釩氧基化合物微納結(jié)構(gòu)的合成及其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用研究.pdf

1、本論文旨在以釩氧基化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析為導(dǎo)向，結(jié)合有益的形貌特性，選擇合適的手段對(duì)其實(shí)現(xiàn)可控合成和結(jié)構(gòu)改性，并詳細(xì)研究所獲得產(chǎn)物在水相鋰離子電池、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能領(lǐng)域的性能表現(xiàn)，結(jié)合各種儲(chǔ)能應(yīng)用的特性，對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)與性能表現(xiàn)的相關(guān)性進(jìn)行初步探討。這對(duì)于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)釩氧基化合物微納結(jié)構(gòu)以及其它納米材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用和性能改善具有重要的借鑒意義。本論文的工作內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面:
　　 1.基于許多釩氧基化合物微納結(jié)

2、構(gòu)材料在水相鋰離子電池的循環(huán)測(cè)試中存在容量衰減這一事實(shí)，以目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特性分析為導(dǎo)向，我們通過選擇合適的反應(yīng)試劑，采用低溫水熱法合成了具有層狀結(jié)構(gòu)的CuV2O5單晶納米帶，并將其作為一種新的水相鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行性質(zhì)研究。我們?cè)敿?xì)地表征和分析了電極材料在不同充放電狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，并對(duì)比分析了這些結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化與電解液的pH值的關(guān)系，結(jié)合樣品在不同pH值時(shí)的循環(huán)性差異，我們發(fā)現(xiàn)水合氫離子在充電過程中的共插入是導(dǎo)致CuV2O5納

3、米帶容量衰減的重要原因，進(jìn)而提出調(diào)節(jié)優(yōu)化電解液的pH值是一個(gè)有效的改善方法。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)改善所有釩氧基電極材料在水相鋰離子電池中的性能表現(xiàn)具有指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)未來設(shè)計(jì)性能更好的水相鋰離子電池具有普遍的參考價(jià)值。
　　 2.具有三維孔道結(jié)構(gòu)的VO2(B)是水相鋰離子電池的重要負(fù)極材料，其容量會(huì)因?yàn)殡姌O材料溶解等原因而一直衰減，我們通過摻W對(duì)VO2(B)的水相鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行了改善。我們采用易于得到材料納米結(jié)構(gòu)的水熱法合成了

4、純VO2(B)納米棒及其摻W后的納米花球，通過多種結(jié)構(gòu)表征手段，我們分析了摻W后晶體結(jié)構(gòu)和形貌的變化，摻W前后VO2(B)的水相鋰離子電池測(cè)試結(jié)果表明:摻W后樣品在長(zhǎng)期循環(huán)過程中的容量保持率得到了很大的提高，這說明摻W是改善VO2(B)水相鋰電性能的一個(gè)有效辦法，同時(shí)這對(duì)改善其他電極材料的性能也有借鑒意義。
　　 3.薄片結(jié)構(gòu)有利于超級(jí)電容器件的組裝和性能表現(xiàn)，我們選用一種特殊的反應(yīng)試劑，并以石墨烯氧化物薄片作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向模板，在

5、溶劑熱的條件下成功制備了V2O5· H2O超薄片與石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)研究了其在固態(tài)柔性超級(jí)電容器充放電過程中的性能表現(xiàn)。我們檢測(cè)分析了所合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌，并對(duì)合成條件的進(jìn)行了優(yōu)化，這樣就既得到了最優(yōu)產(chǎn)物的合成條件，又證實(shí)了石墨烯氧化物的模板導(dǎo)向作用，同時(shí)驗(yàn)證了提出的反應(yīng)機(jī)理模型。超級(jí)電容器測(cè)試結(jié)果表明，這種材料結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的柔性超級(jí)電容性能表現(xiàn)。這個(gè)工作既對(duì)其它類似結(jié)構(gòu)材料的合成具有借鑒意義，又?jǐn)U充了柔性超級(jí)電容器電極材料的選

6、擇范圍。
　　 4.一維室溫鐵磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)是構(gòu)建自旋電子納米器件的理想材料，但是其選擇范圍一直比較有限，我們采用溫和的水熱法合成了長(zhǎng)度達(dá)幾百微米的K2V6O16·1.5H2O超長(zhǎng)納米帶結(jié)構(gòu)，磁學(xué)測(cè)量表明這種納米帶具有室溫鐵磁特性，是一種新的室溫鐵磁半導(dǎo)體材料。我們利用晶體學(xué)的原理揭示了這種納米帶的生長(zhǎng)機(jī)理，高度各向異性的結(jié)構(gòu)表明這種納米帶在延展方向會(huì)具有良好的導(dǎo)電性，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析都證明這種材料中的室溫鐵磁性來源于合