化学类毕业答辩

1、具有核壳结构的二氧化钛具有核壳结构的二氧化钛/ /聚聚苯胺复合微米球的合成苯胺复合微米球的合成及其及其电化学性能的研究电化学性能的研究2022-3-10汇报人： XXX指导老师：XX答辩提纲答辩提纲 研究的目的及意义研究的目的及意义 研究思路研究思路 存在的不足存在的不足 实验总结实验总结 研究内容研究内容123451.研究的目的及意义研究的目的及意义（1 1）锂离子电池在纯动力汽车和混合动力汽车中应用锂离子电池在纯动力汽车和混合动力汽车中应用前景，对电池体系的安全性提出了更高的要求。前景，对电池体系的安全性提出了更高的要求。（2 2）锐钛矿二氧化钛是研究较多的一种安全负极材料锐钛矿二氧化钛是

2、研究较多的一种安全负极材料。（3 3）制备纳米结构的电极材料制备纳米结构的电极材料能够获得高能够获得高放电容量和放电容量和高倍率性能高倍率性能。（4 4）电极表面无定形的聚合物涂层可以提供一个缓冲电极表面无定形的聚合物涂层可以提供一个缓冲层，进而改善电极材料的循环和高倍率性能层，进而改善电极材料的循环和高倍率性能。（5 5）微米球形颗粒的形貌在电极材料的应用中，具有微米球形颗粒的形貌在电极材料的应用中，具有良好的流动性、易加载、高的能量密度等优势良好的流动性、易加载、高的能量密度等优势。反应物混合反应物混合 洗涤洗涤水热反应水热反应二氧化钛二氧化钛/聚聚苯胺苯胺纳米纳米粉末粉末 分离分离 蒸馏

3、水蒸馏水无水乙醇无水乙醇真空干燥真空干燥 形貌及结构测试分析形貌及结构测试分析用用SEM测其测其形貌形貌用用XRD进行物进行物相及结相及结构分析构分析调整苯胺量和调整苯胺量和反应物浓度配反应物浓度配比比 纳米复合物纳米复合物 形貌设计形貌设计电化学电化学性能测性能测量量2. .研究思路研究思路2.1 研究路线研究路线2.2 性能表征性能表征形貌表征形貌表征晶粒尺寸晶粒尺寸电化学性能电化学性能分析晶粒尺寸分布，并判断形貌特征由所得的衍射谱图，根据Sherrer公式可以计算出样品的晶粒尺寸组装电池，再进行恒电流充放电测试、循环伏安测试扫描电镜扫描电镜SEMD8ADVANCEX射线衍射射线衍射仪仪C

4、T2001A LAND电池测试系统3.研究内容研究内容（1 1）采用一步水热法制备具有核壳结构的二采用一步水热法制备具有核壳结构的二氧化钛氧化钛/ /聚苯胺复合微米球，分析影响材料聚苯胺复合微米球，分析影响材料形貌的因素形貌的因素；（2 2）通过通过SEMSEM分析其形貌分析其形貌特征特征；（3 3）通过）通过XRDXRD谱图进行物相和结构分析；谱图进行物相和结构分析；（4 4）测定其电化学性能。测定其电化学性能。3.1 材料的材料的XRDXRD、FTIRFTIR分析分析 图1所制备核壳结构的聚苯胺/二氧化钛纳米复合物和空白二氧化钛的红外光谱图如图如图1 1所示，所示，核壳微米球核壳微米球存在

5、四个特征峰存在四个特征峰，而对，而对于空白样品，没有观测于空白样品，没有观测到聚苯胺的特征峰，只到聚苯胺的特征峰，只有吸附的苯胺和有吸附的苯胺和TiOTiO2 2的峰，的峰，说明了在核壳微米球中说明了在核壳微米球中苯胺的生成。苯胺的生成。40003500300025002000150010005001577.71504.41307.7 Transmitance (%)Wavelength (cm-1)1141.8Core-shell microspheresBlank TiO2图2 所制备核壳结构的聚苯胺/二氧化钛纳米复合物和空白二氧化钛的XRD谱图1020304050607080 Inten

6、sity2 (deg.)Blank TiO2Core-shell microspheres如图如图2 2所示，所示，所有的峰都可所有的峰都可以归于锐钛矿二氧化钛的相，以归于锐钛矿二氧化钛的相，并且在两种样品之间没有明并且在两种样品之间没有明显的区别。所制备的聚苯胺显的区别。所制备的聚苯胺/ /二氧化钛微米球的二氧化钛微米球的XRDXRD图中图中并没有观测到聚苯胺的峰，并没有观测到聚苯胺的峰，说明了聚苯胺是以无定形状说明了聚苯胺是以无定形状态存在的态存在的。3.2 材料的材料的SEMSEM分析及反应机理分析及反应机理图3 不同苯胺量下制备的聚苯胺/二氧化钛复合微米球扫描电镜图苯胺的量如下（a）（

7、b）0.05mL (c)0.1mL (d)0.15mL图4 反应体系中TiOSO4（aq）/乙醇比值为1时所制备的聚苯胺/二氧化钛纳米复合物的扫描电镜图Hollow sphereAnilineTiOSO4FeCl3AnilineTiOSO4Polymerization of aniline图5 核壳结构的聚苯胺/二氧化钛纳米复合物和二氧化钛空心 球的反应机理示意图反应机理反应机理0.00.20.40.60.81.030609012015018051015202530350.000.010.020.030.040.05 dV/dD (cm3g-1nm-1)Pore Size (nm) Quant

8、ity adsorped (cm3 g-1)Relative pressure (P/P0)图6 核壳结构的聚苯胺/锐钛矿二氧化钛复合微米球的氮气吸附-脱附曲线和相应的孔径分布图(内插图)如图如图6 6所示，所示，核壳复合微米球的核壳复合微米球的氮气吸附脱附曲线是类型氮气吸附脱附曲线是类型的的等温线，具有一个明显的毛细等温线，具有一个明显的毛细管冷凝步骤，昭示了其明显的管冷凝步骤，昭示了其明显的介孔结构介孔结构。从脱附曲线计算得从脱附曲线计算得出的孔径分布图可知核壳微米出的孔径分布图可知核壳微米球最可几孔径在球最可几孔径在4.5nm4.5nm左右。这左右。这种介孔的核壳结构有利于电解种介孔的核

9、壳结构有利于电解质离子的快速传输，同时能更质离子的快速传输，同时能更好的承担应力的变化。好的承担应力的变化。3.3 材料的电化学性能测试材料的电化学性能测试图7 核壳结构的聚苯胺/锐钛矿二氧化钛复合微米球在不同扫速下的循环伏安图如图如图7 7所示：所示：（1 1）当）当在在0.1mV/s0.1mV/s扫速下，扫速下，经过前两周后，在第三周经过前两周后，在第三周可以观测到一对氧化还原可以观测到一对氧化还原峰峰，这对应着锂离子在锐这对应着锂离子在锐钛矿二氧化钛中脱嵌钛矿二氧化钛中脱嵌；（2 2）当扫速增加到当扫速增加到2mV/s2mV/s时，仍然可以清楚观察到时，仍然可以清楚观察到这对氧化还原峰，

10、出现在这对氧化还原峰，出现在1.51.5和和2.3V2.3V左右，揭示复合左右，揭示复合物具有良好的动力学特性。物具有良好的动力学特性。1.01.21.41.61.82.02.22.4-0.004-0.003-0.002-0.0010.0000.0010.0020.0030.004 Current (A)Potential (V, vs Li/Li+)0.1 mV s-10.5 mV s-11 mV s-12 mV s-11.711.980501001502002501.01.21.41.61.82.02.22.42.6 1st 10th 30th 50th Potential (V, vsL

11、i/Li+)Capacity (mAh/g)(a)241.2190.8157.1图8 核壳结构的聚苯胺/锐钛矿二氧化钛复合微米球(a)和二氧化钛微米球 (b) 在1500mA/g的电流密度下的充放电曲线图0501001502001.01.21.41.61.82.02.22.42.6 1st 10th 30th 50th Potential (V, vsLi/Li+)Capacity (mAh g-1)(b)174.1121.2如图如图8 8所示，所示，通过比较两者的充放电曲线，可知核壳通过比较两者的充放电曲线，可知核壳复合微米球展现了更好的循环稳定性和低的极化电复合微米球展现了更好的循环稳定性

12、和低的极化电压。压。总之，总之，聚苯胺基质的引入有利于保持整个电极聚苯胺基质的引入有利于保持整个电极结构的稳定，而更发达的孔结构有利于电解质离子结构的稳定，而更发达的孔结构有利于电解质离子的传输；同时更低的极化电压，则意味着更快的动的传输；同时更低的极化电压，则意味着更快的动力学过程。力学过程。5101520253035404550050100150200250300500mA/g2000mA/g1000mA/g500mA/gSolid: Discharge Open: Charge Capacity (mAh g-1)Cycle NumberTiO2 microspheresComposit

13、e microspheres200mA/g168.7146.9134.987.8图9 核壳结构的聚苯胺/锐钛矿二氧化钛复合微米球和二氧化钛微米球在不同电流密度下的循环曲线图为了更好的研究所制备复合为了更好的研究所制备复合微米球的倍率放电性能，进微米球的倍率放电性能，进一步考察了其在不同电流密一步考察了其在不同电流密度下的阶梯放电特性，如图度下的阶梯放电特性，如图9 9所示。所示。4. .实验总结实验总结通过上述实验可以获得以下结论：通过上述实验可以获得以下结论：（1 1）采用一步水热法，通过在体系中引入乙醇溶剂采用一步水热法，通过在体系中引入乙醇溶剂，成功成功制备了具有核壳结构的聚苯胺制备了具有核壳结构的聚苯胺/ /二氧化钛微米球，其也具有二氧化钛微米球，其也具有发达的介孔结构。发达的介孔结构。（2 2）电化学测试表明所制备的聚苯胺电化学测试表明所制备的聚苯胺/ /二氧化钛纳米复合物二氧化钛纳米复合物具有卓越的倍率性能和循环稳定性。核壳结构的聚苯胺具有卓越的倍率性能和循环稳定性。核壳结构的聚苯胺/ /二二氧化钛纳米复合物，在氧化钛纳米复合物，在1500mA/g1500mA/g下，经过下，经过5050周循环后，容量周循环后，容量能保持在能保持在157.1mAh/g157.1mAh/g，说明聚苯胺不仅有利于提高复合电极，说明