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基本信息

項(xiàng)目名稱：
硫化鎳納米材料的制備及鋰離子充放電性能研究
小類：
能源化工
簡介：
本文主要采取簡單的溶劑熱法以乙二醇為溶劑，硫代乙酰胺、L-胱氨酸、硫脲等為硫源，成功合成了一系列不同形貌的硫化鎳納米材料，此外，還考察了不同配位劑以及不同表面活性劑對產(chǎn)品形貌和相結(jié)構(gòu)的影響，測定了形貌較好的海膽狀硫化鎳空心球以及實(shí)心微球、納米空心球的電化學(xué)性能，顯示了較好的循環(huán)性能。
詳細(xì)介紹：
本文主要采取簡單的溶劑熱法以乙二醇為溶劑，硫代乙酰胺、L-胱氨酸、硫脲等為硫源，成功合成了一系列不同形貌的硫化鎳納米材料，其中以硫代乙酰胺為硫源合成的硫化鎳是由納米棒組成的海膽狀空心結(jié)構(gòu)，XRD測試結(jié)果表明產(chǎn)品中存在α和β兩種相結(jié)構(gòu)，但主要組分為β-NiS，掃描電鏡圖片清楚地揭示了海膽狀空心結(jié)構(gòu)，跟蹤產(chǎn)物隨時(shí)間的變化，研究了海膽狀空心球的形成過程，而以L-胱氨酸為硫源合成的為形貌非常規(guī)整的實(shí)心微球，用硫代硫酸鈉合成的則為硫化鎳納米棒，此外，還考察了不同配位劑以及不同表面活性劑對產(chǎn)品形貌和相結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)使用PEG2000作為表面活性劑時(shí)獲得的是由納米粒子組成的空心球結(jié)構(gòu)，而使用PVP則為規(guī)整的納米粒子。作為鋰離子電池陰極材料，測定了形貌較好的海膽狀硫化鎳空心球的電化學(xué)性能，首次放電容量超過900mAh g-1，高于文獻(xiàn)報(bào)道的理論容量，循環(huán)五十次后，穩(wěn)定在約200 mAh g-1。為了比較不同形貌硫化鎳的鋰離子循環(huán)性能，分別對不同條件下合成的硫化鎳空心球和實(shí)心微球進(jìn)行了循環(huán)性能測試，循環(huán)30次后容量衰減較嚴(yán)重，結(jié)果表明都未能獲得較好的充放電容量和循環(huán)性能。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

鋰離子電池由于其具有高可逆容量、高電壓、高循環(huán)性能和高能量密度等優(yōu)異性能而備受世人青睞，被稱為21世紀(jì)的主導(dǎo)電源，但現(xiàn)有的大部分鋰離子電池在快速充放電的時(shí)候，其容量都會有不同程度地減小。究其原因是由于材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，納米材料具有比表面積大、表面活性高、離子擴(kuò)散路徑短和可塑性高等特點(diǎn)，應(yīng)用在電池材料中可顯著改善鋰離子充放電性能，目前關(guān)于這方面的研究十分活躍。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

硫化鎳納米材料在太陽能電池、加氫脫硫催化反應(yīng), 以及光電導(dǎo)材料和鋰電池陰極材料等方面都有著廣泛的應(yīng)用，因而備受關(guān)注。目前，多種形貌的NiS納米材料被相繼合成出來，但通過自組裝方法獲得規(guī)整的空心有序超結(jié)構(gòu)較少，本作品主要采用簡單的溶劑熱法成功合成了由針狀納米棒組成的海膽狀硫化鎳空心球，方法簡單，空心結(jié)構(gòu)明顯，產(chǎn)品有序規(guī)整，并研究了不同條件對硫化鎳形貌和相結(jié)構(gòu)的影響以及他們的鋰離子充放電性能。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

鋰離子電池由于具有突出的優(yōu)點(diǎn)，在移動電話、筆記本、電腦、汽車等方面有很大的應(yīng)用，目前，鋰離子電池的電極材料也發(fā)展非常迅猛，有許多不同物質(zhì)的或新的結(jié)構(gòu)的電極材料被研制出來，但以金屬硫化物為電極材料研究的并不是多見，而硫化鎳具有較高的理論容量，是一種較好的鋰離子充放電材料，在目前能源短缺的情況下研究可替代的新能源顯得尤為重要，所以對硫化鎳納米材料電化學(xué)性能的研究具有一定的實(shí)際意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文主要采取簡單的溶劑熱法以乙二醇為溶劑，硫代乙酰胺、L-胱氨酸、硫脲等為硫源，成功合成了一系列不同形貌的硫化鎳納米材料，其中以硫代乙酰胺為硫源合成的硫化鎳是由納米棒組成的海膽狀空心結(jié)構(gòu)，XRD測試結(jié)果表明產(chǎn)品中存在α和β兩種相結(jié)構(gòu)，但主要組分為β-NiS，掃描電鏡圖片清楚地揭示了海膽狀空心結(jié)構(gòu)，跟蹤產(chǎn)物隨時(shí)間的變化，研究了海膽狀空心球的形成過程。此外，還考察了不同硫源以及不同表面活性劑對產(chǎn)品形貌和相結(jié)構(gòu)的影響，使用不同硫源時(shí)獲得了規(guī)整的實(shí)心球、由納米粒子組成的空心球等多種結(jié)構(gòu)，并對其中海膽狀空心球以及實(shí)心微球、納米空心球進(jìn)行了電化學(xué)測試，海膽狀硫化鎳空心球的電化學(xué)性能顯示首次放電容量超過900mAh g-1，高于文獻(xiàn)報(bào)道的理論容量，循環(huán)五十次后，穩(wěn)定在約200 mAh g-1，而實(shí)心微球和納米空心球的充放電循環(huán)性能顯示容量衰減比較嚴(yán)重，性能較海膽狀結(jié)構(gòu)差。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

低維結(jié)構(gòu)的納米材料由于具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和光電性能一直以來就受到學(xué)者們的關(guān)注。隨著納米材料的快速發(fā)展，已經(jīng)成功合成出不同物質(zhì)的低維結(jié)構(gòu)的納米材料。但如何把低維納米材料轉(zhuǎn)變成具有一定集合性能的超結(jié)構(gòu)材料，引起了化學(xué)和材料學(xué)家的極大興趣和更多的關(guān)注。目前已經(jīng)合成出了由納米片組裝成的Ni(OH)2管、Co3O4空心球以及由納米棒自組裝而成的CePO4空心球及海膽狀BiPO4等材料， Wan等人用PVP作為表面活性劑，得到了由V2O5納米棒組裝成的空心球。Zeng和其合作者利用Zn球作為模板，分別合成了由納米棒和納米片組成的空心球。Suib等采用水熱法得到了由納米線組裝成的海膽狀MnO2球。此外，通過自組裝方法還合成了納米棒組成的CuO空心微球、海膽狀Bi2S3和ZnO微球，以及由納米線組成的CeVO4空心球等材料。但通過自組裝方法獲得的有序超結(jié)構(gòu)硫化鎳納米材料還較少，只有為數(shù)不多的報(bào)導(dǎo)，如Qian等人利用雙硫腙在乙二胺體系中合成了由納米針或納米組成的三維花狀NiS微球，Xie課題組通過聚合物輔助合成了由納米片組裝而成的NiS花狀結(jié)構(gòu)以及加入多胺合成了海膽狀NiS微球。但這些花狀結(jié)構(gòu)都欠規(guī)整，而且都未能獲得很好的海膽狀空心球結(jié)構(gòu)。此外，對硫化鎳納米材料鋰離子充放電性能的研究目前還不是很多，而硫化鎳作為電極材料又具有較好的充放電性能，所以本文主要采用簡單的溶劑熱法成功合成了由針狀納米棒組成的海膽狀硫化鎳空心球，并對其進(jìn)行了鋰離子充放電性能研究，顯示了較好的充放電性能。
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