四氧化三钴纳米材料的制备及其电化学性能研究

1、四氧化三钴纳米材料的制四氧化三钴纳米材料的制 备及其电化学性能研究备及其电化学性能研究 报 告 人：廖新太 学 院：化学化工学院 班 级：103班 学 号：2010210193 目录目录 研究背景及意义 结果与分析 结论 实验方法 一 研究背景及意义 近年来，随着太阳能/风能发电、电动汽车、 便捷式电子设备等领域的快速发展，迫切需 要开发同时具有大功率密度和高能量密度的 化学储能电源。超级电容器兼备了能量密度 大和功率密度大的优点。 法拉第电容特性 过渡金属氧化物材料 Co3O4 MnO2 RuO2 碳材料 导电聚合物材料 活性炭 炭气凝胶 聚吡咯 聚苯胺 超 级 电 容 器 电 极 材 料

2、活性炭纤维 二 实验方法 原材料：CoCl2+NH3H2O 前驱体： Co(OH)2 直接 沉淀 法 产 物： Co3O4纳米材料 焙 烧 Co 3O4的制备： Co3O4的表征 1.前驱体热重曲线 2.X射线衍射 4.FESEM 3.红外光谱 5.电化学性能 1.前驱体热重曲线 O6HO2CoO6Co(OH) 24322 ? 图1 氢氧化钴前驱体的热重(TG)和差热(DTG)曲线 三 结果与分析 204060 10203040506070 I n t e n s i t y ( a . u . ) 2/degree 440 511400 311 220 111 a b a.Co 3O4-30

3、0 b.Co 3O4-600 2.X射线衍射射线衍射 图2 Co3O4-300 与Co3O4-600的XRD谱图 在衍射角为 18.9 31.3 36.8 44.8 59.2 65.1出现 明显的特征衍射峰， 这与标准衍射图谱 中立方尖晶石 Co3O4 特征衍射峰 相吻合,表明用此 方法制备的目标产 物为纯相立方尖晶 石Co3O4。 3.红外光谱分析红外光谱分析 350030002500200015001000500 T r a n s m i t t a n c e / % Wavenumber/(cm- 1) a.Co3O4-300 b.Co3O4-400 c.Co3O4-600 a b

4、c 图3 Co3O 4-300、Co3O4-400 与Co3O4-600的红外光谱图 3369cm-1 559cm-1 660cm-1 4.FESEM 分析 图4.1 Co3O4-300 图4.2 Co3O4-600 图4 Co3O4-300和Co3O4-600的FESEM 图 5.电化学性能分析电化学性能分析 300热处理所得Co3O4样品 具有更好的电容特性这是因 为晶体发育不完整，适于离 子的嵌入与脱出，故制备成 电极后与电解液接触最为充 分，从而表现出更好的电化 学活性。 图 5 Co3O4-300、Co3O4-400 与Co3O4-600 电极在相同扫描速率下的循环伏安曲线 -0.2

5、0.00.20.40.6 C u r r e n t / A Potential(V vs.甘汞甘汞) a b c a.Co3O4-300 b.Co3O4-600 c.Co3O4-400 0.09 0.06 0.03 0.00 -0.03 -0.06 (2)e (OH) Co(IV) (OH) Co(III) e (OH) Co(III)OH Co(III) (1) e (OH) Co(III)(OH) Co(II) e (OH) Co(II)OH Co(II) - adad - ad - s - adad - ad - s ? ? ? ? 反应原理： -0.20.00.20.40.6 C u

6、 r r e n t / A Potential(V vs.甘汞) a b c d e a.5mV/s b.10mV/s c.20mV/s d.30mV/s e.40mV/s 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 -0.02 -0.04 图6 Co3O4-300电极不同扫描速率下的循环伏安曲线 焙烧温度 / 300 400 600 比电容值 /F /Fg g-1 -1 296 143 120 100200300400500 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 E / V T/s abc a.Co 3O4-600 b.Co 3O4-400 c.Co 3O4-300 图7 Co3O4-300、Co3O4-400 与Co3O4-600电 极在电流密度为1 A/g时的充放电曲线 mV t m C Cm ? ? ? I 单电极比电容公式: 0200400600800100012001400 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 E / V T/s 图8 Co3O4-300电极在电流密度为1A/g下的充放电图 四 结论 1.结果表明本实验制备的产物为尖晶石型过