二氧化鈦與四氧化三錳納米晶體生長(zhǎng)控制及其功能特性研究.pdf

1、研究納米晶形貌控制的方法、探索納米晶形貌與性能之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)納米材料的性能設(shè)計(jì)與優(yōu)化是目前材料科學(xué)研究領(lǐng)域中的重大主題。介觀尺度下，納米晶體的晶粒粗化與生長(zhǎng)機(jī)制既包括經(jīng)典晶體生長(zhǎng)理論所描述的“奧斯特瓦爾德熟化(Ostwald Ripening)”也包括非經(jīng)典晶體生長(zhǎng)理論所涵蓋的“定向附著生長(zhǎng)(Oriented Attachment)”和“介觀晶體生長(zhǎng)(Mesocrystal)”等。非經(jīng)典晶體生長(zhǎng)理論基于初級(jí)納米晶體的組裝與融合，為納米

2、晶的形貌控制與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了嶄新的思路和更多的可能性。
　　本文以兩種典型的過渡金屬氧化物:銳鈦礦相的二氧化鈦(TiO2)與黑錳礦相的四氧化三錳(Mn3O4)為研究對(duì)象，探索不同晶體生長(zhǎng)機(jī)制的誘導(dǎo)方式過程控制方法，研究不同晶體生長(zhǎng)機(jī)制對(duì)納米晶體形貌的影響規(guī)律，解決納米晶形貌控制中的一些相關(guān)問題。根據(jù)納米晶自身的形貌與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開展它們?cè)诠獯呋到庥袡C(jī)污染物、染料敏化太陽(yáng)能電池以及鋰離子電池等方面的性能研究，解決納米材料功能應(yīng)用中的

3、一些相關(guān)問題。論文的研究工作分為以下幾個(gè)方面:
　　一、奧斯特瓦爾德熟化機(jī)制下TiO2納米晶體的生長(zhǎng)控制在雙表面配體控制納米晶生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，提出以鹵素離子作為表面配體協(xié)同油酸分子控制TiO2納米晶體形貌的方法。發(fā)現(xiàn)鹵素離子中的氟離子對(duì)銳鈦礦(001)晶面的吸附能力最強(qiáng)，在其參與下TiO2納米晶的形貌為截角四方雙錐體，其暴露晶面包括兩個(gè)(001)晶面和八個(gè)(101)晶面。
　　二、定向附著生長(zhǎng)機(jī)制下TiO2納米項(xiàng)鏈的生長(zhǎng)控制發(fā)

4、展了一種兩步溶劑熱的策略制備了具有一維單晶結(jié)構(gòu)的銳鈦礦TiO2納米項(xiàng)鏈。第一步溶劑熱過程被經(jīng)典結(jié)晶過程所主導(dǎo)，獲得具有一定程度(001)晶面暴露的初級(jí)TiO2納米晶粒。第二步溶劑熱過程被定向附著生長(zhǎng)過程所主導(dǎo)，通過初級(jí)晶粒在[001]晶向上的組裝與晶面融合，獲得一維項(xiàng)鏈狀納米結(jié)構(gòu)。在此合成策略的基礎(chǔ)上我們研究了誘發(fā)和控制定向附著生長(zhǎng)的關(guān)鍵條件。
　　三、TiO2納米項(xiàng)鏈對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池性能的影響規(guī)律通過TiO2納米項(xiàng)鏈增強(qiáng)了染

5、料敏化太陽(yáng)能電池的性能。利用TiO2納米項(xiàng)鏈獨(dú)特的一維單晶結(jié)構(gòu)減少電子在納米晶薄膜中的散射和復(fù)合，增強(qiáng)薄膜對(duì)電子的傳輸性能。當(dāng)納米晶薄膜內(nèi)TiO2納米項(xiàng)鏈的質(zhì)量百分比為30～40％時(shí)，電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7.5％與基于納米顆粒的薄膜電極的光電轉(zhuǎn)換效率(4.2％)相比提升了78％。
　　四、非經(jīng)典結(jié)晶過程中Mn3O4介觀/介孔晶體的生長(zhǎng)控制發(fā)展了一種簡(jiǎn)單易于放大化生產(chǎn)的化學(xué)沉淀法制備了Mn3O4納米晶。所得的納米晶具有均一的尺寸和形

6、貌，通過調(diào)節(jié)錳源的種類或添加量以及水合肼的添加量實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米晶的形貌控制（類長(zhǎng)方體狀介觀晶體、圓盤狀介觀晶體、介孔納米片、介孔納米方臺(tái)、介孔納米多面體等）?？疾旖榭准{米方臺(tái)的形貌演變過程，發(fā)現(xiàn)其晶體生長(zhǎng)過程包括兩個(gè)階段:初期的晶粒自組裝以及后期介觀晶體的熟化。晶粒的自組裝也是介孔晶體中產(chǎn)生孔結(jié)構(gòu)的原因，在其生長(zhǎng)過程中會(huì)出現(xiàn)具有介觀晶體結(jié)構(gòu)特征的中間產(chǎn)物。
　　五、研究Mn3O4/氧化石墨烯納米復(fù)合材料在鋰離子電池上的應(yīng)用在室溫化學(xué)