大学生创新科研基金课题申请书

安徽科技学院大学生创新科研基金课题

申 请 书

课 题 名 称

模板法制备氧化钴及其电化学性质研究

课 题 类 别 科学研究 课 题 申 请 人 许晨晨 所 在 院（部） 理学院 专 业 班 级 材料120 联 系 电 话

研究起止时间 2013 年 3 月至 2013 年 12 月 课题指导教师 姚悦 职称 助理实验师 填 表 日 期 2013年3月6日

安 徽 科 技 学 院

二○一二年二月制

填 报 说 明

一、填写申请书之前，请先咨询指导教师，并查阅《安徽科技学院大学生创新课题管理办法（暂行）》及相关文件。

二、请实事求是、逐条、认真地填写申请书的各项内容。表达应明确、严谨、简洁。

三、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为四号宋体，倍行距；表格空间不足的，可以扩展；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。

四、正式申请时需提交一式二份申请书（要求一律用打印稿件，并且至少一份为原件），需指导教师和所在学院审查、签署意见并加盖印章。

五、页面右上角项目编号由科研处统一填写。 六、凡格式不符合要求的申请书，不予接收。

一、基本信息

项目名称 项目类别 申 请 人 姓 名 项目来源 指导教师姓名、职称 A 模板法制备氧化钴及其电化学性能的研究 A．科学研究类 B. 发明创造类 Ｃ.设计策划类 理学院材料120 联系 方式 院系 许晨晨 班级 □学生自主立题 √教师推荐选题 □教师研究项目 姚悦 助理实验师 姓名 许晨晨 陈继文 指导教师 联系方式 院系班级 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 预定完成 时 间 联系方式 签名 课 题 组 主要成员 吴海林 李从健 陈晓辉 姚兰前 申请项目 金 额 1000元 一年 本课题组拟采用SBA-15介孔材料为模板制备介孔氧化钴，此方法对材料的孔结构有一定的可控性，而且氧化钴较为廉价，可降低内容摘要（限SBA-15介孔材料为模板制备具有介孔结构的复合氧化钴，如介孔200字） MnO2-NiO材料、介孔MnO2-CoO材料、介孔Fe-MnO2等，由于复合材料可以优势互补，能提高材料的各项电化学性能，有利于超级电容器的工业化和实际的应用。 超级电容器的成本，能促进超级电容器商业化进程。再者拟采用二、项目论证

（一）申请理由（包括自身具备的知识、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等） 本人是理学院无机非金属材料工程120班的学生，自幼就对发明创造拥有浓厚的兴趣，拥有不弱的组织与管理能力，同时扎实的专业知识学习和对课外知识的掌握让我一次次站在了成功的舞台上，最重要一点就是，我们这个团队中每个队员具备强烈的团队合作意识和不可或缺的集体荣誉感。我万分自信，在姚悦老师的指导下，通过我们团队的努力，我们一定会顺利完成这项课题。 近年来，随着人们对各类能源的不断使用，让我们如今不得不面对的是能源匮乏的难题，该难题的解决与否直接关系到各国的经济发展。目前各国都在寻找可代替能源，少数发达国家也有先进技术利用风能、潮汐能、太阳能等，由于当前的科学技术不能够广泛地应用到实际生活中，所以，目前最可行的方法就是提高能源的利用率。而本课题所要制作的超级电容器就可以达到提高能量利用效率的效果，它具有储存量大、充放电效率高、充电时间短、使用时间长等特点。并且对环境没有危害，可以反复供人类使用，从而缓解能源匮乏的压力。而本课题所要制作的超级电容器就可以达到提高能量利用效率的效果，它具有储存量大、充放电效率高、充电时间短、使用时间长等特点。并且对环境没有危害，可以反复供人类使用，从而缓解能源匮乏的压力。 综上所述：我会带领我们这个团队积极认真的参与到这项课题中来，每个人积极进取，全心全意的合作，努力早日顺利结束这项课题，同时真诚地希望校领导能在精神和物质上给我们足够的支持与鼓励，谢谢。 （二）立项依据：本课题研究现状与趋势，理论意义与应用价值，创新点。（三部分逐项填写，限1000字以内，可附页。） 1.研究现状与趋势： 电化学电容器是一种新型的能源存储器件，它介于传统电容器和电池之间，与传统静电电容器相比具有更大的比容量，可存储的能量密度为传统静电电容器的10倍以上，与二次电池相比具有更高的功率密度。因此，它具有瞬间释放特大电流、充电时间短、充放电效率高、使用寿命长的特性。电化学电容器的上述特点尤其是它在短时大功率放电应用方面有着无可替代的作用，填补了静电电容器与蓄电池这两类储能器件之间的空白，具有广阔的应用前景[1-4]。 超级电容器的材料总体可分为三大类：第一类是碳材料，有多种碳材料可作为超级电容器的电极材料：活性炭、碳黑、碳纤维等；第二类是过渡金属化合物(氧化物、氮化物、碳化物)，如氧化钌、氧化镍、二氧化锰、氧化铱等；第三类是掺杂的导电聚合物，如聚吡咯、聚噻吩等。本项目研究目标就是利用硅基介孔模板制备出廉价的可超级电容器用介孔二氧化锰，使制备出的介孔氧化物与非介孔氧化物相比具有较高的比电容量，高储能密度，从而使二氧化锰电极材料更接近商业化的要求。 由于电化学电容器具有非常显着的优点，当前研究电化学电容器的热潮正在逐渐升温，目前，国外（特别是美国、日本）对超级电容器的研究重点主要在于如何提高超级电容器的储能密度以满足电动车等应用，其研究内容涉及到新材料的研发、制作工艺、方法改进等。虽然超级电容器在应用中越来越显示出其强大的生命力，但是也要看到，目前的超级电容器在电能储存方面与电池相比还有一定的差距，因此怎样提高单位体积内的储能密度是目前超级电容器领域的一个研究重点与难点。应该说制作工艺与技术的改进是提高超级电容器 的储存电能能力的一个行之有效的方法，但从长远来看，寻找新的电极活性材料才是根本之所在，但同时这也是难点之所在。超级电容器越来越轻、供电能力越来越强的目标的实现可能需要借助于一些高新技术的开发与应用，比如纳米技术，只有这样超级电容器的前景才会越来越光明。 理论意义与应用价值： 超级电容器具有高的比功率，能高倍率快速充放电，即优良的瞬时充放电性能，长寿命，宽的工作温度范围，大的电容调制能力，低自放电，低生产成本，无需维护，因而有潜力成为优良的贮能装置。超级电容器在许多领域都有广阔的应用前景，如:便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源、应急后备电源等方面。特别是在电动汽车上的应用具有非常明显的优势，美国、日本、俄罗斯等国都先后投入大量人力、物力对超级电容器进行研究，有些公司的产品己实现商品化。容量在300F以下的超级电容器己规模化生产。利用超级电容器具有大功率的特点，在电动汽车中可作为车辆的启动、加速、爬坡时提高功率和刹车时回收能量的重要器件，和电池组合使用时可防止电池的过量消耗和劣化。 创新点： 本课题组拟采用SBA-15介孔材料为模板制备氧化钴，此方法对材料的孔结构有一定的可控性，而且二氧化锰较为廉价，可降低超级电容器的成本，能促进超级电容器商业化进程。再者拟采用SBA-15介孔材料为模板制备具有介孔结构的复合二氧化锰，如介孔MnO2-NiO材料、介孔MnO2-CoO材料、介孔Fe-MnO2等，由于复合材料可以优势互补，能提高材料的各项电化学性能，有利于超级电容器的工业化和实际的应用。 （三）前期准备情况：本单位所具备条件，查阅资料及主要参考文献 具备条件：理学院化学实验室具备实验所需的一般的玻璃仪器，部分化学试剂，还拥有紫外—近红外光谱仪、紫外可见分光光度计、原子吸收仪、荧光光度计等大型仪器设备。学校图书馆可查阅相关资料为课题提供参考。 参考文献： 1夏熙,刘洪涛.一种正在迅速发展的贮能装置-超电容器.电池工业,2004,9(3): 115-120 2 ，， Principles and applications of electrochemical capacitors[J]. Electrochemical .Acta2000, (45), 2483-2498. 3林鸿溢，王越.纳米半导体薄膜的研究进展，北京理工大学学报， 1995，5，125。131. 4陈永真编着.电容器及其应用.北京:科学出版社,2005:193 5 张娜,张宝宏.电化学超级电容器研究进展.电池,2003,33(5): 330-332 6 严冬生，无机材料学报，1995，10，1. 7 Kobayashi Y, KatakaAgi H, AGine E, et al. J. Colloid Interface Sci., 2005, 83: 392-395 （四）研究内容和提纲 研究内容： 利用硅基介孔材料SBA-15硬模板来制备氧化钴，将氧化钴沉积在具有介孔结构的模板上，从而使制备出的氧化钴也具有与模板相同的介孔结构。再将具有介孔结构的氧化钴，通过红外光谱、XRD、BET等方法对材料进行表征，并用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等方法对由氧化钴制备成的电极的电化学电容性能进行检测。 提纲： 1. 进一步查阅相关资料。 2. 制备合适的硅基模版。 3. 使氧化钴有效地沉积附着在硅基模板上。 4. 测试所制得材料的电极。 （五）拟采取的研究方法和技术路线 研究方法： 1、模板的制备：将嵌段共聚物P123 克、蒸馏水130毫升，40°下恒温4小时加入正丁醇，在水浴条件下控温35℃搅拌至表面活性剂全部溶解；再加入正硅酸乙酯，在相同温度下继续搅拌24h。将所得到的混合溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，在烘箱中控温150℃水热反应20小时，冷却后，经抽滤、洗涤、室温自然干燥后得到白色粉末。最后将所得到的白色粉末用焙烧的方法去除有机结构导向剂，得到实验所需模板。 2、氧化钴的制备：将模板分散在乙醇中，然后按一定的物质的量配比加入硝酸钴溶液，在室温下搅拌一定时间，并于40℃下将乙醇挥发干。将该复合材料置于马弗炉在一定温度下焙烧一定时间以分解硝酸锰前驱物。将上述产物加入NaOH溶液中，于40℃下搅拌24 h。用去离子水对产物进行洗涤至中性，然后在120℃干燥。制备出所需介孔氧化钴粉末。 3、制备测试电极：将制备出的氧化钴制备成测试电极，进行电化学测试。 4,实验基本思路： 盐酸 去离子水合物 硅酸乙酯 共聚物P123 正丁醇 冷却 水浴 焙烧 混合液混合液所需模复合材料 硝酸钴溶液 NaOH 室温搅拌 焙烧 溶液 得产 所洗涤 干燥复合材分散在乙氧化钴粉末 （六）拟解决的关键问题 1如何制备出合适的硅基模板。 2 如何使二氧化锰有效地沉积附着在硅基模板上，以形成有效地介孔结构，从而提高材料的电容性。 3如何准确地测出制得材料的优良性。 （七）研究进度安排和中期成果（中期研究成果要量化） 2013年3月-2013年4月 相关资料的收集，设计实验方案，购置所需相关材料； 2013年5月-2013年8月 制备硅基模板，制备介二氧化锰。 2013年9月-2014年2月： 进行电化学测试、微观结构测试等相关性能测试，整理相关数据，撰写文章； 2013年11月-201年14年1月补充少量实验，结果探讨，分析测试数据，准备结题。整理实验数据，撰写论文，准备答辩 （八）项目预期成果形式及技术指标： 获学校资助的项目在结题验收时需完成以下任务中的二项：（1）参加国家级竞赛；（2）参加省级竞赛并获奖；（3）获批专利；（4）公开发表与项目相关的论文（学生为第一作者，并在文中标明安徽科技学院大学生科研基金课题资助）；（5）提交设计软件；（6）提交小发明、小制作实物；（7）提交艺术作品；（8）提交创业计划；（9）提交社会调查报告；（10）通过专家组答辩。获学校资助的项目在结题验收时完成： 1. 公开发表与项目相关的论文1篇 2. 通过专家组答辩。 （九）项目的经济、社会效益分析 社会效益分析： 随着社会经济的迅速发展，人类对能源的需求也日益增多。但是，在石化资源匮竭的今天，能源价格不断上涨，各类能源消耗型产业生产成本也越来越高；与此同时，燃烧石化能源对环境产生的负面影响越来越突出，给人类生存环境带来了巨大影响。能源问题已成为世界性的难题，因此，寻找可以高效利用能源的技术已迫在眉睫。而电化学电容器是一种新型的能源存储器件，它介于传统电容器和电池之间，与传统静电电容器相比具有更大的比容量，可存储的能量密度为传统静电电容器的10倍以上，与二次电池相比具有更高的功率密度。因此，它具有瞬间释放特大电流、充电时间短、充放电效率高、使用寿命长的特性。电化学电容器的上述特点尤其是它在短时大功率放电应用方面有着无可替代的作用，填补了静电电容器与蓄电池这两类储能器件之间的空白，具有广阔的应用前景[2-4]。 经济效益分析： 氧化钴作为电池材料已经被充分研究，因为廉价、对环境友好，又表现出优良的电容器性能，现已成为过渡金属氧化物研究中最重要的电极材料。氧化钴作为电容器的电极材料，是由Anderson等人在研究了Nio作电容器电极材料之后所发现的一种价格低廉且效果良好的新型电容器电极材料。粉末氧化钴电极的比容量己可达到100一 200Fg-’。用溶胶一凝胶法制备的二氧化锰的比容量比由电化学沉积法所制备氧化钴的比容量高，达到了 698Fg一，(在’，的NaZSO4电解液中)，且循环1500次，容量衰减不到10%。比容量仅次于Ru02’xH2O。相对于蓄电池而言，超级电容器具备众多优势，这不仅能达到价格低廉，同时也防止了对环境的破坏，因此本课题的研究很有意义。 三、经费预算和评审意见

申请经费预算 经费用途 购买药品、材料 预算依据 药品价格 金额（元） 700 实验费 测试费 总计 实验耗材 测试价格 100 200 1000 我保证填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目其他成员将遵守《安徽科技学院大学生创新课题管理办法（暂行）》的有关规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按约申请人定承诺及时报送有关材料。 承 诺 签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日 指导 教师 意见 经评审专家组一致研究，是否同意立项： 是 否 若为自筹，是否给与经费资助： 是 否 院部 审批 意见 评审专家组组长及成员亲笔签名： 负责人签章： 教学院（部）盖章 年 月 日 负责人签章： 学校审 年 月 日 批意见