硒化锌微米球储钠性能分析开题报告

全文总字数：4977字

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源是人类步入21世纪以来最重要的话题之一，从能源问题和环境问题的角度来看，人们对高能量密度和安全性电池的需求不断增加。由于锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长绿色环保等优点，已被广泛应用于手机、电脑等便携式电子设备中，并且逐步开始应用到电动车等大型能源消耗领域中去，成为了人们生活中不可或缺的一部分。锂离子电池的制造技术和应用方面已经相对较为成熟，锂金属具有较高的理论容量（3861mah g^-1）和较低的沉积电位（-3.04v），是一种理想的负极。但由于锂的丰度较低导致电池的成本和价格较高，锂离子电池的正极材料会有枝晶的生成等缺点制约了它进一步的发展。钠具有与锂相似的物理化学性质，因其价格适中、丰度高，被认为是一种很有前途的锂替代品。然而，钠离子半径相对锂离子半径较大，导致电极的体积变化较大，循环稳定性较差。因此，寻找一种速率性能好、循环稳定性好的电极材料仍是钠离子电池面临的主要挑战。所以本次实验旨在合成一种稳定高容量的钠离子电池电极材料。

半导体材料在社会发展过程中一直发挥着重要作用, 受纳米科学技术的推动, 硫族化合物材料往往表现出优异的物理化学性能，过渡金属硫族化合物已经成为了一类重要的半导体材料，其在电学、能源、环境等领域有着广阔的应用。金属硫族化合物作为电池电极具有比容量高，价格低廉等优点。金属硒化物由于具有与金属硫化物相似的理化性质，并且金属硒化物导电性强，因此合成具有特殊形貌的纳米尺度金属硒化物并研究它们的性能成为材料学家研究的热点之一。然而在金属硒化物作为电极的研究中心，仍存在金属硒化物与钠反应产生应力使其结构破坏，使其穿梭效应明显，造成容量损失和循环稳定性差等问题。本次实验拟设计微米球微观结构来解决过渡金属硒化物储钠性能不稳定的问题，提高其储钠性能，以提升钠离子电池的容量。

本次实验的意义在于获得高容量的钠离子正极材料，纳米材料的比表面积大，所以嵌入脱出速率快，比容量大；设计硒化锌微米球结构缓解了钠嵌入脱出造成的应力破坏，减少了容量的损失，提高了循环稳定性；正负极材料价格廉、无毒。由于硒化锌微米球作为正极材料组装成钠离子电池的这些优点，本次实验对于钠离子电池正极材料的发展有所意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

①材料制备：使用硝酸锌作为锌源，二氧化硒作为硒源，通过水热法合成制备簇状硒化锌微米球，运用XRD、SEM等材料分析技术分析其形貌和组成。

②电化学表征：对硒化锌微米球进行结构表征和电化学性能测试。通过循环伏安(CV)、恒流充放电(ET)等电化学测试技术测出材料的比容量、循环稳定性、倍率性能等电化学性质。

③总结分析：通过电化学表征和材料的形貌，探究硒化锌微米球作为钠离子电池电极的原理以及优势。

④结合得出的数据撰写毕业论文。

2.2 研究目标

1、掌握硒化锌微米球材料的制备方法，掌握钠离子电池组装技术。

2、掌握使用XRD、SEM、XPS等测试方法测试材料的形貌与组成成分，并能够对结果进行正确分析。掌握使用电化学测试，测试硒化锌微米球的循环和倍率特性。

3、通过本次实验的结果分析出硒化锌微米球作为电极的工作原理。

4、总结国内外相关研究概况和发展趋势，总结选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响。

5、分析、归纳实验数据，完成毕业论文字数不少于1.2万字。

2.3 技术方案

①硒化锌微米球合成方法

②采用XRD、SEM、TEM、Raman等测试手段对其形貌、结构、化学组成等进行系统表征探究。

③将制备的硒化锌微米球组装成钠离子电池。

④利用电化学工作站等电池测试系统，采用线性电势扫描伏安法、恒流充放电法和电化学交流阻抗法等电化学测试方法探究所制备的硒化锌微米球的循环和倍率性能，分析电化学反应机理，揭示其结构性能相关性。

⑤分析硒化锌微米球的优势。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-6周：按照设计方案，制备硒化锌微米球。

第7-10周：利用xrd（x射线衍射）、sem（扫描电子显微镜）、透射电子显微镜（tem）、x射线光电子能谱（xps）、拉曼光谱（raman）等手段对材料的物相、形貌、元素状态等进行表征，并进行相关的电化学性能测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] l. fang, w. li, y. guan,y. feng, h. zhang. nise nanowire film supported on nickel foam: an efficientand stable 3d bifunctional electrode for full water splitting[j]. angewandtechemie, 2015, 127(32):9483-9487.

[2] suresh kukunuri, m.reshma krishnan and s. sampath. the effect of structural dimensionality on the electrocatalyticproperties of the nickel selenide phase[j].phys. chem. chem. phys, 2015, 17(36):23448-23459.

[3] dasgupta n p, sun j, liuc, et al. semiconductor nanowires-synthesis, characterization, and applications[j].advanced materials, 2014, 26:2137-2184.