具有多级孔道结构的纳米氧化锌片的制备及其性能研究

摘要

氧化锌是一种直接带隙的半导体多功能材料，室温下禁带宽度为3.37eV，并且具有高达60meV的激子束缚能，其纳米材料表现出独特的物理化学性质。
　　与一般材料相比，多孔材料具有一定的优势。一般来说，具有比表面积高、比强度高、相对密度低、重量轻、渗透性好、隔热隔音等优点，并且可以在一定程度上避免反应局限于材料的表层。此外，材料的渗透性也将发生改变，反应物分子除了能与材料的外表面作用外，还可通过多孔结构自由地扩散到材料的内部与其内表面发生反应，以增强其反应活性。片状结构状的形貌使材料更易应用，它们具有更好的结晶性能。更优异的性能和特殊结构的多孔材料的研究以及多孔材料尺寸结构的调节都有很现实的实际应用意义和研究价值。
　　本文采用了微乳液法与光聚合诱导自组装法相结合的方法制备了具有多级孔道结构的ZnO纳米片。首先利用微乳液法制备出纳米尺度的氢氧化锌粒子，然后利用氢氧化锌纳米粒子和光敏性有机单体之间的协同作用，利用紫外光照诱导单体聚合。合成出氢氧化锌/聚合物复合材料，最后通过热处理除去聚合物组分得到具有多级孔道结构、结晶性良好的氧化锌纳米片。结果证明了该片状结构是由粒径较均一的氧化锌纳米粒子组装而成，孔道结构丰富，研究了其形成机理。通过对反应参数进行调变，发实现了具有多级孔道结构的氧化锌纳米粒子的尺寸有效的调控。最后将该粉体材料应用于锂离子电池结构的负极材料中，并对其充放电特性以及循环特性进行了测试和分析，该锂离子电池初始放电比容量较高，循环性能较好。
　　本文中合成具有多级孔道结构的氧化锌纳米粒子的工艺方法简便高效、操作快捷、重复性好、成本低、无污染、产物结构易于调控，且兼具氧化锌材料的纳米晶粒和多孔材料的特征，常温下其化学稳定性突出，有望应用于气体敏感材料、光催化等领域。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 ZnO材料的基本结构

1．2．2 纳米ZnO材料的性能

1．2．3 纳米ZnO材料的合成途径

1．2．4 多孔ZnO材料的制备及性能

1．2．5 ZnO材料的应用

1．3 选题目的及意义

1．4 本论文的主要工作

第2章 具有多级孔道结构的ZnO纳米片的制备与表征

2．1 具有多级孔道结构的ZnO纳米片的合成

2．2 化学试剂及实验仪器

2．2．1 化学试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 测试与表征

2．3．1 扫描电镜分析

2．3．2 透射电镜分析

2．3．3 X射线衍射分析

2．3．4 比表面积分析

2．3．5 热重-差示分析

2．3．6 傅里叶变换红外光谱分析

2．3．7 荧光光谱分析

2．3．8 紫外-可见光吸收光谱分析

2．3．9 锂离子电池性能分析

2．4 实验过程

2．4．1 具有多级孔道结构ZnO纳米片的制备

2．4．2 锂离子电池的制备及组装

2．5 结果与讨论

2．5．1 具有多级孔道结构ZnO纳米片的表征

2．5．2 具有多级孔道结构ZnO纳米片的形成机理的研究与探讨

2．5．3 具有多级孔道结构ZnO纳米片的光学性能

2．5．4 锂离子电池的电化学性能

2．6 本章小结

第3章 具有多级孔道结构的ZnO纳米片的结构调控及性能表征

3．1 引言

3．2 具有多级孔道结构的ZnO纳米片的结构调控及其对锂电池性能的影响

3．2．1 调变热处理体系

3．2．2 调变光聚合反应体系

3．2．3 调变微乳液体系

3．3 本章小结

第4章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢