金屬氧化物及含氧酸鹽納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、鑒于金屬氧化物及含氧酸鹽諸多材料在新能源領(lǐng)域、光催化領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用，我們致力于控制合成組裝、多孔或空心的金屬氧化物及含氧酸鹽材料。一方面，將其作為鋰離子電池負(fù)極材料，以解決它們因存在利用率低和極化嚴(yán)重等原因造成循環(huán)壽命較短，實(shí)際容量和能量密度與理論值有較大差距的問題，探索具有長壽命、高功率、大容量特點(diǎn)的負(fù)極材料。另一方面研究它們作為光催化材料在光催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。本論文的詳細(xì)內(nèi)容概括如下:
　　 1.采用一個(gè)

2、簡單、友好的兩步合成過程成功大批量制備了納米晶組裝的CuO束狀結(jié)構(gòu)。通過對前驅(qū)體Cu(OH)2的熱解獲得束狀CuO的納米粒子，其作為鋰離子電池的負(fù)極材料具有相當(dāng)高的比容量，好的穩(wěn)定性，尤其是在高倍率下，優(yōu)于絕大多數(shù)報(bào)道的氧化銅CuO及CuO/C負(fù)極材料。CuO的組裝結(jié)構(gòu)使其在0.3C，1C，2C倍率下充電/放電循環(huán)50圈后容量分別達(dá)到666，609，499 mAh g-1。甚至在6C高倍率下，其容量仍高達(dá)361 mA h g-1。我們觀

3、察到納米晶組裝的束狀CuO電極比CuO納米粒子（束狀CuO納米結(jié)構(gòu)經(jīng)研磨后獲得)電極的電化學(xué)性能更好。通對分析循環(huán)前后極片的XRD測試結(jié)果，得出可逆反應(yīng)程度是影響CuO性能的直接原因，發(fā)生在CuO組裝結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有更好的可逆性，從而導(dǎo)致其具有更高倍率容量和循環(huán)性能。更好的可逆性源于組裝結(jié)構(gòu)有利于活性物質(zhì)CuO和電解液之間更有效的接觸，提高了Li+的傳輸能力。此外，多孔組裝的CuO束狀納米結(jié)構(gòu)還可以緩沖Li+嵌入/脫嵌過程中引起的體

4、積膨脹，這也有助于其電化學(xué)性能的提高。
　　 2.各種CuO納米結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)得到了很好的研究，然而，將多孔CuO納米結(jié)構(gòu)用于負(fù)極材料，尤其是一維(1D)多孔CuO，卻鮮有報(bào)道。在這項(xiàng)工作中，我們采用一個(gè)新的、簡單的方法大批量制備了1D高度介孔CuO納米棒，孔的尺寸可以通過改變煅燒溫度來控制。我們將介孔CuO材料用作鋰離子電池負(fù)極材料，并觀察了孔尺寸對其電化學(xué)性能的影響?？讖椒秶鸀?nm-22 nmCuO納米棒狀

5、結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高的比容量，好的循環(huán)穩(wěn)定性，和高的倍率性能，優(yōu)于絕大多數(shù)報(bào)道的CuO納米化合物。這個(gè)高度介孔CuO材料在0.5 C倍率下充放電電循環(huán)200圈后可逆容量為654 mA h g-1。它也具有高的倍率容量，在6C倍率下，其比容量為410 mAh g-1。這些結(jié)果表明通過簡易合成法制備的孔徑可調(diào)的CuO納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了長的壽命循環(huán)和高的可逆容量，非常適用于作為下一代高性能鋰離子電池負(fù)極材料。
　　 3.CdSnO3作為氣敏材料已

6、被廣泛研究。然而，將多孔CdSnO3納米結(jié)構(gòu)用作儲(chǔ)能材料卻鮮有報(bào)道。在這個(gè)工作中，我們制備合成了孔徑范圍大約為7.8nm-28.7 nm的CdSnO3多孔納米結(jié)構(gòu)，并將其用作鋰離子電池負(fù)極材料。電化學(xué)測量結(jié)果表明，相比未加檸檬酸制備的CdSnO3納米粒子｛可逆容量(370 mA h g-1，40圈)和倍率性能(364 mA h g-1，150 mA g-1))｝，用檸檬酸制備的高度介孔的CdSnO3納米粒子具有更高的可逆容量(515 m

7、A h g-1，40圈)和倍率性能(506 mA hg-1，150 mA g-1)，同時(shí)，孔徑范圍大約為7.8 nm-28.7 nm的CdSnO3介孔納米結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能也優(yōu)于一些文獻(xiàn)報(bào)道的CdSnO3納米結(jié)構(gòu)的性能。
　　 4.非球形單晶空心顆粒的合成，尤其是復(fù)雜的空心化合物的合成仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。在我們的工作中，室溫條件下，通過簡易自模板方法首次制備了單晶ZnSn(OH)6(ZHS)空心立方體結(jié)構(gòu)。通過進(jìn)行X射線衍射、X

8、光電子能譜、掃描電子顯微鏡、透射電鏡等一系列表征發(fā)現(xiàn)ZHS空心立方體的形成經(jīng)過了兩步過程，首先在堿性條件下，鋅(Ⅱ)和錫(Ⅳ)共沉淀形成實(shí)心的ZHS立方體，然后以自身為模板通過堿協(xié)助溶解過程并獲得ZHS空心立方體。在這個(gè)過程中，第二步中加入的NaOH溶液是形成ZHS空心結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)測試了ZHS空心立方體結(jié)構(gòu)對苯酚降解的光催化活性，結(jié)果顯示它比實(shí)心ZHS立方體結(jié)構(gòu)具有更高的催化活性。四次循環(huán)測試后，ZHS空心立方體結(jié)構(gòu)的光催化活性沒有