Na3Mn2-xFex(PO4)(P2O7)纳米材料和一种生物碳材料的制备及电化学性能研究
本论文的主要内容是关于Na2O-MnO-P2O5三元体系相图所确定的一种锰基磷酸盐材料Na3Mn2(PO4)(P2O7)的Fe掺杂产物Na3Mn2-xFex(PO4)(P2O7)的形貌改进、性质表征，以及将其作为钠离子电池、锂离子电池及锂离子混合电容器的电极材料时的电化学性能研究。本论文探索性研究了一种生物材料用于锂离子电池负极材料的电化学性能测试。本论文的具体研究内容包括： 1）本论文通过溶胶凝胶法合成了具有碳包覆的Fe掺杂的Na3Mn2(PO4)(P2O7)材料（记为Na3Mn2-xFex(PO4)(P2O7)/C（x=0/0.2/0.4），下文简记为NMFP(C)-0/0.2/0.4）。Na3Mn2(PO4)(P2O7)由Na2O-MnO-P2O5三元体系相图所确定。该三元相图共有22个三元相区，Na3Mn2(PO4)(P2O7)化合物为其中一种新化合物（正交晶系，空间群为P212121）。本论文通过调节合成过程中原料种类、升温速率等关键因素，使该化合物的微观形貌由大小不一的微米级块状体转变为尺寸较为一致的纳米线状形貌；通过X射线粉末衍射法和Rietveld精修给出了该化合物的晶体结构信息。本文首次研究了NMFP(C)系列材料的磁学性质，使用综合物性测试仪（PPMS）对其进行磁学测试表明，随着铁的掺杂量的提升，其逐渐由典型的铁磁性物质转变为反铁磁物质，反铁磁相变温度为4K，并具有一定的半导体特性。通过磁学相关公式证明其价态与X射线光电子能谱数据（XPS）测试结果相吻合，证明铁掺杂是成功的，并计算出其作为半导体的理论带隙值，显示材料具有潜在的半导体特性。 2）论文研究了经过改性的NMFP(C)系列材料作为钠离子电池正极材料的电化学性能，并首次将其作为锂离子电池负极材料以及锂离子混合电容器负极材料。实验表明当Fe掺杂量x=0.4时样品具有最佳的电化学性能。将其应用于钠离子电池正极材料时，测试结果表明样品微观形貌的改变大大提升了该材料的比容量与循环稳定性等器件性能。将其应用于锂离子电池负极极材料时，相比商业化的负极材料石墨，本论文合成的纳米线状材料具有更高的质量比容量和更好的循环稳定性。将其应用于锂离子混合电容器时，器件的工作电压可高达4V，且能够在2Ag-1的大电流下稳定工作。 3）本论文探索了使用食用藕粉为原材料烧制生物碳材料，并将其应用于锂离子电池负极。测试表明在600℃下烧制成的生物碳材料，在0-3V工作区间内，可提供约400amp;nbsp;mA h g-1的比容量（电流密度为100mA g-1），即使大电流密度时（1A g-1）时，比容量仍可达到380mA h g-1，该性能参数与商业化石墨相近。该研究工作证明生物质材料经一定方法处理后也具有成为电池材料的潜力，并为食药行业废料以及厨余垃圾的处理提供了一个新的高附加值应用前景。
锰基磷酸盐;铁掺杂;生物碳;制备工艺;电化学性能
华南理工大学
硕士
凝聚态物理
赵彦明
2022
中文
TM242;TM205.1
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）