多种低维钒氧化物纳米材料的结构、性能及合成机理研究

【摘要】：本论文发展了水热法制备低维钒氧化物纳米材料的技术,利用各种控制方法和新的合成路线得到了一系列低维钒氧化物纳米材料(包括钒氧化物纳米管、VO_2纳米棒、纳米线和纳米板等),并对其进行了分析和表征,探讨了组成、结构及性能的相关性,分析了结构形成机理和规律。归纳如下: (1)采用溶胶-凝胶法结合水热反应合成了钒氧化物纳米管(VO_x-NTs),长1～10μm,内、外径分别为10～30nm和50～100nm。利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman、TG/DTA等技术分析了纳米管的微观结构。电化学测试表明,VO_x-NTs首次充、放电容量分别为200、185mAh/g,明显高于其它钒系正极材料,这可能归因于VO_x-NTs,能为Li~+提供更多的嵌入空间及更好的热力学嵌锂位置。由于纳米管结构中有机模板分子的影响,放电容量循环10次后衰减为120 mAh/g。VO_x-NTs在450～550nm出现具有弥散结构的光致发光带,计算得到VO_x-NTs的禁带宽度为2.7eV。提出了VO_x-NTs形成的3-2-1D机理。合成了钼修饰的VO_x-NTs。钼掺杂改变了纳米管生长动力学,形成大的层间距和更短的Li~+扩散路径,改善了纳米管的电化学性能。 (2)以V_2O_5(或V_2O_5溶胶)和CTAB为原料通过直接水热反应首次合成了长1～2μm,直径30～60nm的VO_2(B)纳米棒。VO_2(B)纳米棒首次放电容量高达306 mAh/g,循环15次后仍然高达245 mAh/g。采用V_2O_5和乙二醇、NH_4VO_3同草酸水热反应也得到形貌良好的纳米棒。简单描述了纳米棒的形成机理 (3)利用水热法,合成了其他特殊形貌的钒氧化物纳米材料,包括VO_2纳米线(V_2O_5同1,2-PC反应)、NH_4V_4O_(10)纳米棒(V_2O_5同NH_4I反应)、VO_x·nH2O纳米线(V_2O_5同聚乙二醇-400反应)、VO_2纳米板等(V_2O_5同甘油反应),丰富了低维钒氧化物纳米材料体系