新型晶态氧化锡纳米材料的制备、表征及在锂离子电池中的应用

摘要

氧化锡纳米材料由于其独特的结构特性，在气敏材料、高效锂离子二次电池负极材料、太阳能储存材料和选择性开环氧化催化剂中具有非常广泛的应用前景，吸引着众多研究者投身到这个领域中来。随着纳米材料的发展，目前的研究方向主要集中在新型结构的合成、功能化以及应用探索方面。在本论文中，开展了两部分的工作。一方面，可控合成了具有特殊几何形貌和晶体结构的新型晶态锡基氧化物纳米材料；另一方面，对所合成的材料性能进行了考察，研究了材料在锂离子电池方面的应用。　　以CTAB、柠檬酸三钠等不同的添加剂为结构导向剂发展了水相体系超声辅助化学沉淀法，制备了规整有序的晶态氧化亚锡纳米材料；实验表明不同的添加剂以不同的方式降低反应化学势，从而达到控制晶体生长历程并最终诱导其结构的作用。其中CTAB显示了优良的结构诱导作用，能够有效地抑制氧化亚锡晶体沿[001]方向生长，从而得到具有超大{001}晶面的两维纳米单晶薄片结构；并且随着CTAB加入量的增加{001}晶面相应增大，晶胞也随之膨胀。　　为了提高氧化亚锡晶体的结构稳定性，尝试了各种金属掺杂。大量实验发现，使用超声辅助化学沉淀法可以非常简单有效地将不同种类、浓度的杂原子引入氧化亚锡晶体晶格中。　　采用氧化亚锡和掺杂型氧化亚锡纳米薄片为原料，使用通空气焙烧的方法成功地制备了晶态二氧化锡纳米薄片材料。产物具有两维薄片形貌及超大{101}晶面结构，但由于焙烧过程中液态单质锡出现，造成了表面粗糙。对于掺杂型氧化亚锡，在焙烧过程中杂原子仍然保留在二氧化锡晶格中，没有相应的氧化物出现。　　作为锂离子电池负极材料，发现纳米薄片结构氧化亚锡的两维结构及晶格膨胀有利于锂离子的扩散和嵌入，使得氧化亚锡负极材料具有了接近理论值的超大首次可逆充放电容量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：论文中所涉及到的专业名词的缩写说明

第一章前言

第一节引言

第二节纳米材料的分类以及结构特性

第三节纳米材料的重要合成方法及进展

第四节氧化锡纳米材料的应用及制备

第五节论文选题

参考文献

第二章氧化亚锡单晶的可控合成

第一节引言

第二节超声辅助化学沉淀法制备氧化亚锡单晶

第三节不同结构诱导剂对晶体形貌的影响

第四节碱对反应速度及形貌的影响

第五节反应机理的推测

第六节本章小结

参考文献

第三章金属掺杂的氧化亚锡单晶合成

第一节引言

第二节第一过渡周期金属掺杂

第三节其他过渡周期金属掺杂

第四节其他元素掺杂

第五节掺杂浓度对晶体结构的影响

第六节本章小结

参考文献

第四章二氧化锡晶态纳米薄片的合成

第一节引言

第二节二氧化锡的合成

第三节二氧化锡的掺杂

第四节本章小结

参考文献

第五章锡基材料作为锂离子电池负极的应用

第一节引言

第二节氧化亚锡高容量锂离子电池负极材料的研究

第三节电极材料的晶体结构对于电化学性质的影响

第四节掺杂对于氧化亚锡作为电池负极材料的影响

第五节本章小结

参考文献

第六章总结与展望

附录：硕士期间发表和待发表的文章目录

致谢

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