發(fā)布時間：2018-04-15 16:09

  本文選題：金屬氧化物 + 表面活性劑自組裝�。� 參考：《蘭州大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：基于石墨烯材料所表現(xiàn)出的獨特性質(zhì),近些年,人們對二維(2D)結(jié)構(gòu)金屬氧化物的專注也越來越高。通過層狀材料剝離得到的各種各樣的金屬氧化物(MoO_3、WO_3、V_2O_5)已經(jīng)在電學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,最新研究表明,由下而上的分子自組裝法可以合成大部分的高質(zhì)量的金屬氧化物2D結(jié)構(gòu),如(ZnO、TiO_2、Co_3O_4、Fe_2O_3等),且合成過程并不受主體材料的限制。然而,對于這種方法合成的具有納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物材料的研究目前并未見太多系統(tǒng)和深入的報道。因此,本論文選擇了功能化應(yīng)用比較廣泛的金屬氧化物:TiO_2、Co3O4和Zn O,詳細(xì)探究了這幾種自組裝納米結(jié)構(gòu)的合成方法,并對其在光催化、光探測以及鋰離子電池應(yīng)用方面的性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本論文的主要工作內(nèi)容和結(jié)果如下:1.自組裝法制備TiO_2納米片及性能研究利用表面活性劑分子自組裝法,通過合理控制表面活性劑P123的濃度、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度,成功制備出均勻分散的高質(zhì)量的TiO_2納米片,納米片尺寸大約在200 nm,厚度主要分布在1-7 nm范圍。XRD結(jié)果顯示TiO_2納米片由銳鈦礦和金紅石兩相組成,通過分析納米片表面化學(xué)態(tài),發(fā)現(xiàn),由于2D納米片呈現(xiàn)出極大的晶格畸變并伴隨大量化學(xué)鍵的形成、斷裂、扭曲,使得電子密度重新分配,導(dǎo)致2D TiO_2納米片中Ti原子化學(xué)態(tài)降低,由于納米片具有極小的尺寸使它表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng),禁帶寬度增加。此外,深入研究了2D結(jié)構(gòu)TiO_2納米片在紫外光下降解有機(jī)染料的能力、對紫外光的響應(yīng)能力、作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性能。實驗結(jié)果如下:1.經(jīng)500℃退火處理得到的TiO_2納米片在紫外光下對羅丹明B有最好的催化能力,60 min之后的降解效率可以達(dá)到94.2%,并且TiO_2納米片對甲基橙和甲基藍(lán)也有非常優(yōu)異的催化能力,當(dāng)光照時間120 min之后,光催化效率分別可以達(dá)到91.5%和95.5%;2.TiO_2納米片基紫外光探測器證明,該探測器對紫外光具有高的I light/I dark比(69383)和快速的響應(yīng)時間(1.7 s),光敏性可以達(dá)到2638600%;3.TiO_2納米片做為鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出非常高的循環(huán)穩(wěn)定性以及較高的放電比容量,50次循環(huán)之后電池比容量保持在189 m Ah g-1,當(dāng)以大倍率1675 m A g-1的電流密度充放電循環(huán)1000次時,電池的放電比容量一直可以穩(wěn)定在100 m Ah g-1。4.通過對2D結(jié)構(gòu)TiO_2納米片熱穩(wěn)定性能系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)在這種特殊的2D形貌中存在不同于體材料的相轉(zhuǎn)變延遲行為。這是由于納米片中存在的反常相轉(zhuǎn)變行為和形貌效應(yīng)協(xié)同作用導(dǎo)致TiO_2納米片中銳鈦礦相轉(zhuǎn)變行為滯后,最終使銳鈦礦相可以穩(wěn)定到850℃。2.TiO_2納米片復(fù)合材料制備實驗發(fā)現(xiàn),2D結(jié)構(gòu)TiO_2納米片表面包含大量羥基,所以我們不通過任何預(yù)處理,簡單的利用多羥基法制備了TiO_2納米片/Fe3O4納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)、TiO_2納米片/Fe_2O_3納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)、N摻雜TiO_2納米片以及TiO_2納米片包裹碳顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)。并對其光催化性能進(jìn)行了研究。3.自組裝法制備Co3O4納米片及鋰電性能研究利用表面活性劑自組裝法成功制備了超薄介孔結(jié)構(gòu)的Co3O4納米片,經(jīng)過300℃退火處理之后的納米片具有更薄的形貌(邊緣厚度2.1-2.7 nm)、更細(xì)小的顆粒尺寸(平均顆粒尺寸6.7 nm)、更大的比表面積(94.3 m2 g-1)以及更小的孔徑分布(5-10 nm),這些形貌優(yōu)勢賦予了它更優(yōu)異的電化學(xué)性能,作為鋰離子電池負(fù)極材料,表現(xiàn)出超高的放電比容量(1868.6 m A h g-1),30次循環(huán)之后容量保留率高達(dá)99.3%,庫倫效率接近100%,而且在大電流充放電循環(huán)過程中比容量呈現(xiàn)出負(fù)的衰退率,除此之外,還表現(xiàn)出非常優(yōu)異的循環(huán)倍率性能。4.自組裝法制備殼層結(jié)構(gòu)Zn O空心球及紫外傳感器性能研究受到分子自組裝方法制備納米材料的啟發(fā),首次采用分子自組裝法合成了殼層結(jié)構(gòu)Zn O空心球,屬纖鋅礦結(jié)構(gòu),空心球直徑大約700 nm,并對其光探測性能進(jìn)行了研究,實驗獲得了具有高靈敏性的Zn O空心球UV傳感器,I light/I dark比大于2000,響應(yīng)恢復(fù)時間僅0.6 s。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O611.62

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