低維功能納米材料的合成及其在電化學領域的應用.pdf

1、本論文旨在通過對化合物晶體結構的分析，設計和發展合適的反應路線實現對低維功能納米材料的可控合成，并結合物質本征的性能，將其應用于各種電化學領域。對低維功能納米材料的形貌，結構與性能之間的相關性進行初步探討。本論文主要包括以下幾方面的內容:
　　1.作者通過將靜電紡絲法和煅燒技術結合，首次制備出多級結構LiV3O8納米纖維，它是由暴露大量{100}晶面的LiV3O8納米片相互交叉而成的。在整個合成過程中，聚乙烯醇(PVA)起到了雙重

2、作用:一是在靜電紡絲過程中為纖維的形成提供模板;二是有效防止LiV3O8納米顆粒的團聚，使其根據自身晶體自范性生長最終形成暴露{100}晶面的納米片。另外，煅燒時間也嚴重影響著多級LiV3O8納米纖維的形成。相比文獻之前的報道，我們制備的這種暴露單一晶面的多級結構LiV3O8納米纖維組成的水溶液鋰離子電池，表現出更高的放電比容量和更好的循環穩定性。因此，這種多級結構的LiV3O8納米纖維將在水溶液鋰離子電池領域有良好的應用前景。這是我們

3、首次將靜電紡絲技術拓展到水溶液鋰離子電池電極材料的合成領域。此外，我們制備的這種納米纖維具有特殊的亞顯微結構，可能在傳感器，催化以及能源存儲等領域有潛在的應用價值。
　　2.作者首次通過機械剝離層狀有機-無機雜化中間體，得到厚度僅為1.4 nm的大面積WO3·2H2O超薄納米片。與相應的塊材相比，WO3·2H2O超薄納米片具有良好的可柔性，更高的Li+擴散系數，且與基底接觸更加緊密。得到的超薄納米片成功地組裝成柔性電致變色器件，表

4、現出大的透過率差(△T=48％)、快速的著色/褪色響應速率(tc，90％=5.1 s，tb，90％=9.7 s)、較高的著色效率(120.9 cm2C-1)、良好的循環穩定性以及很好的可柔性。其綜合的電致變色性能要優于塊材WO3·2H2O組成的電致變色器件和之前文獻中報道的其它柔性電致變色器件的性能。這可以歸因于WO3·2H2O超薄納米片獨特的原子結構和形貌特征。我們還通過第一性原理計算深入研究了WO3·2H2O的電致變色機理。結果表明

5、，隨著Li+的插入，WO3·2H2O經歷著從半導體到金屬的轉變，這也正是電致變色的原因。且WO3·2H2O超薄納米片能夠有效促進半導體與金屬之間的轉變，從而提高著色/褪色響應速率，尤其對著色過程影響顯著。本工作為二維超薄納米片用于制備高性能柔性電致變色器件提供大量有用信息，促進了柔性便攜式電子器件的發展。
　　3.作者通過簡單的液相剝離法合成了厚度僅為2-3 nm的WO3·H2O超薄納米片，并首次將其組裝成Cu/WO3·H2O超薄

6、納米片/ITO-PET柔性非易失性阻變存儲器件(ITO-PET:表面涂有氧化銦錫(ITO)的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))。該器件表現出低的開關電壓(+1.0 V/-1.14 V)、大的高低阻值比(＞105)、優異的數據保持性(＞105 s)、耐疲勞特性（＞5000次）以及良好的可柔性。通過正電子壽命譜的研究表明，合成的WO3·H2O超薄納米片中存在大量的V''''[OWOH2]空位簇。根據理論分析和實驗數據，作者提出了金屬Cu2+和

7、V''''[OWOH2]空位簇共同作用的新型阻變存儲機理。這一工作不僅對柔性非易失性阻變存儲器件的發展有一定的指導意義，而且有助于深入理解阻變存儲器的存儲機理。
　　4.作者將液相剝離法和煅燒法結合首次制備出厚度大約為4 nm的WO3多孔納米薄片。為了實驗對比，作者還合成了4nm厚的WO3無孔納米薄片和無孔厚片，并分析了三者的物相和形貌。作者研究了由(010)取向的單斜相WO3·2H2O超薄納米片轉化成(001)取向的單斜相WO3