سنتز میکروکره‌های کامپوزیتی Cr2O3/C با تغییر در پارامترهای ساخت و بررسی خواص الکتروشیمیایی آن‌ها

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

امیرحسین اسراری ¹ (مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران)
بهروز شایق بروجنی ² (استادیار، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران)
حمید صفرزاده ³ (مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران)

تاريخ الإرسال : 30 الأحد , ربيع الأول, 1437 تاريخ التأكيد : 13 الخميس , جمادى الثانية, 1439 تاريخ الإصدار : 04 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1439

الکلمات المفتاحية: Cr2O3, کربن, الکتروشیمیایی, سولوترمال, میکروکره,

ملخص المقالة :

در این پژوهش میکروکره‌های Cr₂O₃/C با استفاده از روش سولوترمال به صورت یک مرحله‌ای برای اولین بار تهیه شد. از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM)) جهت مشخصه یابی محصولات سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. تعیین مقدار کربن در کامپوزیت با استفاده از آنالیز حرارتی (TGA) انجام شد. نتایج نشان می­دهد، کربن در کامپوزیت به صورت آمورف است و تنها پیک پراش Cr₂O₃را در الگوی XRD می­توان مشاهده نمود. اندازه بلورک‌های Cr₂O₃با استفاده از روش ویلیامسون-هال برابر 36 نانومتر محاسبه شد. محتوای کربن درکامپوزیت برابر 63 درصد وزنی محاسبه گردید. تصاویر حاصل از SEM نشان می‌دهد که سطح کره‌های تولید شده نسبتا صاف و میانگین قطر آن‌ها در حدود 2 میکرون می‌باشد. اندازه و مورفولوژی کره‌های کربنی می‌تواند با تغییر در شرایط واکنش سولوترمال کنترل شود و در محدوده 7/0 تا 5/3 میکرون تغییر کند. نتایج حاصل از آزمون امپدانس الکتروشیمیایی در محلول KOH برای میکروکره‌های Cr₂O₃/C دلالت بر رفتار خوب خازنی این ماده دارد. بهبود خواص الکتروشیمیایی Cr₂O₃/C نسبت به نانوذرات Cr₂O₃، به وجود کربن در کامپوزیت نسبت داده شد.

المصادر:

1- P. Poizot, S. Laruelle, S. Grugeon, L. Dupont, J.M. Tarascon, "Nano-sized transition-metal oxides as negative-electrode materials for lithium-ion batteries", Nature, Vol. 407, Pp. 496-499, 2000.           

2- K. Anandan, V.Rajendran, "Morphological and size effects of  NiO nanoparticles via solvothermal process and their optical properties", Materials Science in Semiconductor Processing,Vol. 14, Pp. 43-47.

3- H. Qiao, Q. Luo, J. Fu, J. Li, D. Kumar, "Solvothermal Preparation and Lithium Storage Properties of Fe2O3/C Hybrid Microspheres", Journal of  Alloys and Compounds, Vol. 513, Pp. 220–223, 2012.

4- X.H. Huang, C.B. Wang, S.Y. Zhang, F. Zhou, "CuO/C microspheres as anode materials for lithium ion batteries",Electrochimica Acta, Vol. 56, Pp. 6752-6756, 2011.        

5- B. T. Hang, D. H. Thang,"Effect of additives on the electrochemical properties

of Fe2O3/Cnanocomposite for Fe/air battery anode", Electroanalytical Chemistry, Vol. 762, Pp. 59-65, 2016.

6- H. Qiao, D. Yao, Y. Cai, F. Huang, Q. Wei, "One-Pot Synthesis and Electrochemical Property of MnO/C Hybrid Microspheres", Journal of Ionics, Vol. 19, Pp. 995-600, 2013.         

7- X. Chai, C. Shi, E. Liu, J. Li, N. Zhao, C. He,"Carbon-coated Fe2O3 nanocrystals with enhanced lithium storagecapability", Applied Surface Science,Vol. 347, Pp. 178-185, 2015.  

8- H. Li, M. Yu, F. Wang, P. Liu, Y. Liang, J. Xiao, C. Wang, Y. Tong, G. Yang, "Amorphous Nickel Hydroxide Nanospheres with Ultrahigh Capacitance and Energy Density as Electrochemical Pseudocapacitor Materials", Chemistry, Vol. 47, Pp. 6537-6539, 2008.    

9- L. He, J. Li, Z. Feng, D. Sun, "Solvothermal synthesis and characterization of ceria with solid andhollow spherical and multilayered morphologies",Applied Surface Science,Vol. 322, Pp. 147-154, 2014.    

10- J. Yu, L. Zhu, C. Fan, C. Zan, “Highly dispersed Mn2O3 microspheres: Facile solvothermal synthesis and their application as Li-ion battery anodes”, Particuology, Vol. 22, Pp. 89-94, 2015.

11- P. Peng, Z. Wen, Y. Liu, Y. Lu, M. Wu, “Synthesis and performance of apple-like tin oxide as anode for Li-ion batteries”, Solid State Ionics, Vol. 262, Pp. 61-65, 2014.     

12- J. Zhang, Y. Yao, T. Huang, A. Yu, “Uniform hollow Fe3O4 spheres prepared by template-free solvothermal method as anode material for lithium-ion batteries", Electrochimica Acta, Vol. 78, Pp. 502-507, 2012.     

13- H. Qiao, N. Wu, F. Huang, Y. Cai, Q. Wei, "Solvothermal synthesis of NiO/C hybrid microspheres as Li-intercalation electrode material", Materials Letters, Vol. 64, Pp. 1022–1024, 2010.

14- K. Wang, M. Zheng, X. Shi, Z. Lin, H. Wang, Y. Lu, “Glucose–ethanol-assisted synthesis of amorphous CoO@C core–shell composites for electrochemical capacitors electrode”, Chemical Engineering, Vol. 266, Pp. 141-147, 2015.

15- S. Jiang, R. Wang, M. Pang, H. Wang, S. Zeng, “Assembling porous carbon-coated TiO2(B)/anatase nanosheets on reduced graphene oxide for high performance lithium-ion batteries”, Electrochimica Acta, Vol. 182, Pp. 406-415, 2015.  

16- Y. Deng, C. Fang, G. Chen, “The developments of SnO2/graphene nanocomposites as anode materials for high performance lithium ion batteries: A review”, Power Sources, Vol. 304, Pp. 81-101, 2016.

17- X. Zhao, Q. Zhuang, S. Xu, Y. Xu, Y. Shi, X. Zhang, “Investigation of Cr2O3 as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries by Electrochemical Impedance Spectroscopy”, Electrochemical Society, Vol. 162, Pp. 1156-1162, 2015.  

18- L. Jiang, S. Xin, X. Wu, H. Li, Y. Guo. L. Wan, “Non-sacrificial template synthesis of Cr2O3–C hierarchical core/shell nanospheres and their application as anode materials in lithium-ion batteries”, Royal Society of Chemistry, Vol. 20, Pp. 7565-7569, 2010.           

19- S. Ullah, I. Ali Khan, M. Choucair, "A Novel Cr2O3-Carbon Composite as a High Performance Pseudo-Capacitor Electrode Material", Journal of Electrochimica Acta, Vol. 171, Pp. 142–149, 2015.       

20- H. Qiao, L. Xiao, Z. Zheng, H. Liuc, F.  Jia, L. Zhang, "One-Pot Synthesis of Coo/C Hybrid Microspheres as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries", Journal of Power Sources, Vol. 185, Pp. 486–491, 2008.     
 

21- H. Du, L. Jiao, Q. Wang, L. Guo, Y. Wang, H. Yuan, "Facile Carbonaceous Microspheres Templated Synthesis of Co3O4 Hollow Spheres and Their Electrochemical Performances in Supercapacitors", Journal of Nano Res, Vol. 6, Pp. 87-98, 2013.     
 

22- M. Li, Y. Wang, C. Liu, H. Gao, W. DongIron, "Iron oxide/carbon microsphere lithium-ion battery electrode with high capacity and good cycling stability", Electrochimica Acta, Vol. 67, pp. 187– 193, 2007.           

23- Q. Zhang, Z. Shi, Y. Deng, J. Zheng, G. Liua, G. Chen, "Hollow Fe3O4/C Spheres as Superior Lithium Storage Materials", Journal of Power Sources, Vol. 197, Pp. 305– 309, 2013.

24- م. خسروی، ب. لطفی، م. عرفانمنش، م. رمضانی، "اعمال و مشخصه‌یابی پوشش‌های نانوساختار اکسید کروم پاشش حرارتی شده"، مجله مواد نوین، جلد پنجم، شماره 20، ص 165-174،  تابستان 1394.

25- X. H.  Huang, J.P. Tu, C.Q.  Zhang, J.Y.  Xiang,  “Net-structured NiO–C nanocomposite as Li-intercalation electrode material”, Electrochemistry Communications, Vol. 9, Pp. 1180-1184, 2007.

26- H. Li, L. Ma, W. Chen, J. Wang, “Synthesis of MoS2/C nanocomposites by hydrothermal route used as Li-ion intercalation electrode materials”, Materials Letters, Vol. 63, pp. 1363–1365, 2009.

27- J. Zheng, Z.Q Liu, X. S. Zhao, M. Lio, "One Step Solvothermal Synthesis of Fe3O4/C Core Shell Nanoparticles with Tunable Size", nanotechnology, Vol. 23, Pp. 165601-165609, 2012.   

28- H. Safarzadeh, R. Ebrahimi-Kahrizsangi, M. Ghaderi, A. Saffar-Talouri, “Investigation of solvothermal synthesis and formation mechanism of Fe2O3/C microspheres”, Surface Engineering and Applied Electrochemistry, Vol. 51, Pp. 313-317, 2015.

29- L. Wang, Y.  Zhao, Q. Lai, Y. Hao, "Preparation of 3D Rose-Like Nio Complex Structure and Its Electrochemical Property", Journal of  Alloys and Compounds, Vol. 495, Pp. 82–87, 2010.

30- Q. Wang, H. Li, L. Chen, X. Huang, "Novel Spherical Microporous Carbon as Anode Material for Li-Ion Batteries", Solid State Ionics, Vols. 152–153, Pp. 43– 50, 2002.     

31- H. Du, L. Jiao, Q. Wang, L. Guo, Y. Wang, H. Yuan, "Facile Carbonaceous Microspheres Templated Synthesis of Co3O4 Hollow Spheres and Their Electrochemical Performances in Supercapacitors", Nano Research, Vol. 6, Pp. 87-98, 2013.   
 

32-Y. Chen, X. Shi, B. Han, H. Qin, Z. Li, Y. Lu, "The Complete Control for the Nanosize of Spherical MCM-41", Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 12, Pp. 1–11, 2012.           

33- Chunming Niu, Enid K. Sichel, Robert Hoch, David Moy, "High Power Electrochemical Capacitors Based on Carbon Nanotube Electrodes", American Institute of Physics, Vol. 70, Pp. 1480-1482, 1997.       

34-X. Zhao, Q. Zhuang, S. Xu, Y. Xu, Y. Shi, X. Zhangb, "Investigation of Cr2O3 as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries by Electrochemical Impedance Spectroscopy", Journal of The Electrochemical Society, Vol. 162, Pp. 1156-1162, 2015.       

35- H. Liu, D. Wexler, G. Wang, "One-Pot Facile Synthesis of Iron Oxide Nanowires as High Capacity Anode Materials for Lithium Ion Batteries", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 487, Pp. 24–27, 2009.