泡沬Ni负载FeCo2O4纳米阵列电极的制备及其超级电容性能
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
泡 沬 N i负 载 FeCo20 4纳米阵列电极的制备
及其超级电容性能
邓 翠 芬 ，杨 春 明 ％ 申 娉 ，赵 丽 萍 ，王 智 禹
( 湖南师范大学化学化工学院，中 国 长 沙 410081)
摘 要 采 用 简 单 的 水 热 法 在 泡 沫 镍 基 质 上 直 接 制 备 FeC〇20 4 纳 米 阵 列 材 料 ，并通过扫 描 电 镜 （S E M )、X-射
2017年5 月 第40卷 第 3 期
Journal of Na湖tu南ral师S范cie大nc学e o自f H然u科na学n N学or报mal University
V〇1.40 No. 3 May,2017
D O I ；10.7612/j. issn. 1000-2537.2017. 03.008
Abstract A simple hydrothermal method was reported in this work to prepare FeCo20 4 nanoarrays on nickel
foam directly. Scanning electron microscopy (SEM) , X-ray diffraction (XRD) , X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and thermogravimetric analysis (TGA) were employed to characterize their morphology, structure, element composition and distribution, and thermal stability. The experimental results show that as-obtained FeCo20 4 nano array flower structure is composed of nano lamellar. The as-prepared FeCo20 4 electrode materials achieve a remark able specific capacity of 1 190.47 mF •cm 2, ratio performance of 61.0 9 % (current density from 1 to 50 mA • cm ~2) , and 111.76% retention of its initial specific capacity after 2 000 charge-discharge cycles at current density
mol/L H2S04 电解质中，该电极材料的比容量达1 190.47 mF . cm —2, 当电流密度为从1 mA . cm —2增 加 到 5〇mA •
cm —2时 ，其倍率性保持6 1 .0 9 % ，在 30 mA • cm —2电流密度下充放电循环2 0 0 0 次后其比容量保留率达到111.76% .
43
Hale Waihona Puke Baidu
的复合材料被认为是解决这些问题的途径之一[2].最 近 ，多元金属氧化物在储能材料领域引起了极大的关 注 ，多元金属氧化物比一元金属氧化物具有更高的电导率和更优越的电化学性能[3].在这些多元金属氧化 物 中 ，尖晶石型钴氧化物m c〇20 4( m = 1 ^ ，见 ，( ^ ^ 1 1) [4-5]在锂离子电池材料或者超级电容器材料中展示了 应 用 潜 力 ，用 其 他 金 属 原 子 替 代 一 部 分 钴 原 子 提 高 了 材 料 的 电 导 率 和 电 化 学 活 性 .该 设 计 一 方 面 降 低 了 材 料 的毒性（C o是一种毒性较大的元素），另一方面降低了材料的成本（即用相对廉价的金属原子部分替代价格 较贵的金属原子）.F e 作为一种替代元素，具 有来源广泛、价 格 低 廉 、环 境 友 好 等 特 点 .纳 米 结 构 的 FeC〇20 4 作为阳极材料在锂离子电池的应用中显示了较高的锂离子储存能力[6].这表明，FeC〇20 4 材料通过氧化还原 反应可以提供较大的电荷储存能力，这一特性同样也可应用于超级电容器之中.因此，本文通过简单的水热 法制备在泡沫镍基质上直接生长由纳米片层组成的FeC〇20 4 纳米花阵列电极材料，在 2 mol/L K OH 电解液 中 测 试 其 电 化 学 性 能 ，发 现 该 自 支 撑 电 极 材 料 的 比 容 量 、倍 率 性 能 、循 环 稳 定 性 能 都 比 较 优 异 .
关 键 词 铁 钴 氧 化 物 ; 泡沫镍;纳米阵列;超级电容器;循环稳定性
中 图 分 类 号 TM53
文献标识码 A
文 章 编 号 1000-2537 (2017) 034042-07
Preparation of FeCo20 4@Ni Foam Electrode with Nanoarray Structure and Its Superior Supercapacitor Performances
DENG Cui-feri， YANG Chun-mirig * ， SHEN Ping， ZHAO Li-pirig， WANG Zhi-yu
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Normal University, Changsha 410081, China)
of 30 mA •cm 2. Key words Iron cobalt oxides; nickel foam；nanoarray; supercapacitor；cycle stability
能 源 问 题 一 直 是 人 们 所 关 注 的 焦 点 ，超 级 电 容 器 由 于 其 充 电 快 速 、功 率 密 度 较 高 和 稳 定 性 优 异 ，因此成 为储能研究的热点[1].在目前研究的能量储存材料中，过渡金属氧化物由于大的理论比容量（如 c 〇30 4 的理 论比 容 量 达 3 560 F •g -1) ，成为最有希望的储能材料之一.然而，这些氧化物在长时间的充放电过程中很容 易出现晶型转变、粒子团聚及结构#塌等系列问题，使得氧化物的的电导率低、循环稳定性差.制备纳米结构
收 稿 日 期 ：2 0 1 7 -0 3 名3 基 金 项 目 ：湖 南 省 科 技 计 划 重 点 资 助 项 目 （2 0 1 1 GK2014) * 通讯作者，E-mail:chunming@ hunnu. edu. cn
第3期
邓翠芬等:泡沫N i负 载 FeC〇20 4 纳米阵列电极的制备及其超级电容性能
线衍射(X R D )、X 射线光电子能谱(X P S )及热重分析(T G A )等手段对制备材料的形貌、结 构 、元素组成分布及其热
稳定性能进行表征. 实验结果表明，制 备 的 FeC〇20 4 具 有 由 纳 米 片 层 构 成 的 纳 米 花 阵 列 结 构 . 在 三 电 极 体 系 及 2
及其超级电容性能
邓 翠 芬 ，杨 春 明 ％ 申 娉 ，赵 丽 萍 ，王 智 禹
( 湖南师范大学化学化工学院，中 国 长 沙 410081)
摘 要 采 用 简 单 的 水 热 法 在 泡 沫 镍 基 质 上 直 接 制 备 FeC〇20 4 纳 米 阵 列 材 料 ，并通过扫 描 电 镜 （S E M )、X-射
2017年5 月 第40卷 第 3 期
Journal of Na湖tu南ral师S范cie大nc学e o自f H然u科na学n N学or报mal University
V〇1.40 No. 3 May,2017
D O I ；10.7612/j. issn. 1000-2537.2017. 03.008
Abstract A simple hydrothermal method was reported in this work to prepare FeCo20 4 nanoarrays on nickel
foam directly. Scanning electron microscopy (SEM) , X-ray diffraction (XRD) , X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and thermogravimetric analysis (TGA) were employed to characterize their morphology, structure, element composition and distribution, and thermal stability. The experimental results show that as-obtained FeCo20 4 nano array flower structure is composed of nano lamellar. The as-prepared FeCo20 4 electrode materials achieve a remark able specific capacity of 1 190.47 mF •cm 2, ratio performance of 61.0 9 % (current density from 1 to 50 mA • cm ~2) , and 111.76% retention of its initial specific capacity after 2 000 charge-discharge cycles at current density
mol/L H2S04 电解质中，该电极材料的比容量达1 190.47 mF . cm —2, 当电流密度为从1 mA . cm —2增 加 到 5〇mA •
cm —2时 ，其倍率性保持6 1 .0 9 % ，在 30 mA • cm —2电流密度下充放电循环2 0 0 0 次后其比容量保留率达到111.76% .
43
Hale Waihona Puke Baidu
的复合材料被认为是解决这些问题的途径之一[2].最 近 ，多元金属氧化物在储能材料领域引起了极大的关 注 ，多元金属氧化物比一元金属氧化物具有更高的电导率和更优越的电化学性能[3].在这些多元金属氧化 物 中 ，尖晶石型钴氧化物m c〇20 4( m = 1 ^ ，见 ，( ^ ^ 1 1) [4-5]在锂离子电池材料或者超级电容器材料中展示了 应 用 潜 力 ，用 其 他 金 属 原 子 替 代 一 部 分 钴 原 子 提 高 了 材 料 的 电 导 率 和 电 化 学 活 性 .该 设 计 一 方 面 降 低 了 材 料 的毒性（C o是一种毒性较大的元素），另一方面降低了材料的成本（即用相对廉价的金属原子部分替代价格 较贵的金属原子）.F e 作为一种替代元素，具 有来源广泛、价 格 低 廉 、环 境 友 好 等 特 点 .纳 米 结 构 的 FeC〇20 4 作为阳极材料在锂离子电池的应用中显示了较高的锂离子储存能力[6].这表明，FeC〇20 4 材料通过氧化还原 反应可以提供较大的电荷储存能力，这一特性同样也可应用于超级电容器之中.因此，本文通过简单的水热 法制备在泡沫镍基质上直接生长由纳米片层组成的FeC〇20 4 纳米花阵列电极材料，在 2 mol/L K OH 电解液 中 测 试 其 电 化 学 性 能 ，发 现 该 自 支 撑 电 极 材 料 的 比 容 量 、倍 率 性 能 、循 环 稳 定 性 能 都 比 较 优 异 .
关 键 词 铁 钴 氧 化 物 ; 泡沫镍;纳米阵列;超级电容器;循环稳定性
中 图 分 类 号 TM53
文献标识码 A
文 章 编 号 1000-2537 (2017) 034042-07
Preparation of FeCo20 4@Ni Foam Electrode with Nanoarray Structure and Its Superior Supercapacitor Performances
DENG Cui-feri， YANG Chun-mirig * ， SHEN Ping， ZHAO Li-pirig， WANG Zhi-yu
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Normal University, Changsha 410081, China)
of 30 mA •cm 2. Key words Iron cobalt oxides; nickel foam；nanoarray; supercapacitor；cycle stability
能 源 问 题 一 直 是 人 们 所 关 注 的 焦 点 ，超 级 电 容 器 由 于 其 充 电 快 速 、功 率 密 度 较 高 和 稳 定 性 优 异 ，因此成 为储能研究的热点[1].在目前研究的能量储存材料中，过渡金属氧化物由于大的理论比容量（如 c 〇30 4 的理 论比 容 量 达 3 560 F •g -1) ，成为最有希望的储能材料之一.然而，这些氧化物在长时间的充放电过程中很容 易出现晶型转变、粒子团聚及结构#塌等系列问题，使得氧化物的的电导率低、循环稳定性差.制备纳米结构
收 稿 日 期 ：2 0 1 7 -0 3 名3 基 金 项 目 ：湖 南 省 科 技 计 划 重 点 资 助 项 目 （2 0 1 1 GK2014) * 通讯作者，E-mail:chunming@ hunnu. edu. cn
第3期
邓翠芬等:泡沫N i负 载 FeC〇20 4 纳米阵列电极的制备及其超级电容性能
线衍射(X R D )、X 射线光电子能谱(X P S )及热重分析(T G A )等手段对制备材料的形貌、结 构 、元素组成分布及其热
稳定性能进行表征. 实验结果表明，制 备 的 FeC〇20 4 具 有 由 纳 米 片 层 构 成 的 纳 米 花 阵 列 结 构 . 在 三 电 极 体 系 及 2