磷化锡/碳基复合材料的制备、表征与性能研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lzm8020117
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磷化锡(Sn4P3)因具有较高的理论电容量而被研究者们普遍认为是良好的二次电池负极材料,但该材料也存在相应不足,比如较大的体积效应,导电性能差等。碳材料因其具有良好的导电性能、体积效应变化小等优点,市场上普遍以碳材料为负极材料,但是该材料理论电容量却较低,因而在负极材料的发展过程中受到了限制。因此,将磷化锡及碳材料进行复合使其形成电化学性能较好的复合材料就具有非常重要的意义。本课题采用水热溶剂热法合成了一系列磷化锡/碳基复合材料,通过条件实验控制复合材料的形貌,并测试了此类复合材料的电化学或催化性能,找到了最佳合成条件,并分析了相关性能的反应机理。以下是本课题的研究工作:(1)使用水热法/溶剂热法两步法合成了磷化锡/石墨烯(Sn4P3/rGO)纳米材料。通过表征得知尺寸为30 nm的Sn4P3/rGO纳米复合材料均匀且牢固地锚定在石墨烯纳米片的表面上。并对该材料进行了电化学性能的测试,所得到的Sn4P3/rGO纳米粒子具有较好的倍率性能。在电流密度为500mA g-1时经过100次循环后,所制备的Sn4P3/rGO纳米复合材料电极材料的初始放电容量高达1503 mAh g-1。当用作钠离子电池的负极材料时,Sn4P3/rGO纳米材料500 mA g-1的电流密度下初始容量为1107 mAh g-1,显示出较好的电化学性能。(2)将处理过的多壁碳纳米管与氯化亚锡和黄磷等材料利用溶剂热法合成了磷化锡/碳纳米管(Sn4P3/MWCNTs)纳米复合材料。通过控制磷化锡和多壁碳纳米管的比例来控制该材料的物相,结果表明当二者的比例为3:1时,磷化锡纳米颗粒均匀的负载在了多壁碳纳米管表面。并对该材料在蓝电系统上进行了电化学性能测试。测试结果显示该材料在500 mA g-1的电流密度下经过100次循环可逆容量大约为1050 mAh g-1,显示出该材料具有较好的电化学性能。(3)在DMF(N,N-二甲基甲酰胺)的体系中利用溶剂热法原位合成了核壳结构的磷化锡@碳(Sn4P3@C)复合材料。通过测试得知该材料是由以碳为壳以磷化锡为核的核壳结构。通过控制温度和尿素的加入量来控制该材料的形貌。实验结果表明在160℃加入1 g尿素,反应12 h时,此时得到了完全被碳包覆且形貌均一、分散性良好的核壳结构的Sn4P3@C复合材料。对该材料进行了光催化性能测试,测试结果表明在75 min时可将亚甲基蓝有机染料降解度为97%,显示出具有较好的光催化性能。并对该材料进行了电化学性能测试,测试结果表明在最优制备条件下经过100次循环后可逆容量达1100 mAh g-1(电流密度为300 mA g-1)。
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