V2O5纳米线与V2O5/还原氧化石墨烯的制备及电化学性能研究

摘要

在污染如此严重的今天，超级电容器因其具有对环境无污染的特性有希望成为前景广阔的新型能源。钒氧化物具有高的理论容量和原料来源丰富等优点逐渐成为了电极材料的研究热点。
　　本论文采用水热法制备了五氧化二钒纳米线，通过调控各工艺条件得到形貌尺寸均匀的纳米线；因为 V2O5的低导电率以及机械稳定性不好等原因，本文采用与RGO复合的方法对其进行改性。水热法制备了V2O5/RGO粉末和V2O5/RGO水凝胶。采用X-射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）对结构以及形貌进行表征，电化学性能测试包括循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）、交流阻抗谱（EIS）。
　　1.利用水热法制备五氧化二钒纳米线，研究了原料五氧化二钒的浓度，H2O2的用量，反应温度以及反应时间和柠檬酸二钠的用量对V2O5的形貌，电化学性能的影响，制得了尺寸均一，粒径在20 nm长度在1μm左右的纳米线。研究结果表明，V2O5结晶的晶型、主衍射峰和晶格参数对其电化学性能影响很大，其中，正交晶系主衍射峰在20.2°和21.7°的结构既有双电层电容，又有多对反应产生的赝电容。
　　电化学测试结果显示，V2O5纳米线电极材料在0.5 M K2SO4电解液中，发现具有好的电化学性能，在5 mV/s的扫描速度下比容量为528.15 F/g；在0.5 A/g的电流密度下比容量可达523.91 F/g，当电流密度为0.5~5 A/g的时候比电容保持率为68％。并且电极材料在循环伏安曲线中有大的电位窗口-0.4 V~0.8 V。
　　2.水热法制备V2O5/RGO粉末，在加入的氧化石墨烯浓度为2 mg/mL时电化学性能最优，0.5 A/g的电流密度时比电容为739.16 F/g，相比于V2O5纳米线，比电容提高了40%。当电流密度0.5~5 A/g时，比电容保持率是75%。
　　3.水热法制备V2O5/RGO水凝胶，直接切片对其进行电化学性能测试，结果显示，在五氧化二钒浓度为0.4 mg/mL时得到的水凝胶复合材料在循环伏安曲线中5 mV/s的测试条件下比电容高达480.98 F/g，当电流密度0.5~5 A/g时，比电容保持率是70%。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 超级电容器的简介

1.1.1 超级电容器的储能机理

1.1.2 超级电容器电极材料的分类

1.2 钒氧化物基材料的研究现状

1.2.1 钒氧化物的分类

1.2.2 钒氧化物的制备

1.3 五氧化二钒电极材料的研究进展

1.3.1 五氧化二钒的制备

1.3.2 五氧化二钒材料的改进方法

1.4 本文选题的依据及主要内容

第2章 实验部分

2.1 实验仪器与药品

2.2 材料的表征方法

2.2.1 材料的物理性能表征

2.2.2 材料的电化学性能表征

第3章 水热法制备V2O5纳米线及其电化学性能研究

3.1 五氧化二钒纳米线的制备

3.2 工艺条件对V2O5形貌和性能的影响

3.2.1 原料V2O5浓度对产物的影响

3.2.2 H2O2添加量对产物的影响

3.2.3 反应温度的影响

3.2.4 反应时间的影响

3.2.5 不同质量的柠檬酸二钠对产物的影响

3.3优化工艺条件下制备的V2O5的电化学性能测试

3.3.1 不同扫描速度时循环伏安测试

3.3.2 不同电流密度时恒流充放电测试

3.4 本章小结

第4章 水热法制备V2O5/RGO复合材料及电化学性能研究

4.1 V2O5/RGO粉的制备及性能研究

4.1.1 不同GO浓度条件下制备V2O5/RGO粉

4.1.2 XRD与形貌测试结果分析

4.1.3 电化学性能测试结果分析

4.2 V2O5/RGO水凝胶的制备及性能研究

4.2.1 V2O5/RGO水凝胶的制备

4.2.2 XRD与形貌测试结果分析

4.2.3 样品的形貌结果分析

4.2.4 电化学性能结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢