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铁氧化物的制备、改性及在新能源领域的应用

作　者: 程凤
导　师: 黄可龙
学　校: 中南大学
专　业: 应用化学
关键词: 铁氧化物光电分解水纳米棒阵列表面活性剂碳化锂离子电池
分类号: TQ138.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铁氧化物在地球上储量丰富,环境友好。研究铁氧化物在新能源领域的应用吸引着众多研究者的目光。本论文研究了铁氧化物在光解水制氢和锂离子电池两个领域的应用。采用水溶液化学生长法及500℃热处理,制备了掺杂Co或Ni以及未掺杂的α-Fe203纳米棒阵列。通过XRD, SEM和紫外可见吸收光谱对样品进行表征。将样品组装成光电化学池,通过开路电压测试,线性扫描测试以及Mott-Schottky测试研究了掺杂对a-Fe203薄膜光电化学性能的影响。结果表明：掺杂Co, Ni和未掺杂的α-Fe203薄膜具有相同的直接跃迁能隙值2.24 eV和间接跃迁能隙值1.85 eV；三者光电流的起始电位都在-0.22 V(vs. SCE),在0.2 V (vs. SCE)时,掺杂Co和Ni的α-Fe2O3薄膜光电流密度分别是3.19×10-5A.cm-2和1.98×10-5A.cm-2,未掺杂的a-Fe2O3薄膜是1.51×10-5A.cm-2；掺杂Co和Ni的a-Fe203载流子浓度分别是3.648×10’8m-3和2.462×1018 m-3,未掺杂的载流子浓度是1.647×1018m-3。掺杂没有改变样品的物相,形貌,光吸收特征,表面电催化性质以及能带位置。掺杂Co或Ni提高α-Fe203薄膜光电化学性能的主要原因是掺杂提高了载流子浓度。采用水热法制备了不同形貌的包覆油酸a-Fe203粒子,通过表面活性剂碳化法制备了各种铁氧化合物与碳的复合物。通过TGA和FTIR表征确定油酸碳化条件,通过XRD表征,研究样品物相随煅烧温度变化情况,通过循环伏安测试和恒流充放电测试得到Fe3O4/C复合物的电化学性能。结果表明：当反应物中油酸钠浓度是铁离子浓度的3倍(化学计量比)且油酸过量时,得到尺寸较小近似立方体的纳米颗粒。当油酸钠少于化学计量比且碱过量时,得到尺寸较大的棒状或纺锤状颗粒。水热产物(油酸包覆的a-Fe2O3)在Ar气下煅烧2h,当温度为300℃,400℃和500℃时,分别得到a-Fe2O3/C, a-Fe2O3/Fe3O4/C和Fe3O4/C复合物。作为锂离子电池负极材料,Fe3O4/C复合物展现出良好的循环稳定性和倍率性能：0.2 C下80次循环后具有691.7 mAh·g-1的比容量；2 C下20次循环后具有520mAh·g-1比容量。

铁氧化物的制备、改性及在新能源领域的应用

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