新型层状铋钒氧基化合物微纳结构的合成及其性能研究

摘要

本论文以层状铋钒氧基化合物的晶体结构分析为导向，利用合适的化学反应路线来可控合成新型层状铋钒氧基化合物的微纳结构，进一步考查所得到的微纳结构的光学，电学以及磁学性能，初步探讨了层状化合物的晶体结构与性能两者之间的构效关系。论文归纳如下:
　　论文首先从典型的具有层状结构的VO2·0.5H2O合成入手，提出一种简单温和的合成策略合成了VO2·0.5H2O微米结构。研究了其电学磁学性能，探讨了层状结构物质的结构对性质的影响。利用变温电导研究了体系电学特征，结果表明所合成出的VO2·0.5H2O具有半导体特性。从晶体结构角度分析了其半导体特征的内在原因，即其晶体结构中存在着恰好是V-V相互作用的临界值的Z型折线形钒链，链上钒原子的电子云能部分重叠。进一步研究了体系的M-T曲线，发现存在有个异常跃迁。通过居里-韦斯定律拟合，表明低温下相邻V离子之间存在强烈的反磁性作用。在此基础上，初步研究了其在水相锂电中的应用。实验结果证明，电池有着较高的首次放电比容量，电池的循环稳定性非常好。提出晶体结构中层内VO6八面体都是通过共边连接，层中没有孔道以及所合成产物高的结晶性具有较高的稳固性，使得电极材料能够保持较为稳定的电化学循环性能。
　　其次，论文选取了同为层状结构的非计量比铋氧基化合物Bi2O2.33为研究目标，进一步探讨层状结构物质的性质与结构之间的关系。首次通过化学方法制备了纯相Bi2O2.33纳米花。系统研究了纯相Bi2O2.33纳米花的合成条件，找出了纯相难以合成的原因，即必须严格控制体系的还原气氛。首次报道该种物质的室温铁磁性。提出室温铁磁性的起源于因电荷平衡而出现的Bi2+离子所含有单电子，而晶体结构中中存在Bi-Bi长链为未成对电子的耦合提供了可能，指出这种现象类似于稀磁半导体，认为所获得的具有室温铁磁性的层状非计量比化合物是一个新的稀磁半导体，有望在电磁学领域得到应用。
　　最后论文关注了层状化合物的新存在形式:原子级超薄二维纳米片。论文选取了具有典型的层状结构的三元化合物钒酸钙(CaV4O9)，在充分研究了其晶体结构的基础上选用合适剥离剂协助的超声剥离法来进行剥离研究。成功获得了原子级厚度的CaV4O9超薄纳米片，衍射及拉曼测试显示片层结构维持不变。进一步测定了剥离前后材料的光学性能的变化，并利用第一性原理计算解释了这一变化趋势。作为一个新的无机类石墨烯材料，CaV4O9原子级厚度超薄纳米片提供了一个研究二维材料所特有的电学，磁和光学性质的理想二维材料平台。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 层状钒、铋氧基化合物

1．2．1 层状钒氧基化合物

1．2．2 铋氧基层状化合物研究进展

1．3 层状钒氧基化合物作为水相锂离子电池电极材料

1．3．1 水相锂电的发展

1．3．2 层状钒氧基化合物在水相锂离子电池中应用

参考文献

第二章 层状水合钒氧化物合成及电、磁性质研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 合成过程

2．2．2 表征手段

2．2．3 理论计算

2．3 产物的表征

2．4 VO2·0．5H2O的可控合成

2．5 产物的半导体性能研究

2．6 产物的磁性能研究

2．7 产物的水溶液锂离子电池性能研究

2．8 本章小结

参考文献

第三章 层状非化学计量氧化铋(Bi2O2．33)半导体的合成及其性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 合成过程

3．2．2 表征手段

3．3 光催化性能的评估

3．4 结构和形貌表征

3．5 产物形成机理研究

3．5．1 体系pH值对产物纯度的影响

3．5．2 PVP对产物纯度的影响

3．5．3 体系反应时间对产物纯度的影响

3．6 磁学性能研究

3．7 半导体性能研究

3．7．1 半导体带隙

3．7．2 光催化性能

3．8 本章小结

参考文献

第四章 层状钒酸钙二维原子级厚度超薄纳米片的制备研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 块状CaV4O9纳米花的合成

4．2．2 剥离块状前驱体成类石墨烯材料

4．2．3 材料表征

4．2．4 理论计算

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢