纳米材料化学与制备技术文献阅读报告

1、纳米材料化学与制备技术文献阅读报告姓名： 学号： 专业：材料化学目录1.文献介绍11.1文献简介11.2主要内容11.2.1材料的制备11.2.2材料的表征21.2.3材料的前景52.创意阐述52.1材料选取52.2结构设计52.3制备工艺63.改进建议63.1薄膜厚度的影响63.2具体环境的影响64.感想总结6参考文献71.文献介绍1.1文献简介本次阅读文献的题目为“Three-Dimentional Porous Nano-Ni/Co(OH)2 Nanoflake Composite Film: A Pseudocapacitive Material with Superior Perfo

2、rmance”，即“三维多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜：一种高性能的准电容材料”。文献摘自American Chemical Society(美国化学学会ACS)下的The Journal of Physical Chemistry。该文献主要介绍了一种新型的准电容材料，可应用于超级电容器。不同于以往的超级电容电极材料，这种材料具有优异的电容特性，兼具高能量密度与高功率密度，同时这种多孔纳米复合薄膜材料的结构设计也使其具有出色的循环稳定性。除此之外，文献中介绍的这种多孔纳米金属/氢氧化物纳米薄片复合材料的设计理念与制备方法值得我们进行进一步地研究与学习。1.2主要内容1.2.1材料的制备

3、以镍金属箔片为工作电极，铂片为对电极，运用电化学沉积法在标准双电极体系中制备多孔纳米镍薄膜；再以多孔纳米镍薄膜为工作电极，运用电化学沉积法在标准三电极体系中沉积氢氧化钴：NO3-+H2O+2e-NO2-+2OH-Co2+2OH-CoOH21.2.2材料的表征(1)形貌表征SEM:三维多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜(2)物相表征(a,b)SEM: 三维多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜(c)TEM: 被氢氧化钴纳米薄片包覆的镍纳米颗粒(d)TEM: 氢氧化钴纳米薄片（其中右上角为相应的选区电子衍射图像，证明该纳米薄片为-Co(OH)2相）(e)XRD:A为多孔纳米镍薄膜，B为多孔纳米镍/

4、氢氧化钴纳米薄片复合薄膜(3)性能表征在性能测试方面，这项工作主要是通过进行实验对多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜与以泡沫镍为基底沉积的氢氧化钴纳米薄片在各方面性能的对比，同时将实验数据与其它超级电容器电极材料公布的相关数据进行对比，从而得出结论。(a)放电曲线：多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜(b)放电曲线：泡沫镍基底/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜(c)Ragone图：黑色为泡沫镍基底/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜，红色为多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜，通过比较可知后者具有更高的能量密度与功率密度(d)(d)不同放电电流密度下的比电容比较：从图可知多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜的

5、稳定性更好。(e)(f)(e)多孔纳米镍薄膜的放电量循环特性(f)多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜的放电量循环特性(g)(g)比电容循环特性：从图中对比可知，多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜的比电容较高，并且在经过2000次循环后仍保有较高的比电容，其循环稳定性更优。(h)(h)电化学阻抗谱：从图中可知多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜的电荷转移电阻和离子扩散电阻均相对较低，这也是其具有优异电容特性的一个重要原因。1.2.3材料的前景正如之前提到的，这项工作通过实验以及查阅相关数据作对比，得出多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜具有优异电容特性的结论。该材料可应用于超级电容器，并且解

6、决在不牺牲功率密度的前提下提高能量密度的问题。这种具有低维护成本、低阻抗、高稳定性、长循环寿命、高功率密度与高能量密度的超级电容器电极材料的前景是很广阔的。2.创意阐述2.1材料选取该文献的作者通过查阅相关资料，发现多孔纳米镍薄膜可以通过氢气泡模板法制备，但并没有提到在超级电容器方面的应用，原因可以从(e,f)两图看出，没有沉积氢氧化钴薄片的多孔纳米镍薄膜并不具有理想的性能。进一步地，氢氧化钴是一种具有高比电容的材料，且成本低。于是作者设计了这样一种结构，将两者复合，优势互补，得到所需要的材料。2.2结构设计多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜的结构设计是这项工作的一大亮点，首先制备多孔纳米镍

7、薄膜，再以其为基底沉积氢氧化钴薄片，使得纳米镍颗粒被氢氧化钴薄片完全覆盖，同时又在微观上保有其多孔的结构特性。这种结构使得电子在氢氧化钴和镍纳米颗粒间的传输更通畅，使离子的扩散更充分，如(h)中所示，电子、离子运输的阻力小。同时，这种结构带来的极大的表面积使得活性电极材料与电解质更充分地接触，利于化学反应的发生。综上所述，这种结构产生了一系列的优异特性如高比电容、高能量密度、高功率密度等。2.3制备工艺利用氢气泡模板法制备多孔纳米镍薄膜虽然并不是这项工作的主要内容，但是我认为也是一种值得学习的方法。阴极沉积反应伴随着析氢过程，氢气泡吸附在镍金属箔片基底上，在氢气泡吸附的部位不能沉积镍，于是镍只

8、能在间隙处沉积。同时，在新沉积的镍纳米颗粒上也会产生氢气泡。最终，在氢气泡这一动态模板的引导下，沉积出了具有10200纳米孔径的多孔纳米镍薄膜。3.改进建议3.1薄膜厚度的影响文献里提到，虽然这种多孔纳米镍/氢氧化钴纳米薄片复合薄膜性能优于其它大多数材料，但是其比电容还是低于介孔氢氧化钴纳米薄膜以及超稳定Yzeolite基底氢氧化钴纳米薄片。考虑到这项工作并没有提到关于薄膜厚度对其性能影响的实验，我认为可以调节这一变量，并且这是可行的，即通过改变电化学沉积时间，既能控制最初的的多孔纳米镍薄膜的厚度，又能控制氢氧化钴纳米薄片的沉积厚度。3.2具体环境的影响如果考虑要将这种材料实际应用，则还需要在

9、模拟实际环境的条件下对其进行性能测试，比如工作温度、工作环境的气体成分等，同时还需要考虑这种材料的机械性能。因此，还需要更多的测试来论证其是否真正具有实际应用的价值。4.感想总结这篇是一篇典型的运用电化学沉积法制备纳米材料的文章，有许多值得我学习的地方，我从以下四个方面总结本篇文章带给我的启发。首先是这个项目的创新设计。作者在已有的多孔纳米材料的基础上制备新型材料，并根据自己的需求去选材并设计结构，最终达到了自己的实验目的。这种灵感的产生非常重要，往往需要大量的文献阅读以及实验积累，同时要具备一定的理论知识水平。其次，各种表征方法的运用从而完整地表征材料。对于一个新制备的材料，我们需要对其进行元素、成分及物相分析，再进行形貌、性质、性能表征。通过各种测试手段全方位地认识该材料，从而进一步地分析对其进行优化的方法以及它的实际用途。除此之外就是这项工作的实验设计，大量运用对比实验。通过对比实验可以清晰地验证假设以及得出相关结论。最后就是关于论文的写作，以及支撑材料的重要作用。从背景介绍到实验过程，再到结果讨论与总结，以及支撑材料里的理论分析，都需要字斟句酌。参考文献1 X. H. Xia, J. P. Tu,* Y. Q. Zhang, Y. J. Mai, X. L. Wang,* C. D. Gu, and X. B. Zhao.