層狀雙金屬氫氧化物催化生長(zhǎng)碳基材料及其電化學(xué)性能研究的綜述報(bào)告

層狀雙金屬氫氧化物催化生長(zhǎng)碳基材料及其電化學(xué)性能研究的綜述報(bào)告層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）具有優(yōu)異的催化性能和電化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于制備碳基材料。本文將綜述近年來關(guān)于LDHs催化生長(zhǎng)碳基材料及其電化學(xué)性能的研究進(jìn)展。一、LDHs催化生長(zhǎng)碳基材料的制備LDHs可以作為催化劑用于生長(zhǎng)不同形態(tài)的碳基材料。1.生長(zhǎng)碳納米帶碳納米帶是具有尺寸可控性和優(yōu)異物理、化學(xué)特性的新型碳材料。LDHs催化生長(zhǎng)碳納米帶的方法通常都是直接生長(zhǎng)法，即將金屬離子和有機(jī)酸共混物披覆在不銹鋼片表面，利用電化學(xué)氧化聚合法生長(zhǎng)納米帶。通過調(diào)節(jié)催化劑的濃度、電解液組成、電勢(shì)等條件，可以控制碳納米帶的形貌和尺寸。例如，使用Ni-FeLDHs催化生長(zhǎng)，可以得到尺寸均一、直徑約為15~20nm的碳納米帶。2.生長(zhǎng)碳納米管碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的新型碳材料，生長(zhǎng)過程一般采用化學(xué)氣相沉積法或者電化學(xué)沉積法。LDHs作為催化劑用于生長(zhǎng)碳納米管的方法較為簡(jiǎn)單，只需將氧化態(tài)金屬離子和有機(jī)分子混合到電解液中，然后通過電解沉積的方式將納米管生長(zhǎng)在電極表面上。此外，還可控制碳納米管的大小和期數(shù)。例如，使用Ni-FeLDHs作為催化劑可以得到直徑約為30nm，壁厚約為5nm的碳納米管。二、LDHs催化生長(zhǎng)碳基材料的性能表征使用透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）等多種表征技術(shù)對(duì)生成的碳基材料的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。同時(shí)，采用紅外光譜和X射線光電子能譜（XPS）等表征技術(shù)研究了材料的化學(xué)組成和表面性質(zhì)。1.形貌和結(jié)構(gòu)表征透射電子顯微鏡的圖像顯示，使用Ni-FeLDHs作為催化劑制備的碳納米鐵絲中，單個(gè)碳納米鐵絲的直徑約為10~20nm，長(zhǎng)度達(dá)到1~2μm左右。同時(shí)也觀察到特殊的“鋒利尾巴”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與碳納米帶和碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)理相關(guān)。2.化學(xué)組成和表面性質(zhì)表征通過X射線光電子能譜分析，可以知道生長(zhǎng)的碳基材料中富含碳元素和少量雜質(zhì)元素。同時(shí)，化學(xué)分析表明催化劑中金屬元素的組成比例可以直接影響材料的形貌和結(jié)構(gòu)。例如，Ni-FeLDHs催化生長(zhǎng)制備的碳納米管中，Ni元素含量越高，材料中的納米管就越細(xì)且分布越均勻。三、LDHs催化生長(zhǎng)碳基材料的電化學(xué)性能LDHs作為催化劑生長(zhǎng)的細(xì)碳結(jié)構(gòu)物具有良好的電化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器等領(lǐng)域。1.鋰離子電池性能使用LDHs催化制備的碳基材料具有高的電容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能，廣泛用于鋰離子電池的負(fù)極材料。例如，使用Ni-FeLDHs催化制備的碳納米管，負(fù)極比容量可達(dá)到超過400mAh/g，循環(huán)50次仍有90%以上的容量保持率。2.超級(jí)電容器性能碳納米材料具有高比表面積、良好的導(dǎo)電性，在超級(jí)電容器中具有廣泛的應(yīng)用前景。使用LDHs催化制備的碳基材料，在超級(jí)電容器中展現(xiàn)出良好的電容性能，例如，使用Ni-FeLDHs催化制備的碳納米管，在質(zhì)量電容方面可以達(dá)到300F/g的高值。綜上所述，LDHs作為有機(jī)合成反應(yīng)中的重要中間體之一，具有優(yōu)異的催化性能和電化