镍钴双金属自支撑材料的制备及电化学性能研究

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一维自支撑的纳米碳材料由于具有较大比表面积、快速的电子传输通道、无需粘结剂和较高的电导率而被广泛的用作活性物质的集流体。镍基纳米材料具有极高的理论电容和良好的电催化性能,然而镍基化合物的导电性差、电荷转移慢、较差的电解质渗透和容易聚集等缺点,严重阻碍了它的实际应用。本文通过将镍基化合物负载到一维自支撑核壳纳米碳纤维阵列(TiO2/C NFAs)上,制备出性能良好的电极材料,应用于电化学传感器和超级电容器。具体研究内容如下:(1)以丙酮为碳源,通过化学气相沉积的方法,在钛片表面直接制备了自支撑的TiO2/C NFAs,并以此作为一维导电基底,通过电沉积的方法沉积镍钴二元纳米粒子,形成用于电化学葡萄糖检测的NiCo/TiO2/C NFAs复合电极材料。NiCo/TiO2/C NFAs对葡萄糖的测定表现出较好的灵敏度和稳定性。它对葡萄糖检测的线性范围为1μM-7658μM,灵敏度为975.3μA mM-1 cm-2,检测限为0.6μM(S/N=3),在含有甘露糖、果糖、对乙酰氨基酚、尿酸、抗坏血酸、多巴胺和5-羟色胺这些干扰物种存在的溶液中,对葡萄糖的检测仍然表现出良好的抗干扰性。成功实现对人血清样品中葡萄糖的测定,平行测定结果的相对标准偏差为3.11%,加标回收率为98.66%,表明该传感器在实际应用中具有很好的可靠性。(2)以钛片为集流体,直接制备独立的TiO2/C NFAs,通过电沉积的方法,在其上负载NiCo层状双氢氧化物(NiCo-LDH),得到具有较好电容性能的电极材料。NiCo-LDH/TiO2/C NFAs电极材料在高电流密度下表现出较好的稳定性(在电流密度为75 mA cm-2时,保持率为75.1%)、良好的循环稳定性(在电流密度为50 mA cm-2时循环充放电5000次后,电容保持率为84.1%)和高比电容(在电流密度为1 mA cm-2时比电容为1099.4 mF cm-2)
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