACHI公司;20 W LED灯、100 W LED灯、100 W不同波段的LED灯。

五水合硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O;溴化钠Na Br;乙二醇(EG);(以上所用均为分析纯);所用水为蒸馏水。

1.2 光催化剂的制备

1.2.1 Bi OBr样品的制备

将1.46 g Bi(NO3)3·5H2O加入到60 m L的乙二醇溶液中,使用磁力搅拌至晶体完全溶解后,再向溶液中加入1.64 g Na Br,再用磁力搅拌至Na Br也完全溶解,然后转移到100 m L聚四氟乙烯反应釜中,在170℃烘箱中反应6 h,冷却至室温后,用蒸馏水离心、洗涤三次,然后将产物置于60℃恒温烘箱中干燥12 h,即得所要产物Bi OBr。

1.2.2 Bi OBr-Ag样品的制备

将1.46 g Bi(NO3)3·5H2O溶于60 m L乙二醇溶液中,磁力搅拌至完全溶解后再加1.64 g Na Br搅拌均匀,在此溶液中再加入一定量的Ag NO3再磁力搅拌至完全溶解,然后转移到100 m L聚四氟乙烯反应釜中,在170℃烘箱中反应6 h,冷却至室温后,蒸馏水离心、洗涤3次,后将生成的产物置于60℃恒温烘箱中干燥12 h,所得产物备用。

1.3 催化剂光催化活性评价

1.3.1 可见光光催化降解罗丹明B活性测试

将0.05 g催化剂加入到装有150 m L罗丹明B(20 mg/L)溶液的石英皿中,放入转子,先在避光条件下吸附0.5 h后,再以特制的100WLED灯作为可见光光源,自上而下的照射反应液。从开灯照射反应液作为反应的开始,每隔30 min取一次样。所取得的样品用800型离心沉淀器以转速为4 000 r/min的速度离心3min,然后使用岛津UV-2401P C型紫外分光光度计测定在波长为553 nm处的吸光度,分析溶液中残留的罗丹明B的浓度,并计算其降解率。在可见光下,催化降解效果最好的光催化剂是掺杂2%Ag NO3的Bi OBr-Ag。

该实验同时还要增加商业Ti O2及染料自身在LED灯源下的降解以及不掺杂金属Ag的Bi OBr这三个实验作为对照实验。

1.3.2 紫外光光催化降解罗丹明B

将0.05 g催化剂加入到装有150 m L罗丹明B(20 mg/L)溶液的石英皿中,放入转子,先在避光条件下吸附0.5 h后,再以特制的20WLED灯作为可见光光源,自上而下的照射反应液。抽样和测试吸光度的步骤和可见光的测试一致。同样的,也做上述的三组对照实验。有所不同的是,上述实验中在可见光下找出的降解效果最好的催化剂比例,放于紫外光下同样条件的降解其效果不是很好。

1.3.3 不同波长可见光光催化降解罗丹明B

选用的催化剂是在可见光下催化测试效果最好的响应Ag掺杂比例催化剂Bi OBr-Ag,使用同一种催化剂分别用于红、蓝、黄、绿四种单色光下进行罗丹明B的降解实验,操作步骤和反应的时间与1.3.1一致。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的形貌结构分析

图1是催化剂Bi OBr及Bi OBr-Ag的扫描电子显微(SEM)图像。样品是由无数薄片组成的花球状结构。掺入Ag后对其花球状的形成并未造成明显影响,这些微球体是由许多实心花球状结构构成,紧致的拥簇在一起,这也使得花状球形结构的具有大的接触表面,这就增加了纳米材料的吸附性和化学反应的接触面,对于提高样品的光催化活性非常有利。

2.2 催化剂的X射线粉末衍射仪(XRD)分析

醇热法合成的Bi OBr及Bi OBr-Ag的XRD测定结果如图2所示,从图2中可以看出所制得的样品衍射峰的峰都比较窄,表明晶体的晶粒度良好,通过分析发现图中衍射峰依次出现在2θ=10.256、25.18299、31.64217、45.70268、56.61238处,与文献报道相一致(JCPDS 09-0393),且没有产生杂峰,表明所制样品的纯度较高。从图2中可以看出,由于金属Ag的掺杂使得衍射峰值略有减弱,推测可能是由于Ag的掺杂对Bi OBr样品的晶体生长产生的影响,但并不是很明显。

2.3 不同比例光催化剂Bi OBr-Ag可见光下光降解性能的研究

将掺杂不同Ag比例的催化剂各在可见光(白光)下进行光催化反应。光催化剂在可见光下降解罗丹明的降解性能对比图如图3所示。不加催化剂时可见光下降解率非常小,由图中数据对比可以看出,掺杂Ag的比例为2%时降解效果比其他掺杂比例的都要好,且远优于不掺杂金属Ag的催化剂,由此说明,适当掺杂金属Ag可提高催化剂的降解性能,但是有掺杂Ag的最佳比例,即当Ag引入量为2%时,其催化活性最高。

2.4 不同波长光下光降解性能的研究

将可见光下挑选出的催化降解效果最好的光催化剂,即:掺杂2%Ag NO3的Bi OBr-Ag分别置于四种单色光灯下进行光催化反应。由图4可知,各光的降解效果为:蓝光>绿光>黄光>红光。出现这种情况的原因,蓝光降解效果好可能是因为其波段接近紫外光,而红光降解效果最差。

3 结论

(1)本文采用简单的醇热法制得具有花球状结构的光催化剂Bi OBr-Ag,研究了其在可见光下的催化活性。通过对比,发现掺杂了贵金属Ag之后的催化剂Bi OBr-Ag的催化降解性明显优于未掺杂的Bi OBr。

(2)通过在可见光照射下溶液吸光度的测定,发现最好掺杂效果的催化剂比例是掺杂2%Ag NO3的Bi OBr-Ag,其在可见光照射下催化降解效果最好。

(3)将掺杂2%Ag NO3的Bi OBr-Ag放于四种单色光下进行对比研究,这四种单色光降解效果为:蓝光>绿光>黄光>红光。

摘要：利用醇热法制备了具有花球状结构的铋系溴氧化物光催化剂,并通过掺杂贵金属Ag制备出光催化剂BiOBr-Ag。通过XRD和SEM对它们进行表征,并考察其在可见光下降解罗丹明的催化活性。实验结果表明,适当掺杂贵金属Ag有助于提高光催化剂的光催化降解活性。

花状结构论文第6篇

多种金属氧化物的复合电极材料作为一种新型的超级电容器电极材料,具有单一电极材料所不具有的优良性能,研制开发具有优异性能的复合电极材料是超级电容器研究的一个趋势[4,5]。Luo等[6]用化学共沉淀法制备出了蜂窝型的Mn-Ni-Co三元氧化物纳米复合材料,比电容达到1260F˙g-1。Liu等[7]以Co(NO3)2·6H2O和RuCl3·0.5H2O为前驱体,三嵌段共聚物P123为软模板制备了Co3O4/RuO2·xH2O颗粒状的复合电极材料,其电化学比电容达到642F˙g-1。Yan等[8]在SnO2纳米线上化学沉积了MnO2,制备了SnO2-MnO2二元复合材料,在电流密度为10 A·g-1下比电容还能高达496F·g-1。

1实验部分

1.1仪器和试剂

采用日本理学Rigaku D/MAX-2500PC型X粉末射线衍射仪对样品进行测试,测试条件为:Cu Kα射线,管电压60 kV,管电流300mA,扫速2 °/min;采用JSM-6360LA 型扫描电子显微镜(SEM)对样品的表面形貌及颗粒大小进行表征;采用美国TA公司生产的SDT Q600型号的热重扫描量热仪对样品进行热重(TG)和差热(DSC)分析,测试温度范围为25～800℃,程序升温速率为5℃/min。

本实验所用的六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O),六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O),尿素(CO(NH2)2)均为分析纯试剂,实验用水为去离子水。

1.2样品的制备

在室温下,分别称取0.583g Ni(NO3)2·6H2O、0.291g Co(NO3)2·6H2O、和0.96g CO(NH2)2加入20mL去离子水溶解,然后将溶液倒入以聚四氟乙烯(PTFE)为内衬的高压反应釜(25mL)中,在180℃下水热反应8h后自然冷却至室温,用去离子水充分洗涤至中性。将样品放入烘箱中在60℃下干燥12h,再置于马弗炉中500℃煅烧3h后自然冷却,即制得的摩尔比为2∶1的Co3O4-NiO复合材料。

采用相同的方法制得纯Co3O4、纯NiO和摩尔比分别为10∶1、4∶1、5∶4、1∶1的Co3O4-NiO复合材料。

1.3电极的制备

将活性材料、导电剂炭黑(XC-72R)和胶黏剂聚四氟乙烯(PTFE)按质量比75∶20∶5混合均匀,滴加适量的无水乙醇作分散剂,超声分散1h。然后把上述混合物移入小试管中,加入5mL乙醇,放入沸水里加热到微沸时拿出,完成破乳过程。将糊状物均匀涂敷于多孔泡沫镍基底上,60℃下真空干燥6h后,将电极置于10MPa的压力下压成薄片,作为研究电极。

1.4电化学性能测试

电化学测试使用常规的三电极体系,将上述制得的电极作为研究电极,铂片和饱和甘汞(SCE)分别作为辅助和参比电极。电解液为6mol˙L-1的KOH溶液,测试前将工作电极浸泡在电解液中平衡6h。循环伏安测试采用上海辰华公司生产的CHI410A电化学工作站。恒流充放电和交流阻抗测试采用美国普林斯顿公司生产的VersaSTAT3电化学工作站。在-0.1～+0.5 V(vs.SCE)电位范围内,分别以0.5 ～ 4 mV˙s-1的扫描速度对电极作循环伏安法测试;在0～+0.4 V(vs.SCE)电位范围内,分别以100、200和500mA˙g-1的电流密度对电极进行恒流充放电测试;分别对不同的电极材料在频率为10-2～105 Hz之间进行交流阻抗的测试。

2结果与讨论

2.1热重分析

图1为制得复合材料的前驱体Co(OH)2-Ni(OH)2于N2保护下的热重分析图。图中出现了两个失重平台,第一个失重平台的温度区间为室温到300℃,此区间的失重率为4% 左右,主要失重原因是前驱体失去其晶胞边缘的物理吸附水引起的,失水反应方程式为:M(OH)2·xH2O→M(OH)2+xH2O(M为Co,Ni);第二个失重平台出现的温度区间为300～500℃,失重率约为21%。主要失重原因为前驱体中的Ni(OH)2和Co(OH)2晶体内分子间脱水转化为NiO和Co3O4造成的,失水反应方程式为Mx(OH)2y→MxOy+yH2O(M为Co,Ni)[9,10]。当温度高于500℃时,TG曲线基本持平,表明氢氧化物的热分解反应基本结束。因此,热处理温度控制在500℃。

2.2样品最佳配比的选择

在水热反应过程中,发现反应物的浓度是合成和控制花状亚微米结构的重要影响因素[11]。图2为不同摩尔配比下Co3O4-NiO复合材料的SEM图,从图中可以看出随着钴盐浓度的增大,片状的产物越来越多,在摩尔配比为2∶1时形成了规则的花状,但当钴盐的浓度超过形成花状的最佳浓度时,产物以无序的片状居多,这是因为随着钴盐浓度的增大,Co(OH)2的生长速度加快所导致的。实验表明:在摩尔比为2∶1时的水热反应条件下生成的复合物晶粒结晶十分完好,形态上均呈规则结晶多面体的花状结构。

图3为不同摩尔比的Co3O4-NiO复合材料在100mA˙g-1电流密度下的恒流充放电曲线和比电容大小的对比图。在图中可以看出随着Co3O4-NiO摩尔比的增加,复合物的比电容发生改变,证明添加不同比例的Co3O4会提高NiO在复合电极材料中的分布,从而提高电极材料的比表面积,进而影响电极材料的比电容。当摩尔比为2∶1时,Co3O4-NiO复合材料出现最高比电容362.5F·g-1,这可能是由于其特殊的形貌,使得质子电极和电解液界面发生氧化还原反应时比较容易进行。

2.3结构和形貌分析

图4为500℃煅烧后所得产物的XRD图。由图可见,和标准谱图(JCPDS:42-1467)对比,水热法合成的Co3O4在31.3°、36.8°、38.5°、44.8°、55.6°、59.3°、65.3° 处出现了特征衍射峰,它们所对应的晶面为(220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)、(440);NiO和标准谱图(JCPDS:47-1049)对比在37°、43°、63° 处出现了特征衍射峰,它们所对应的晶面为(111)、(200)、(220)。将复合材料的衍射峰与纯Co3O4和NiO的标准谱图相对照,无新衍射峰出现,说明掺杂Co3O4后未改变NiO的晶型,Co3O4和NiO均保持了各自的立方相和菱形结构。

氧化物的电化学性能主要跟氧化物的颗粒大小、比表面积和孔隙率这几方面有关;材料的颗粒越小,比表面积越大,将会提供更多的活性位点,同时高孔隙率能大大提高整个电极的渗透率,更加能充分利用电极材料[12]。图5为纯Co3O4、NiO和Co3O4-NiO复合材料的扫描电镜(SEM)图。由图可见,Co3O4的晶形结构比较好,粒子排列均匀,结构呈规则片状,但是空隙率太小,团聚现象比较严重,结构紧密不利于提高其电化学活性。NiO虽然粒子分散度比较好,但是粒子结构排列不规则,也不利于提高其电化学活性。而从Co3O4-NiO复合物的图中可以看到,其复合物呈规则花状的亚微米结构,大多数花的直径在3.5-4μm,每朵花由几十个彼此相互交错的纳米片构成,图5d是单个放大的花状结构复合物的SEM图,可以清晰的看到纳米片彼此交错形成的花状结构,每片纳米片的厚度大约在190nm左右,这种花状结构不仅具有规则的形貌,而且还具有较高的空隙率,能大大提高了整个电极反应过程中离子的传质速率,从而提高其电容特性[13]。

2.4电化学性能测试

图6比较了不同扫描速度下Co3O4-NiO复合材料的循环伏安图。由图中可以看出该电极材料出现了氧化还原峰,说明该材料是基于赝电容储能;并且随着扫描速度的增加,氧化还原峰的峰电流强度逐渐增强,表明在工作电压下该电极材料有良好的电容储能特性。

从图7中可以看出,在相同扫描速度下,与纯Co3O4和NiO相比,Co3O4-NiO复合材料具有比较高的峰电流,而且峰面积最大,而氧化还原峰的峰面积大小与电极材料的比电容成正比[14],所以Co3O4-NiO复合材料具有较好的电容特性和高的比电容。

图8所示为Co3O4、NiO、Co3O4-NiO复合材料的在电流密度为100mA˙g-1的恒流放电曲线。按照公式C=I*t/m*ΔV[15],根据恒流放电时间可以计算电极材料比电容。其中C为电极材料的电化学质量比容量(单位为F˙g-1),I为放电电流(A),t为放电时间(s),m为电极活性材料的质量(g),ΔV为电位窗口区间(V)。

由上述公式计算可知Co3O4、NiO、Co3O4-NiO复合材料的单位质量比电容分别为172.75F·g-1,144.5F·g-1,362.5F·g-1。Co3O4-NiO复合材料的电化学比容量远远高于纯Co3O4、NiO电化学比容量,这可能是由于NiO与Co3O4之间存在协同作用,两者能够形成均匀且孔穴率高的花状复合物,其特殊的花状形貌提高了复合物与电解液的接触程度,纳米片的相互交错为电子迁移提供了快速的传质通道,从而缩短了传质途径,增大了复合物比电容。纯Co3O4和NiO电极材料,由前面SEM图的分析可知,不利于电解质的渗透,电极材料与电解质接触机会少,材料的利用率不高,故比电容不高。

图9为Co3O4-NiO复合材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。由上述公式计算可得在100、200、500mA˙g-1电流密度下的比电容分别是:362.5、344.5和293.75F·g-1。比电容随着电流密度的增大而减小,主要是由于电极材料在反应过程中随着电流密度的增大会产生较大的电压降,这种现象与电极表面电荷的传质过程有关,在大电流密度下电极表面发生氧化还原反应速度快,这样在电极表面消耗的OH-在短时间内来不及供给,就导致了大电流下比电容降低的原因。

图10为Co3O4、NiO、Co3O4-NiO复合材料在100mA˙g-1电流密度下恒电流充放电1000次的放电容量对比图。由图可知,充放电1000次后,NiO的电化学比容量下降9.34%,Co3O4电极材料的电化学比容量下降了8.53%,而Co3O4-NiO复合材料的电化学比容量只衰减了4.69%。与Co3O4、NiO电极相比,Co3O4-NiO复合材料电极的循环稳定性大大增强。其原因可能是由于复合材料形成的特殊花状结构使得Co3O4和NiO的晶格发生了交叠,这样就导致了充放电过程中Co3O4-NiO复合材料的晶格改变小,材料的刚性增强,使得电极材料的电化学可逆性和导电性能明显增加,提高了电极材料的利用率。

图11为NiO、Co3O4和Co3O4-NiO复合材料在开路电位下测得的交流阻抗图。该图是由高频区的半圆和低频区的斜线组成,由图可知,在高频区NiO、Co3O4,Co3O4-NiO电极的溶液/电极的接触电阻都约为0.4 Ω,纯物质(NiO和Co3O4)的反应电阻分别为0.5和0.4 Ω,而复合物的反应电阻仅为0.2 Ω,比两个纯物质的反应电阻都小,说明具有较好的电化学响应;在低频区的斜线为质子扩散引起的Warburg阻抗,Co3O4-NiO复合材料的斜线与X轴的夹角更接近90o,说明在电极反应过程中电极表面的扩散速度快。由图11(a)可知,Co3O4-NiO复合材料在KOH电解液中的反应电阻比两个纯物质的都小,并且质子扩散速度也最快,进一步证明了比电容高,与上述实验结果保持一致。

3结论

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