PEO-V_2O_5-MoO_3 纳米复合材料的合成、结构及性能研究

【摘要】： 近年来，利用能与锂等碱金属离子发生拓扑化学反应的MoO_3、V_2O_5等层状氧化物的层间结构特征，将聚合物嵌入层间来改善界面和层间性质，使材料呈现出许多优异的性能，对这类材料合成、结构、性能和界面行为的研究引起了人们的极大兴趣。本论文采用聚合物溶液直接插层法，合成了(PEO)_xV_2O_5-MoO_3·nH_2O(x=0、0.5、1、2)纳米复合薄膜及利用现代测试手段对纳米复合薄膜的结构和性能进行了研究。 XRD、TG／DTA的测试结果表明，V_2O_5-MoO_3干凝胶具有沿c轴方向有序的层状结构，为均匀的单一相。当PEO嵌入到V_2O_5-MoO_3干凝胶层间时，V_2O_5-MoO_3在c轴方向的层间距d(001)值明显增大，由x=0时的1.3181nm增大至x=2时的1.8945nm。当x约为1时，PEO的嵌入较完全，在层间以非晶态形式存在；当x=2时，部分PEO未能嵌入氧化物干凝胶层间而存在于其主体之外，以晶态形式存在。SEM观察表明V_2O_5-MoO_3干凝胶薄膜是一种纤维状显微结构，且纳米复合薄膜表面均匀，无裂纹和孔洞。 IR光谱分析表明，当PEO嵌入V_2O_5-MoO_3干凝胶层间时，V_2O_5-MoO_3的各振动模式发生显著变化，其中，V=O双键伸缩振动向低波数方向移动，说明PEO与氧化物层之间以M=O---O键结合。 XPS分析结果表明，当Li~+离子嵌入到V_2O_5-MoO_3干凝胶层间时，Li~+离子在薄膜中以两种化学状态存在，一种是层间水化Li~+离子；另一种是被V_2O_5-MoO_3层所束缚而进入V_2O_5-MoO_3晶格间隙(不包括MO_6八面体间隙)的Li~+离子。当PEO嵌入后，层间Li~+离子含量大大增多，Li~+离子以层间Li~+离子(非水化)为主要存在形式，并且PEO的嵌入削弱了Li~+离子与周围环境的相互作用。 通过电学、电化学和光学性能测试结果表明，由于MoO_3的掺入，V_2O_5-MoO_3纳米复合材料的导电率相对于V_2O_5干凝胶大大提高，原因在于Mo取代V，使V~(4+)离子含量增多。PEO-V_2O_5-MoO_3干凝胶薄膜具有优良的 Li“离子在氧化物层嵌入／脱出的循环可逆性和稳定性。另一方面，PEO的嵌 入也导致薄膜结构上的重组，提高了复合薄膜的嵌理量。同时普遍提高了 复合薄膜在近紫外和近红外区域的吸收率，增强了薄膜在近紫外区的阴极 电致色，提高了薄膜的电致变色效率，改善了薄膜的电致变色性能。 本课题得到了国家自然科学基金项目（59802009和 50172036）和湖北 省自然科学基金项目 乃9J053）的资助。