纳米片状结构氧化钨纤维的制备及其电化学性质

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruguofengdiao
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氧化钨(WOx)是一种成本低、结构多变的重要半导体材料,具备电致变色、光催化、气敏性以及信息存储等多种功能。近年来,氧化钨纳米材料由于纳米效应带来的性能大幅度提高,受到人们越来越多的关注。本论文利用静电纺丝和电化学处理方法制备了具有纳米片状结构的氧化钨纤维,研究了纳米片纤维的制备工艺、结构以及电化学性质。主要的研究工作如下:以偏钨酸铵(AMT)为钨源,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为增稠剂,通过静电纺丝工艺制备出了含钨的复合纳米纤维;在氧气中通过适当的温度处理电纺制备的复合纤维,制备了生长纳米片的前驱体纤维;在0.5M H2SO4电解液中通过对前驱体纤维施加不同的电压在前驱体纤维上生长出了径向定向的纳米片。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)分析了纤维样品的形貌、晶相结构、键结构和成分,利用电化学工作站测试了纤维样品的比电容和能量密度等电化学性质。电纺制备的复合纳米纤维表面光滑,直径为100~150nm。分别在300℃、400℃和500℃对电纺复合纳米纤维氧化煅烧,获得了不同结构和直径的前驱体纤维。随着温度的上升前驱体纤维从非晶转化为多晶结构,直径从120nm减小到80nm。在硫酸溶液中对400℃制备的前驱体纤维分别在-0.6V~0.9V范围内9个不同的恒电压下进行2h的电化学处理,制备出了沿纤维径向定向生长的厚度大约为10nm~30nm的纳米片纤维。在0.5M H2SO4电解液中测试了样品的电化学性质,结果表明,前驱体制备温度强烈影响后续纳米片纤维的电化学性质,400℃前驱体纤维制备的纳米片纤维的比电容最高。纳米片纤维的电化学性质还强烈依赖于制备过程中的施加电压,电压过高或过低比电容都会下降,在-0.15V制备的纳米片纤维电化学性能最好,比电容达到273.8F g-1,比能量达到24.3Wh kg-1。本课题中纳米片状结构氧化钨纤维具有较优异的电化学性质,在超级电容器方面的研究具有较强的创新性,在超级电容器方面具有较好的发展潜力。
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