具有核壳和蛋黄_蛋壳结构Pt_C_省略_复合材料的制备及其光催化性能研究_张楠

　　内容提示：I 中文摘要 近年来，锂离子电容器由于其高能量/功率密度和长循环寿命等优点而引起人们的广泛关注。但其负极缓慢的氧化还原反应难以与正极快速的离子吸/脱附作用相匹配，导致现有的锂离子电容器的功率性能不足以满足实际需求。因此，寻找具有快速的锂离子嵌入机制的负极材料对于高性能锂离子电容器的开发具备极其重大意义。 作为重要的铌基氧化物，正交相五氧化二铌（T-Nb 2 O 5 ）有着非常明显的锂离子嵌入型赝电容行为，能够平衡锂离子电容器内部的电化学反应动力学。但块体 T-Nb 2 O 5 材料的电化学性能较差，纳米结构及多孔结构的构筑可以轻松又有效提升离子传输速率，提供更多的 Li...

　　I 中文摘要 近年来，锂离子电容器由于其高能量/功率密度和长循环寿命等优点而引起人们的广泛关注。但其负极缓慢的氧化还原反应难以与正极快速的离子吸/脱附作用相匹配，导致现有的锂离子电容器的功率性能不足以满足实际需求。因此，寻找具有快速的锂离子嵌入机制的负极材料对于高性能锂离子电容器的开发具备极其重大意义。 作为重要的铌基氧化物，正交相五氧化二铌（T-Nb 2 O 5 ）有着非常明显的锂离子嵌入型赝电容行为，能够平衡锂离子电容器内部的电化学反应动力学。但块体 T-Nb 2 O 5 材料的电化学性能较差，纳米结构及多孔结构的构筑可以轻松又有效提升离子传输速率，提供更多的 Li + 嵌入位点，从而提升电极材料的电化学性能。尽管如此，Nb 2 O 5 较差的导电性仍限制了其性能的发挥，而具有类似纳米结构的五氮化四铌（Nb 4 N 5 ）有着良好的导电性，在储锂领域有着更大的应用潜力。 本文首先设计合成了具有蛋黄蛋壳多孔结构的T-Nb 2 O 5 微球（YS-Nb 2 O 5 ），并在此基础上对其进行高温氮化处理，制备出 Nb 4 N 5 微球。随后对两种材料来了详细的物相、结构表征，研究了其储锂性能，并通过电化学动力学分析揭示了两种材料的储锂机制。最终将两种材料作为负极组装到锂离子电容器中，并测试该器件的电化学性能。主要研究内容及结果如下： （1）以水合草酸铌和蔗糖为前躯体，采用喷雾干燥方法并结合高温热处理成功制备了蛋黄蛋壳多孔结构的 T-Nb 2 O 5 微球。测试 YS-Nb 2 O 5 的储锂性能，根据结果得出，YS-Nb 2 O 5 的循环稳定性和倍率性能比 Nb 2 O 5 实心球（Nb 2 O 5 -800）更加优异。在 0.1 A g -1 的电流密度下，循环 200 圈后，YS-Nb 2 O 5 的可逆容量可保持在 175 mAh g -1 。另外，在 5 A g -1 的大电流密度下，其比容量仍可达 118 mAh g -1 。电化学动力学分析及原位 XRD 测试根据结果得出 YS-Nb 2 O 5 具有锂离子嵌入型赝电容机制。将其作为负极材料组装成锂离子电容器，电化学测试结果为该器件具备优秀能力的循环稳定性（0.5 A g -1 的电流密度下，循环 1000 圈后容量保持率仍可达 98%）和出众的能量/功率密度（173 Wh kg -1 /10.8 kW kg -1 ）。该工作表明YS-Nb 2 O 5 是一种理想的锂离子电容器的负极材料，另外，也证明了纳米结构可以明显提升 Nb 2 O 5 的性能，为高性能电极材料的设计、制备提供了新方法。 （2）在以上工作基础上，对 YS-Nb 2 O 5 进行高温氮化处理，获得 Nb 4 N 5 微球材料。基于锂离子半电池的电化学测试结果为，Nb 4 N 5 具备优秀能力的循环稳定