納米結(jié)構(gòu)釩氧化物和釩青銅的制備與表征.pdf

1、釩的氧化物和釩青銅(Vanadium Bronze)在催化、傳感器、光電開關(guān)、鋰電池、超導(dǎo)、生物無機材料等諸多領(lǐng)域有著廣泛的用途或潛在的應(yīng)用前景。五氧化二釩(V2O5)、二氧化釩(VO2)和含鈉釩青銅是相對研究較多的材料，同其體相結(jié)構(gòu)材料相比，納米結(jié)構(gòu)材料在能量的轉(zhuǎn)化和存儲等方面展現(xiàn)更優(yōu)異的性能。到目前為止，已經(jīng)發(fā)展多種方法制備V2O5、VO2、含單一陽離子的釩酸鹽和釩青銅材料的一維和二維納米結(jié)構(gòu)，相比之下，三維納米結(jié)構(gòu)的釩氧化物和釩青

2、銅材料的研究報道不多。因此，探討新的合成方法制備新晶相結(jié)構(gòu)、新形貌的釩氧化物和釩青銅三維納米結(jié)構(gòu)材料具有重要的意義。
　　 本文主要研究以水熱和溶劑熱合成方法制備釩氧化物和釩青銅三維納米結(jié)構(gòu)，利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FT-IR)、X－射線衍射(XRD)、氮氣吸附、紫外漫反射光譜、熱重.差熱分析(TG—DTA)和X－射線光電子能譜等表對所制備的材料進行表征，并對材料進行了紫外光照射降解若丹明B(

3、RhB)和鋰電池正極材料的充放電性能測試。主要內(nèi)容有以下三部分：
　　 1)發(fā)展了一種新方法合成具有Paramontroseite礦物結(jié)構(gòu)的VO2，并以之為前驅(qū)體制備了不同表面形貌的V2O5空心球。合成體系以偏釩酸銨作為釩源，草酸作為還原劑，四氫呋喃作為溶劑通過溶劑熱方法制備產(chǎn)物。通過控制溶劑熱反應(yīng)時間和反應(yīng)原料配比控制產(chǎn)物形貌。反應(yīng)6小時得到直徑在3微米左右的核殼結(jié)構(gòu)的Paramontroseite VO2微球。而反應(yīng)24小時

4、得到直徑在1～6微米間的由納米片輻射組裝的Paramontroseite VO2微球。通過焙燒，分別得到不同表面形貌的V2O5空心球和微球?？招那虻男纬煽赡苡捎跓峤膺^程中釋放內(nèi)含物有機物而形成的。不同形貌的V2O5在紫外光照射下催化降解若丹明B染料(RhB)，發(fā)現(xiàn)光催化活性與空心球表面形貌有關(guān)，片混亂堆積的五氧化二釩空心球展現(xiàn)最高的活性，可能由于在混亂堆積的片間發(fā)生多重反射和散射增強了紫外光吸收。
　　 2)通過前驅(qū)體分解法原位

5、制備V2O5納米結(jié)構(gòu)。在水熱條件下，二甲基亞砜(DMSO)和偏釩酸銨反應(yīng)生成玫瑰花狀的NH4V3(OH)6(SO4)2晶體，顆粒的平均尺寸大約在20微米。焙燒后，原位形成的單晶納米顆粒作為構(gòu)筑塊，形成玫瑰花狀的V2O5納米結(jié)構(gòu)。該納米結(jié)構(gòu)V2O5作為鋰電池的正極材料展現(xiàn)較高的初始放電容量(449.5 mAhg-1)。通過選擇酸的種類，用乳酸和硝酸可分別形成球狀的NH4V3(OH)6(SO4)2)和玫瑰花狀的VO2，其原因可能由于酸的不同

6、絡(luò)合能力和硝酸根的強氧化性影響了對偏釩酸銨的還原。
　　 3)以水熱方法制備了銨/鈉雙陽離子插層的釩青銅三維納米結(jié)構(gòu)。利用草酸作為還原劑，偏釩酸銨和硝酸鈉為原料，通過簡單的水熱方法制備了單晶納米片組成的三維花狀釩青銅納米結(jié)構(gòu)。通過電平衡，Na+和NH4+插層形成形成(NH4)0.83Na0.43V4O10·0.26H2O結(jié)構(gòu)，延長水熱處理時間，可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的新晶相結(jié)構(gòu)(NH4)0.26Na0.14V2O5，形貌為單晶納米片組成的

7、花狀納米結(jié)構(gòu)。雙陽離子(鈉離子和銨根離子)是誘導(dǎo)形成新結(jié)晶結(jié)構(gòu)釩青銅的因素，而單一的鈉離子和銨根離子存在的條件下，可分別得到VO2和(NH4)2VRO20·3H2O。合成中加入Li+能夠形成同晶相結(jié)構(gòu)的(NH4)0.44Li0.01V2O5，加入K+可誘導(dǎo)形成類似晶相結(jié)構(gòu)的(NH4)0.17K0.47V2O5。
　　 分別以鋰、鈉、鉀銨釩青銅(NH4)0.26Na0.14V2O5，(NH4)0.83Na0.43V4O10·0.2

8、6H2O，(NH4)0.44Li0.01V2O5和(NH4)0.17K0.47V2O5.0作為鋰電池的正極材料，進行充放電性能測試。(NH4)0.26Na0.14V2O5在2.0～3.4V展現(xiàn)較高的放電比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，初始放電容量為196 mAhg－1。第30次的放電容量可達到200 mAhg－1。(NH4)0.83Na0.43V4O10·0.26H2O也展現(xiàn)良好的循環(huán)穩(wěn)定性。2.0～3.4 V條件下，初始放電容量達到165.