釩氧基化合物微納結(jié)構(gòu)的合成及其性能研究.pdf

1、本論文旨在選用合適的前驅(qū)物以及目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)特點為標(biāo)向，并且結(jié)合獨特的形貌特征，利用精心設(shè)計的合適的化學(xué)反應(yīng)路線來可控合成釩氧基化合物的微納結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步考查所得到的釩氧基化合物的微納結(jié)構(gòu)的磁學(xué)性能，電子傳輸性能，以及作為水溶液鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能，并且初步的探討化合物的晶體結(jié)構(gòu)與響應(yīng)性能二者之間的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系以及不同的制備方法對于化合物的響應(yīng)的性能的影響。本論文主要內(nèi)容歸納如下：
　　 1.作者選用了適當(dāng)?shù)那膀?qū)物

2、，通過低溫水熱合成途徑，實現(xiàn)了水釩鈉石釩酸鈉化合物的制備，獲得了大量的釩酸鈉納米帶以及極性納米帶自卷曲形成的納米環(huán)和納米線圈。在此基礎(chǔ)上，通過分析化合物的晶體結(jié)構(gòu)，提出了納米環(huán)以及納米線圈的形成機(jī)理是由于納米帶暴露的各個晶面上正負(fù)電荷之間相互吸引產(chǎn)牛的庫侖力作用的結(jié)果，并且?guī)靵隽Φ拇笮∨c不同晶面上的正負(fù)電荷對分布的距離有關(guān)。并且通過普適性的方法合成了釩酸鉀和釩酸銨，更進(jìn)一步證實了所提出的機(jī)理。同時，由于水熱合成方法引入大量的氧空位到所合

3、成得到的產(chǎn)物中，使得釩酸鈉產(chǎn)物具有了室溫鐵磁性能，豐富了室溫鐵磁半導(dǎo)體的產(chǎn)生機(jī)理，并且提供了一種引入室溫鐵磁性能的方法。
　　 2.受上一工作啟發(fā)，水熱合成的方法可以為體系引入大量的氧空位從而使得產(chǎn)物具有鐵磁性能，并且引入晶體內(nèi)部的氧空位對于化合物的磁性有著很大的影響。于是，作者通過針對性地尋找與釩酸鈉晶體結(jié)構(gòu)類似的化合物，首次通過簡單的低溫溶液合成途徑得到了同樣的具有室溫鐵磁性的釩酸鉀納米帶。表面的氧空位可以通過退火去除，但是

4、引入晶格內(nèi)部的氧空位卻無法用簡單的退火來去除，從而對化合物的磁性有著很大的影響。并且通過第一性原理的計算，確實證明了引入晶格內(nèi)部的氧空位對于化合物的磁性起到?jīng)Q定性的作用。作者提出，利用引入晶格內(nèi)部的氧空位從而產(chǎn)生的室溫鐵磁的方法，更加明確了室溫鐵磁性產(chǎn)牛的機(jī)理。
　　 3.基于一維納米帶優(yōu)異的電子傳輸性能和釩氧基化合物特殊的晶體結(jié)構(gòu)特征，以所分析得到的目標(biāo)化合物的晶體結(jié)構(gòu)為標(biāo)向，用鹽酸來作為酸度的調(diào)節(jié)劑，并進(jìn)一步選用簡易的水熱方

5、法獲得了具有典型層狀結(jié)構(gòu)的超長的Na2V6O16·3H2O納米帶，首次研究了其優(yōu)異的電子輸運性質(zhì)。同時獲得的高密度的有序的納米帶膠囊狀薄膜產(chǎn)物，被直接用作有序的納米帶薄膜電極。通過對其不同方向的IV的測試，得出了其具有各向異性的電子輸運性質(zhì)并且具有很好的導(dǎo)電性能。然而無序的納米帶薄膜電極卻顯示各向同性的電子輸運性能和較低的導(dǎo)電性。所以，有序納米帶薄膜電極是一個很有優(yōu)勢的備選納米電極。為制備和設(shè)計納米電極提供了一個思路和方法。
　　

6、 4.以目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)分析為導(dǎo)向，作者利用表活劑聚乙烯吡咯烷哃的配位效應(yīng)，在較低的溫度下，通過水熱還原的途徑合成了具有典型的層狀結(jié)構(gòu)的V4O6(OH)4黑斜釩礦三維核桃狀微納結(jié)構(gòu)，并且是在這種礦物被發(fā)現(xiàn)的60年以來首次成功的在實驗室里人工利用一步法制備。在進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，我們將黑斜釩礦首次引進(jìn)作為水相鋰離子電池的負(fù)極材料，并證實了微觀結(jié)構(gòu)的層狀特征和宏觀結(jié)構(gòu)的核桃狀形貌特征對于促進(jìn)電池性能的推進(jìn)作用，也進(jìn)一步擴(kuò)展了釩氧基化