钼氮化物限域生长及电化学储锂性能研究
发布时间：2021-03-06 01:14
钼氮化物是一种氮在紧密填充的金属结构中占据间隙位置的化合物。钼氮化物具有较高的理论比容量,但它们的实测容量远远低于各自的理论比容量。因此,如何充分利用钼氮化钼较高的理论比容量成为了当前的研究热点。研究表明:石墨烯片层堆积形成的层间纳米空间及石墨烯交联网络形成的纳米空间可以作为限域生长的模板以制备纳米材料。本研究采用不同的制备方法及与石墨烯复合制备了一系列钼氮化物电极材料,研究了其电化学性能及储锂机制。具体研究内容及结果如下:通过直流磁控溅射法制备了Mo2N薄膜电极。通过调节Ar与N2的比例（3:1、4:1、5:1）,得到了不同形貌的薄膜电极（分别命名为Mo2N-3、Mo2N-4、Mo2N-5）。XRD结果显示所制备的Mo2N薄膜电极均具有面心立方结构。当气体比例为4:1时,制备的Mo2N薄膜电极厚度约为1.5μm,并且具有平均柱宽约为2-5 nm的纳米柱阵列结构。该结构赋予了Mo2N-4较好的储锂性能。通过程序控...
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
材料所受压力与自由能的关系
郑州轻工业大学工程硕士学位论文6图1-3盐模板法制备的2DMoN的合成原理及SEM图[13]Figure1-3SchematicofsynthesisandSEMimageof2DMoNpreparedbysalttemplatemethod[13].1.3.3程序升温还原法钼氮化物作为性能优良的电极材料和催化材料要有较高的比表面积，而传统的制备方法并不能使其具有较高的比表面积，从而限制了它在众多领域的应用。程序升温法是制备高比表面积材料的有效方法之一，该反应的关键因素是保证反应按照“局部规整反应”进行。通常，程序升温法的氮化气体多采用NH3，然而，氨分解是吸热过程，在升温过程中，氨分解不仅使反应床层产生含量梯度，还存在着温度梯度[14]，这严重的破坏了反应局部规整性，降低了氮化物的比表面积。有相关研究表明，使用H2和N2的混合气作为反应气体可以有效降低温度梯度并且不会对最终产物有影响[15]。Gong等人[16]以MoO3为钼源及H2/N2混合气为反应气体制备出了β-Mo2N。其中温度经过三个阶段：首先，从室温经过30min快速升温至573K，其次以0.6Kmin-1的升温速率从573K升温至773K，最终以2Kmin-1的升温速率升温至923K恒温2h，在其降温过程中降至室温后用含有1%O2的O2/N2混合气钝化2h,最终制备出了β-Mo2N。此外，有研究者以钼酸铵和六次甲基四胺生成的络合物为前驱体制备钼氮化物，该制备方法引起了众多学者的关注。Afanasiev[17]首次利用钼酸铵（(NH4)Mo7O244H2O）与六次甲基四胺（C6H12N4,简称：HMT）形成的络合物(HMT)2(NH4)Mo7O244H2O制备出了γ-Mo2N。将制备的络合物(HMT)2(NH4)Mo7O244H2O置于Ar氛围中分别在550℃、650℃、800℃煅烧2h，分别得到三种样品I-550、I-650、I-800，反应方程式如（1）所示。XRD测试结果表明：I-550样品完全是非晶态的，I-650和I-800是面心立方Mo2N。利用钼酸铵与六次甲基?
郑州轻工业大学工程硕士学位论文8射技术在单晶硅上制备了晶态的δ-MoN并研究了其超导特性。测试结果表明：在室温下溅射的MoN是非晶态的，当溅射温度增加至600℃和700℃时，薄膜表面变得光滑且转变成了具有纳米晶粒大小的多晶结构。其中薄膜的超导临界温度Tc受薄膜厚度的影响较大：薄膜厚度d>100nm时，Tc>10K，当d=170nm时，Tc=11.2K，接近报道的大部分MoN样品的超导临界温度13K。图1-4MoNx薄膜的SEM图：(a)-(f)不同沉积温度(RT-600℃,x=0.35,t=1h)下的表面形貌图；(g)-(h)室温和400℃(x=0.35,t=1h)下的薄膜的截面图；(d)图嵌入图是对应400℃薄膜的高分辨图，表明了典型的针刺状形貌[19]。Fig1-4SEMimagesofMoNxfilms：(a)-(f)top-viewimagesdepositedatdifferentdepositiontemperature(RT-600℃,x=0.35,t=1h),respectively;(g)-(h)typicalcross-sectionaldepositedatRTand400℃(x=0.35,t=1h),respectively.Theinsetin(d)isthecorrespondinghigherresolutionof400℃film,representingatypicalspinoustopsmorphology[19].1.3.5其他方法除了上述制备方法外，化学气相沉积（CVD）法、化学刻蚀法、溶胶-凝胶法、微波合成法等也常用于钼氮化物的制备。1.4钼氮化物的电化学储锂性能研究现状锂离子电池由于具有高能量密大度、重量轻、记忆效应低等特点已得到了市场的大力推广。相关数据表明：2012-2015年增速均超过50%，2018年中国锂离子电池市场产量同比增长26.71%，达102.00Gwh，预计2020年，中国锂离子电池市场产量将达205.33
本文编号：3066182
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
材料所受压力与自由能的关系
郑州轻工业大学工程硕士学位论文6图1-3盐模板法制备的2DMoN的合成原理及SEM图[13]Figure1-3SchematicofsynthesisandSEMimageof2DMoNpreparedbysalttemplatemethod[13].1.3.3程序升温还原法钼氮化物作为性能优良的电极材料和催化材料要有较高的比表面积，而传统的制备方法并不能使其具有较高的比表面积，从而限制了它在众多领域的应用。程序升温法是制备高比表面积材料的有效方法之一，该反应的关键因素是保证反应按照“局部规整反应”进行。通常，程序升温法的氮化气体多采用NH3，然而，氨分解是吸热过程，在升温过程中，氨分解不仅使反应床层产生含量梯度，还存在着温度梯度[14]，这严重的破坏了反应局部规整性，降低了氮化物的比表面积。有相关研究表明，使用H2和N2的混合气作为反应气体可以有效降低温度梯度并且不会对最终产物有影响[15]。Gong等人[16]以MoO3为钼源及H2/N2混合气为反应气体制备出了β-Mo2N。其中温度经过三个阶段：首先，从室温经过30min快速升温至573K，其次以0.6Kmin-1的升温速率从573K升温至773K，最终以2Kmin-1的升温速率升温至923K恒温2h，在其降温过程中降至室温后用含有1%O2的O2/N2混合气钝化2h,最终制备出了β-Mo2N。此外，有研究者以钼酸铵和六次甲基四胺生成的络合物为前驱体制备钼氮化物，该制备方法引起了众多学者的关注。Afanasiev[17]首次利用钼酸铵（(NH4)Mo7O244H2O）与六次甲基四胺（C6H12N4,简称：HMT）形成的络合物(HMT)2(NH4)Mo7O244H2O制备出了γ-Mo2N。将制备的络合物(HMT)2(NH4)Mo7O244H2O置于Ar氛围中分别在550℃、650℃、800℃煅烧2h，分别得到三种样品I-550、I-650、I-800，反应方程式如（1）所示。XRD测试结果表明：I-550样品完全是非晶态的，I-650和I-800是面心立方Mo2N。利用钼酸铵与六次甲基?
郑州轻工业大学工程硕士学位论文8射技术在单晶硅上制备了晶态的δ-MoN并研究了其超导特性。测试结果表明：在室温下溅射的MoN是非晶态的，当溅射温度增加至600℃和700℃时，薄膜表面变得光滑且转变成了具有纳米晶粒大小的多晶结构。其中薄膜的超导临界温度Tc受薄膜厚度的影响较大：薄膜厚度d>100nm时，Tc>10K，当d=170nm时，Tc=11.2K，接近报道的大部分MoN样品的超导临界温度13K。图1-4MoNx薄膜的SEM图：(a)-(f)不同沉积温度(RT-600℃,x=0.35,t=1h)下的表面形貌图；(g)-(h)室温和400℃(x=0.35,t=1h)下的薄膜的截面图；(d)图嵌入图是对应400℃薄膜的高分辨图，表明了典型的针刺状形貌[19]。Fig1-4SEMimagesofMoNxfilms：(a)-(f)top-viewimagesdepositedatdifferentdepositiontemperature(RT-600℃,x=0.35,t=1h),respectively;(g)-(h)typicalcross-sectionaldepositedatRTand400℃(x=0.35,t=1h),respectively.Theinsetin(d)isthecorrespondinghigherresolutionof400℃film,representingatypicalspinoustopsmorphology[19].1.3.5其他方法除了上述制备方法外，化学气相沉积（CVD）法、化学刻蚀法、溶胶-凝胶法、微波合成法等也常用于钼氮化物的制备。1.4钼氮化物的电化学储锂性能研究现状锂离子电池由于具有高能量密大度、重量轻、记忆效应低等特点已得到了市场的大力推广。相关数据表明：2012-2015年增速均超过50%，2018年中国锂离子电池市场产量同比增长26.71%，达102.00Gwh，预计2020年，中国锂离子电池市场产量将达205.33
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