金屬氧化物及含氧酸鹽納米結構的設計合成及其在鋰離子電池中的應用.pdf

1、鑒于金屬氧化物及含氧酸鹽諸多材料在新能源領域、光催化領域、生物醫(yī)學等方面有著廣泛的應用，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極材料，以解決它們因存在利用率低和極化嚴重等原因造成循環(huán)壽命較短，實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、大容量特點的負極材料。另一方面研究它們作為光催化材料在光催化領域中的應用。本論文的詳細內(nèi)容概括如下:
　　 1.采用一個

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束狀結構。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極材料具有相當高的比容量，好的穩(wěn)定性，尤其是在高倍率下，優(yōu)于絕大多數(shù)報道的氧化銅CuO及CuO/C負極材料。CuO的組裝結構使其在0.3C，1C，2C倍率下充電/放電循環(huán)50圈后容量分別達到666，609，499 mAh g-1。甚至在6C高倍率下，其容量仍高達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納米結構經(jīng)研磨后獲得)電極的電化學性能更好。通對分析循環(huán)前后極片的XRD測試結果，得出可逆反應程度是影響CuO性能的直接原因，發(fā)生在CuO組裝結構中的轉化反應具有更好的可逆性，從而導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構有利于活性物質(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束狀納米結構還可以緩沖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性能的提高。
　　 2.各種CuO納米結構作為鋰離子電池負極材料已經(jīng)得到了很好的研究，然而，將多孔CuO納米結構用于負極材料，尤其是一維(1D)多孔CuO，卻鮮有報道。在這項工作中，我們采用一個新的、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極材料，并觀察了孔尺寸對其電化學性能的影響?？讖椒秶鸀?nm-22 nmCuO納米棒狀

5、結構表現(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)報道的CuO納米化合物。這個高度介孔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。這些結果表明通過簡易合成法制備的孔徑可調(diào)的CuO納米結構實現(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納米結構用作儲能材料卻鮮有報道。在這個工作中，我們制備合成了孔徑范圍大約為7.8nm-28.7 nm的CdSnO3多孔納米結構，并將其用作鋰離子電池負極材料。電化學測量結果表明，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，孔徑范圍大約為7.8 nm-28.7 nm的CdSnO3介孔納米結構的電化學性能也優(yōu)于一些文獻報道的CdSnO3納米結構的性能。
　　 4.非球形單晶空心顆粒的合成，尤其是復雜的空心化合物的合成仍然是一個重大的挑戰(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)空心立方體結構。通過進行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。在這個過程中，第二步中加入的NaOH溶液是形成ZHS空心結構的關鍵。實驗測試了ZHS空心立方體結構對苯酚降解的光催化活性，結果顯示它比實心ZHS立方體結構具有更高的催化活性。四次循環(huán)測試后，ZHS空心立方體結構的光催化活性沒有