无机功能微纳米材料的液相合成、生长机理与性能研究

• 作 者: 汪德伟
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 无机功能微纳米材料 液相合成 生长机理 晶体结构 自牺牲模板

本论文通过设计合理的化学反应和控制实验参数制备出形貌可控的FeS2晶体，α-Fe2O3和Co3O4多孔纳米结构以及α-Fe2O3-Graphene复合结构，初步建立起了材料的合成、结构、性质之间的有机联系。　　
主要研究内容包括:　　
1.采用乙二醇溶剂热法，以硫粉为硫源在不同的包覆剂(capping agent)存在下实现FeS2单晶体的形貌控制。研究发现特殊的晶体结构、包覆剂分子和NaOH的浓度是控制产物形貌的重要参数。研究表明{111}和{100}结晶面的能量差异以及包覆剂分子对结晶面的稳定作用可以实现FeS2立方体和八面体形貌的选择合成。　　
2.在乙二醇/N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂热条件下制备出高度均匀的球状FeS2结构，该球状结构是由无数纳米片紧密堆积而成的。通过充分研究了产物的形貌和物相随反应时间的演变过程，捕获到了一种片状形貌的铁醇盐前躯体。二维纳米片形貌很可能是由于醇盐前躯体作为自牺牲模板经过原位的离子交换过程而形成的。　　
3.通过二种聚合物分子(PVP、PVA)对晶体形貌的调控作用在水热条件下制备出完美的FeS2立方体和八面体单晶结构。充分研究了产物的形貌和物相随反应参数变化的演化过程，发现两种聚合物分子之间的协同作用是控制形貌的关键因素。　　
4.通过在有机溶剂的调控作用下进行共沉淀反应制备出形貌可控的CoC2O4·2H2O微纳米结构。仅通过对有机溶剂种类和加料顺序的改变就可实现对其形貌的调控。通过简单热转变过程形成Co3O4多孔纳米结构而且在转变过程中CoC2O4·2H2O前躯体的形貌特征能得到很好的保持，这些多孔纳米结构作为电化学电容器电极材料呈现出优良的超电容性能。　　
5.通过有机溶剂辅助水相共沉淀反应实现FeC2O4·2H2O微纳米结构的可控合成。经过低温的热氧化过程制备出α-Fe2O3多孔纳米结构，这些多孔结构具有很大的比表面积和孔体积。电化学性质表明新颖形貌的多层纳米片结构表现出最优化的电化学性能。通过对α-Fe2O3晶体结构分析，发现{100}和{001}结晶面最外层的孔道结构可以为离子嵌入脱出提供反应通道。　　
6.以简单的水热法制备出Fe2O3-Graphene纳米复合结构，该结构整合了α-Fe2O3和石墨烯的固有特性，因此由于二者之间的协同作用使得该复合材料能表现出比单一材料更佳的电化学性能，其比电容、大电流充放电特性以及循环稳定性都得到相应的提升。