釩氧基化合物微納結構的合成及其在儲能領域的應用研究.pdf

1、本論文旨在以釩氧基化合物的結構和性質分析為導向，結合有益的形貌特性，選擇合適的手段對其實現(xiàn)可控合成和結構改性，并詳細研究所獲得產物在水相鋰離子電池、超級電容器等儲能領域的性能表現(xiàn)，結合各種儲能應用的特性，對材料的晶體結構與性能表現(xiàn)的相關性進行初步探討。這對于進一步實現(xiàn)釩氧基化合物微納結構以及其它納米材料在儲能領域的規(guī)?；瘧煤托阅芨纳凭哂兄匾慕梃b意義。本論文的工作內容主要分為以下幾個方面:
　　 1.基于許多釩氧基化合物微納結

2、構材料在水相鋰離子電池的循環(huán)測試中存在容量衰減這一事實，以目標化合物的結構和性質特性分析為導向，我們通過選擇合適的反應試劑，采用低溫水熱法合成了具有層狀結構的CuV2O5單晶納米帶，并將其作為一種新的水相鋰離子電池負極材料進行性質研究。我們詳細地表征和分析了電極材料在不同充放電狀態(tài)下的結構，并對比分析了這些結構狀態(tài)的變化與電解液的pH值的關系，結合樣品在不同pH值時的循環(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致CuV2O5納

3、米帶容量衰減的重要原因，進而提出調節(jié)優(yōu)化電解液的pH值是一個有效的改善方法。這一發(fā)現(xiàn)對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)具有指導意義，同時對未來設計性能更好的水相鋰離子電池具有普遍的參考價值。
　　 2.具有三維孔道結構的VO2(B)是水相鋰離子電池的重要負極材料，其容量會因為電極材料溶解等原因而一直衰減，我們通過摻W對VO2(B)的水相鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性進行了改善。我們采用易于得到材料納米結構的水熱法合成了

4、純VO2(B)納米棒及其摻W后的納米花球，通過多種結構表征手段，我們分析了摻W后晶體結構和形貌的變化，摻W前后VO2(B)的水相鋰離子電池測試結果表明:摻W后樣品在長期循環(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有效辦法，同時這對改善其他電極材料的性能也有借鑒意義。
　　 3.薄片結構有利于超級電容器件的組裝和性能表現(xiàn)，我們選用一種特殊的反應試劑，并以石墨烯氧化物薄片作為結構導向模板，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合結構，并詳細研究了其在固態(tài)柔性超級電容器充放電過程中的性能表現(xiàn)。我們檢測分析了所合成產物的結構和形貌，并對合成條件的進行了優(yōu)化，這樣就既得到了最優(yōu)產物的合成條件，又證實了石墨烯氧化物的模板導向作用，同時驗證了提出的反應機理模型。超級電容器測試結果表明，這種材料結構具有優(yōu)異的柔性超級電容性能表現(xiàn)。這個工作既對其它類似結構材料的合成具有借鑒意義，又擴充了柔性超級電容器電極材料的選

6、擇范圍。
　　 4.一維室溫鐵磁半導體納米結構是構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度達幾百微米的K2V6O16·1.5H2O超長納米帶結構，磁學測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體材料。我們利用晶體學的原理揭示了這種納米帶的生長機理，高度各向異性的結構表明這種納米帶在延展方向會具有良好的導電性，理論計算和實驗數(shù)據(jù)分析都證明這種材料中的室溫鐵磁性來源于合