無機層狀納米材料的制備表征與應用.pdf

1、無機層狀納米材料具有廣闊的應用前景，是一類具有特殊結構和性能的新型納米功能材料，也是目前化學與材料研究領域的前沿與熱點。本論文旨在探索采用簡便的化學原理和制備方法合成具有空心特征的層狀無機納米材料并探究所制備的無機空心層狀微納米材料的形成機制與潛在應用，取得了一系列的創(chuàng)新性成果。本論文提出了在固相高溫高壓體系中制備亞微米級氮化硼空心格子的反應機制，對所合成的六方相氮化硼空心格子進行催化劑的負載并對該復合體系的光催化性能進行了初步探討。本

2、論文還研究了由液相溶劑熱合成的納米片自組裝的二硫化鉬(MoS2)層級空心結構，包括層級結構的MoS2空心球和MoS2空心管，探索了它們的形成機制和結構特點。同時主要研究了所制備的MoS2空心球和空心管在鋰離子電池負極材料方面的應用。論文主要內容歸納如下:
　　 1在本章研究中，六方相的氮化硼亞微米級空心格子(BNMB)通過選擇KBH4，NH4F和Zn粉做為反應物在450℃反應20 h制得.原產物的形成過程通過XRD，TEM和ED

3、S分析得出反應過程中原位生成的立方相的KZnF3中間體作為模板形成BNMB。由于所制備的BNMB具有獨特的結構特征，高的比表面積以及優(yōu)異的化學穩(wěn)定性被用作催化劑載體。在接下來的實驗中采用一種簡單的濕化學法制備出SnO2/BNMB復合材料。這種復合材料的紫外漫反射光譜顯示其吸收邊緣在～470 nm，使其有望在光催化反應中得到應用。實驗結果表明SnO2/BNMB在催化降解甲基橙(MO)時顯示了優(yōu)異的光催化活性，在可見光的照射下，30 min

4、降解率達到92％。這種良好的光催化活性主要是由于材料較窄的帶隙，對MO強的吸附能力以及在SnO2/BNMB界面對電荷的有效分離。
　　 2由于MoS2具有的層狀結構和高的理論比容量，被認為是一種潛在的鋰離子電池負極材料。但是由于低的電導率，使其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能較差。在本章工作中，通過一種簡單有效的合成方法得到分子層間距增加的納米片自組裝的層級MoS2空心球，這些空心球的尺寸在400～800 nm左右。MoS2的層級空心結構的

5、形成機制基于一種中間產物K2NaMoO3F3作為自犧牲模板成功制備。所獲得的層級MoS2空心球狀顆粒在鋰離子電池性能測試中顯示了優(yōu)異的電化學性能，在100 mA g-1的電流密度下80個循環(huán)后容量仍能維持在902 mAh g-1，當電流密度1000 mA g-1時，容量為780 mAh g-1，具備較好的倍率性能。所制備的MoS2電極材料的鋰離子脫嵌行為被研究。此外基于實驗結果，所制備的層級MoS2空心球作為電極材料良好性能的原因也進行

6、了初步的探討主要歸因于材料的層級結構和空心特征，S-Mo-S分子層增加的層間距以及較高的比表面積。
　　 3目前為止，MoS2空心管的研究還比較少，相關的報道往往存在制備工藝苛刻、較高的成本以及對環(huán)境污染比較嚴重等問題。本章工作通過一種溫和的溶劑熱方法制備出大量的由納米片自組裝的MoS2層級管狀空心結構。在制備過程中通過加入MnCl2·4H2O形成棒狀結構的MnMoO4。在反應過程中，棒狀結構的MnMoO4不僅提供鉬源同時還作為

7、形成管狀空心結構的自犧牲模板。這種褶皺狀的表面結合其空心特征不僅有利于材料與電解液的接觸使Li+有效的脫嵌，還可以在充放電過程中使其體積膨脹得到一定的緩沖進而增強其循環(huán)性能。其電化學性能測試顯示了較高的儲鋰能力和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。這種層級管狀結構的1D納米材料是納米片和納米管的結合，具有較大的比表面積允許電解液中的Li+與活性物質充分有效接觸、縮短了電荷的傳輸距離、并且1D的納米結構用作電極材料被認為是有利于電子的傳輸，因此顯示了較好的