過渡金屬（Pt，Ru，Pd）及硫?qū)倩衔颩X-,2-（M=Ti，Mo，W;X=S，Se，Te）納米管的制備、表征及應(yīng)用.pdf

1、本論文開展了過渡金屬(Ru、Ru-Pt和Pd)及硫?qū)倩衔颩X2(M=Ti，Mo，W；X=S，Se，Te)納米管的制備、表征及其在儲(chǔ)氫、嵌鋰、嵌鎂和甲醇燃料電池等方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。主要內(nèi)容包括： (1)MoS2和WS2納米管。引入高能球磨技術(shù)來控制反應(yīng)的前驅(qū)體[(NH4)2MoS4和(NH4)2WS4]，對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行預(yù)處理，在催化還原氣氛中利用相對(duì)低溫(360～450℃)熱分解反應(yīng)合成了MoS2納米管和WS2納米管，實(shí)現(xiàn)了Mo

2、S2和WS2納米管的可控制備。研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)物前驅(qū)體以及催化劑等關(guān)鍵因素對(duì)MoS2和WS2納米管的生長(zhǎng)及管的形態(tài)的影響，并對(duì)該類納米管的形成機(jī)理進(jìn)行了探討，提出并驗(yàn)證了“由內(nèi)向外”的生長(zhǎng)機(jī)理。 考慮到此類材料中過渡金屬顯著的催化作用，以及納米材料優(yōu)異的吸附動(dòng)力學(xué)性能，開展了MoS2納米管儲(chǔ)氫和儲(chǔ)鋰的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MoS2納米管既可氣固儲(chǔ)氫，也可以電化學(xué)儲(chǔ)氫。用KOH處理的MoS2納米管，在25℃及氫壓為3MPa的條件

3、下，氣固儲(chǔ)氫量可達(dá)1.2wt％；電化學(xué)儲(chǔ)氫時(shí)，在25℃及50mA·g-1的放電電流密度下，最大的放電容量為262mAh·g-1，相當(dāng)于嵌入1.0wt％的氫，容量大約是氣固儲(chǔ)氫時(shí)的83％。 MoS2納米管電極用于儲(chǔ)鋰，以2.5mA·g-1放電時(shí)，最大的可逆容量約為180mAh·g-1，相當(dāng)于每分子MoS2嵌入/脫出1.0個(gè)鋰原子(～Li1.0MoS2)，其容量和循環(huán)壽命都明顯優(yōu)于多晶材料。 (2)TiS2納米管。由于鉬原子

4、的質(zhì)量比較大，為了提高儲(chǔ)能的能量密度，分別采用化學(xué)傳輸反應(yīng)、溶液化學(xué)反應(yīng)、低溫氣相反應(yīng)合成了高純、多壁、開口的TiS2納米管，并對(duì)其可控的高純度制備，微觀結(jié)構(gòu)的表征，以及在儲(chǔ)氫、嵌鋰和嵌鎂方面的應(yīng)用性能做了研究。發(fā)現(xiàn)TiS2納米管在25℃及4MPa氫壓下，可以儲(chǔ)存2.5wt％的氫，而且具有獨(dú)特的物理-化學(xué)吸附機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)表明，TiS2納米管用于嵌鋰，在25℃時(shí)，鋰的最大嵌入量是每個(gè)分子中嵌入一個(gè)鋰原子(～LiTiS2)；而TiS

5、2納米管用于鎂離子二次電池時(shí)，在10mA·g-1的電流下放電，納米管電極的放電容量最大能達(dá)到236mAh·g-1，嵌入量相當(dāng)于Mg049TiS2，比多晶電極具有較高的容量和較好的高速率放電能力。 (3)TiSe2和TiTe2納米管。鑒于Se、Te和S元素屬于同一族元素，有著性質(zhì)上的相似性，在制備TiS2納米管的基礎(chǔ)上，引入高能球磨技術(shù)，通過固相反應(yīng)首次制得了TiSe2納米管和TiTe2納米管，并對(duì)TiSe2納米管和TiTe2納米

6、管的合成條件及生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。 (4)Ru-Pt/Nafion納米管和Ag@Pd/Ag納米電纜。采用模板技術(shù)，通過優(yōu)化反應(yīng)條件，合成了Ru、Ru-Pt和Pd納米管，并采用浸漬-干燥技術(shù)，制備了Ru-Pt/Nafion復(fù)合納米管。由于該種納米管具有大的比表面積和相對(duì)低的金屬擔(dān)載量，開展了其在直接甲醇燃料電池中的電催化研究。與Pt-Ru合金和Pt-Ru納米微粒相比，Ru-Pt/Nafion復(fù)合納米管顯示出很高的催化活性，且降低了

7、鉑的用量。 Pd/Ag合金通常在工業(yè)上作為氫的萃取材料，進(jìn)一步增加Ag含量到高濃度時(shí)，將導(dǎo)致氫的快速擴(kuò)散，同時(shí)也使材料的成本降低。當(dāng)金屬的粒度減少到納米尺度，因?yàn)楸砻娣e和界面的增大，在氫吸附行為方面將有更大的改善?；谶@種思想，采用改進(jìn)的多羥基化合物還原的方法合成Ag納米線，又以Ag納米線為模板，通過電化學(xué)置換反應(yīng)制備了Ag@Pd/Ag納米電纜結(jié)構(gòu)。并將Ag@Pd/Ag納米電纜用于氣固儲(chǔ)氫。 結(jié)果顯示在20℃，70℃和1