过渡金属硫、硒化物及其复合纳米材料的控制制备以及在电化学能源转化与储存领域的应用研究
发布时间：2020-12-18 05:33
因独特的电子结构和多型性特征,过渡金属硫、硒化合物及其复合材料富有多种功能和卓越前景,近年来广受关注。特别在能源转化与储存等研究和应用领域,如电催化水解产氢和产氧、超级电容器、锂离子和钠离子等多种离子电池等体系中,过渡金属硫、硒化合物及其复合材料有着巨大的发展潜力。其中,二元、三元过渡金属硫、硒化合物的组成和结构相对不太复杂,并且其电化学等相关性能极易因材料的组成、形态、微观结构、甚至电子结构等参数的改变而得到有效的调控和优化,这便极大地丰富了二元、三元过渡金属硫、硒化合物及其复合材料在能源转化与储存等领域的发展空间。本论文旨在通过胶态的热液注射等湿化学合成方法控制制备出多种结构新颖的二元、三元过渡金属硫、硒化合物及其复合纳米材料,研究其组成、结构、及构效关系,调控和优化所制备的过渡金属硫、硒化合物纳米材料的电化学反应活性,提高其在能源转化与储存中的理论和应用性能,进而挖掘和拓展材料的实际开发价值。本论文取得的主要研究进展如下:1.发展了一种具有异质结构特性的复合纳米材料的热溶注入合成方法,实现MoSe2/Bi2Se3复合纳米材料的控制制备。通过将拓扑绝缘体引入到电化学活性材料中,用以...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１水热和溶剂热合成路线示意图［２１］
?第一章二元、三元过渡金属硫、硒化物及其复合纳米材料的研究进展???議囊??ｔｅ論??麵■圓??图１．２通过水溶液（ａ，ｂ）以及乙醇水溶液（ｃ，ｄ）所制得的ＣｏＳ产物在低／高放大倍数下的??ＦＥＳＥＭ照片【２３】；ＣＬＥＴＭｏＳ２材料的ＳＥＭ?（ｅ）、ＳＴＥＭ?（ｆ）以及ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ与其相应元??素的?ＤＥＸ?Ｍａｐｐｉｎｇ?等照片（ｇ）?［２３］。??Ｚｈａｎｇ等人［２］成功制备了具三维放射状的Ｍ〇Ｓ２纳米微球，合成路径如图１．３ｈ??所示，即，将（ＮＨ４）６Ｍｏ７〇２４＊４Ｈ２０、ＮＨ２ＣＳＮＨ２和聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）溶解??在去离子水中形成均匀溶液，其中，（ＮＨ４）６Ｍｏ７０２４＊４Ｈ２０可分解为超薄ＭｏＯｘ纳??米片并与ＮＨ２ＣＳＮＨ２反应生成ＭｏＳ２纳米片。与此同时，由于少层ＭｏＳ２纳米片??具有较大的表面能，ＰＶＰ会紧密地吸附在其（００２）晶面上以防止纳米片堆叠聚??集。有趣的是，体系中的ＰＶＰ组份还能起到驱动二维纳米片组装成为三维纳米??微球的作用。经过上述水热反应后，该课题组如期得到了图１．３ａ－ｇ所表征物相和??形貌的ＭｏＳ２产物。特别地，纳米片延ｃ方向的厚度大约为３．９?ｎｍ，对应于５个??Ｓ－Ｍｏ－Ｓ纳米层，样品中，每个由纳米片按放射状组装成的单分散的三维ＭｏＳ２??纳米微球的直径约为２００?ｎｍ。??３??
?第一章二元、三元过渡金属硫、硒化物及其复合纳米材料的研究进展???擊■?ｉＵｉｒ??Ｉ?ｍｇｍｕｉ?鑛绝夂？弋？??ｋ一？?Ｃ＂：?？？？＊?Ｗ?ａ?Ｍｏ?＾?Ｓ?Ｍｔ＾”Ｍ〇ｓ＊ｋｍ＊???图１．３三维放射状ＭｏＳ２纳米微球的ＸＲＤ衍射花样（ａ）、低放大倍数ＦＥＳＥＭ照片（ｂ）??和ＴＥＭ照片（ｃ）、高放大倍数ＴＥＭ照片（ｄ），?（ｄ）图中区域１和２分别对应的ＨＲＴＥＭ照??片（ｅ，ｆ），从［１１０］和［００１］方向观察到的超薄ＭｏＳ２的结构模型（ｇ），三维放射状ＭｏＳ２纳米??微球的合成路径（ｈ）?Ｗ。??１．２．２溶剂热法??溶剂热制备法与水热制备法的操作手段相同，对于前驱源的选择也非常相??似，只不过溶剂热制备法中前驱源的反应介质常为高沸点有机溶剂而非水体系，??如，ＤＭＦ、吡啶和辛胺等（如图１．１所示）。具体地，将溶解在适当溶剂中前驱??源转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜后，于合适温度下反应数小时便可??得到目标纳米产物［２１］。??Ｙｕ等人［２５］的研宄表明，Ｎｉ－Ｃｏ基普鲁士蓝（Ｎｉ－Ｃｏ?ＰＢＡ）与硫代钼酸铵在??ＤＭＦ中经过溶剂热反应后，可得到形貌新颖的镍、钴掺杂的Ｍ〇Ｓ２纳米材料??（Ｎｉ－Ｃｏ－ＭｏＳ２），如图１．４?（左图）所示。通过ＦＥＳＥＭ表征可知，Ｙｕ等人制得??的Ｎｉ－Ｃｏ－ＭｏＳ２材料形貌均一，平均尺寸大约为４４０ｎｍ，其整个表面被超薄的纳??米片所覆盖。有趣的是，经产物的ＴＥＭ照片进一步确定，该Ｎｉ－Ｃｏ－ＭｏＳ２实则??为中空的纳米盒子结构，盒子壁厚度约为２０ｎｍ。为了深入研究Ｎｉ－Ｃｏ－ＭｏＳ２纳??米盒子的形成过程，Ｙｕ等人收集了处于不同时间间隔的
本文编号：2923449
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１水热和溶剂热合成路线示意图［２１］
?第一章二元、三元过渡金属硫、硒化物及其复合纳米材料的研究进展???議囊??ｔｅ論??麵■圓??图１．２通过水溶液（ａ，ｂ）以及乙醇水溶液（ｃ，ｄ）所制得的ＣｏＳ产物在低／高放大倍数下的??ＦＥＳＥＭ照片【２３】；ＣＬＥＴＭｏＳ２材料的ＳＥＭ?（ｅ）、ＳＴＥＭ?（ｆ）以及ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ与其相应元??素的?ＤＥＸ?Ｍａｐｐｉｎｇ?等照片（ｇ）?［２３］。??Ｚｈａｎｇ等人［２］成功制备了具三维放射状的Ｍ〇Ｓ２纳米微球，合成路径如图１．３ｈ??所示，即，将（ＮＨ４）６Ｍｏ７〇２４＊４Ｈ２０、ＮＨ２ＣＳＮＨ２和聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）溶解??在去离子水中形成均匀溶液，其中，（ＮＨ４）６Ｍｏ７０２４＊４Ｈ２０可分解为超薄ＭｏＯｘ纳??米片并与ＮＨ２ＣＳＮＨ２反应生成ＭｏＳ２纳米片。与此同时，由于少层ＭｏＳ２纳米片??具有较大的表面能，ＰＶＰ会紧密地吸附在其（００２）晶面上以防止纳米片堆叠聚??集。有趣的是，体系中的ＰＶＰ组份还能起到驱动二维纳米片组装成为三维纳米??微球的作用。经过上述水热反应后，该课题组如期得到了图１．３ａ－ｇ所表征物相和??形貌的ＭｏＳ２产物。特别地，纳米片延ｃ方向的厚度大约为３．９?ｎｍ，对应于５个??Ｓ－Ｍｏ－Ｓ纳米层，样品中，每个由纳米片按放射状组装成的单分散的三维ＭｏＳ２??纳米微球的直径约为２００?ｎｍ。??３??
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