銅基納米結構陣列材料的設計、制備及性能研究.pdf

1、鑒于納米結構陣列材料相比于無序堆積的納米粉體材料具有比表面積高、活性位點多、電荷傳輸能力強的特性，作為催化劑和鋰離子電池電極材料均可表現(xiàn)更加優(yōu)異的性能。本文設計實驗方案，以生長在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，分別采用化學浸漬法、液相還原法和金屬基底誘導熱還原法制備了CuO/MnO2、CuO/Cu2O復合納米棒結構陣列和Cu2O納米棒結構陣列，并分別研究了它們在催化降解染料廢水和鋰離子電池中的應用，主要研究內(nèi)容總結如下:

2、　　1.以生長在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，Mn(NO3)2溶液為錳源，通過化學浸漬法和后期焙燒制備CuO/MnO2納米結構陣列，并將其作為催化劑催化H2O2氧化降解酸性品紅(AF)溶液，研究AF溶液初始濃度、H2O2用量對催化性能的影響，結果發(fā)現(xiàn)當AF濃度為20 mg/L，H2O2用量為0.05 mL時，CuO/MnO2催化劑的催化性能最佳;同時制備CuO納米棒陣列催化劑和粉末狀MnO2納米棒催化劑，比較相同條件下三種催化

3、劑對AF溶液的催化降解性能，其降解率分別為:94.05％、72.5％、79.6％，說明CuO/MnO2納米棒陣列催化劑對催化H2O2氧化降解AF染料效果最為優(yōu)異;探究CuO/MnO2納米棒陣列催化劑的穩(wěn)定性和循環(huán)使用性能，結果顯示同一片CuO/MnO2催化劑經(jīng)過10次重復利用后，AF溶液的降解率沒有明顯的變化（首次:94.05％，第10次:90.28％），并且CuO/MnO2催化劑在放大約6倍的染料體系中仍然具有較好的催化性能，說明Cu

4、O/MnO2納米棒陣列催化劑具有良好的應用前景。
　　2.以生長在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，抗壞血酸和NaBH4為還原劑，分別在30℃水浴加熱和0-5℃低溫條件下，通過“液相還原”和后期熱處理得到CuO/Cu2O復合納米棒結構陣列;并將其作為光催化劑，研究其在可見光條件下對剛果紅溶液(CR)的光催化降解性能。結果發(fā)現(xiàn)當CR濃度為30 ppm時，CuO/Cu2O催化劑對剛果紅溶液的光催化降解率可達93.81％;同時制備

5、CuO納米棒陣列催化劑和Cu2O納米球薄膜催化劑，比較相同條件下三種催化劑對CR溶液的可見光催化降解性能，其降解率分別為:93.81％、64.28％、48.29％，說明將Cu2O負載到具有納米棒陣列結構的CuO表而可顯著提高其對CR溶液的可見光催化降解性能。
　　3.以生長在銅箔上的Cu(OH)2納米棒陣列為模板，通過金屬基底誘導熱還原法制備Cu2O納米棒結構陣列，并將其作為鋰離子電池負極材料，研究其充放電性能、循環(huán)性能及倍率性能

6、，結果表明:Cu2O納米棒結構陣列薄膜具有很好的循環(huán)性能和倍率性能，在1.0C下經(jīng)過200次循環(huán)后放電比容量為358 mAh g-1，在10C下其放電比容量仍然有315 mAh g-1;電化學交流阻抗譜的測試發(fā)現(xiàn)Cu2O納米棒結構陣列的電荷遷移電阻僅為59.2Ω，說明Cu2O納米棒結構陣列薄膜具有更高的電子傳輸能力;同時，設置對比實驗研究Cu2O納米棒結構陣列的形成機理，結果發(fā)現(xiàn)單質Cu的引入改變了反應吉布斯自由能變從而顯著降低了Cu(