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聚合物修饰V_2O_5纳米复合薄膜的合成、结构及性能

柯满竹  
【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V_2O_5、MoO_3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。本论文采用通氧气气氛下熔融淬冷法制备V_2O_5溶胶,采用聚合物溶液直接嵌入的方法,用PEO对V_2O_5层间进行修饰制成纳米复合薄膜体系,利用XRD、TG/DTA、IR、ESR、SEM、AFM、循环伏安法、分光光度计等测试方法,对(PEO)_xV_2O_5·nH_2O纳米复合薄膜体系的结构和性能进行分析。 通过对不同气氛下制备的V_2O_5干凝胶的结构与性能进行对比分析,结果表明:通氧气气氛下熔融淬泠法制备V_2O_5溶胶,是一种可行的优化工艺,这种方法制备的主体非晶性能提高,V~(5+)离子含量远远高于空气下制备的样品,其结构较理想,存在较少的氧空位缺陷,且Li~+嵌入容量有较大的提高。 XRD、TG/DTA的测试结果表明:当PEO嵌入到V_2O_5干凝胶层间时,V_2O_5在c轴方向的层间距d_((001))值明显增大,由x=0时的1.1950nm增大至x=2时的1.5173nm。当x为0.5时,PEO的嵌入较完全,在层间以非晶态形式存在;当x=1、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、AFM观察表明纳米复合薄膜表面均匀,无裂纹和孔洞。 IR光谱分析表明:PEO嵌入后,与V_2O_5片层有较强的相互作用,从而导致V_2O_5的振动模式发生了较大的变化,特别是V=O伸缩振动变化明显,这是由于V=O与PEO中的醚氧发生作用,以O_(et)…V=O形式存在。 通过电学、电化学和光学性能测试结果表明:PEO的嵌入,有效屏蔽了 vZos层对Li十离子的静电作用及PEO与Li十离子之间产生的络合作用,大大 提高了Li+离子在氧化物层间的嵌入容量、嵌入/脱出可逆性和稳定性,有效 提高了薄膜的电致变色性能尤其是在近紫外区的阴极电致变色性能。 本课题得到了国家自然科学基金项目(59802009和50172036)的资助。


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