【摘要】：銻化物納米材料因其獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)引起研究者普遍關(guān)注,被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,如紅外探測器、熱電材料、鋰離子電池等。目前制備方法效率低下且成本較高,在高性能銻化物的生產(chǎn)中并不適用。溶劑熱反應(yīng)能夠通過高壓反應(yīng)釜構(gòu)建出良好的高壓高溫的環(huán)境,利用這種方式進(jìn)行制備,能夠防止出現(xiàn)團聚現(xiàn)象,制造出純度較高、分散均勻的納米材料。本次論文選擇使用溶劑熱法來實現(xiàn)銻單質(zhì)以及銻化鋅等納米材料的有效合成,提出了在同還原劑下一元銻化物至二元銻化物制備的有效策略。在實驗過程中對制備工藝進(jìn)行改進(jìn),對其物性展開研究,為銻化物納米材料的制備提供了有益的理論和實踐指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容如下:1.Sb納米管的可控生長及生長機理研究。使用溶劑熱法,通過控制溫度、時間等反應(yīng)因素,直接制備了銻納米顆粒、納米片、納米管等低維納米結(jié)構(gòu)的納米材料。在合成中,反應(yīng)溫度是調(diào)節(jié)銻單質(zhì)形貌的重要因素,而反應(yīng)時間的調(diào)節(jié)起到的效果與改變反應(yīng)溫度的作用類似。實驗結(jié)果表明,在140℃至160℃溫度范圍內(nèi),所得銻單質(zhì)的形貌主要為20-30nm尺寸的納米顆粒;在160℃至180℃溫度范圍內(nèi),形貌主要為納米片結(jié)構(gòu);而在約180℃至200℃溫度范圍內(nèi),形貌主要為50nm的直徑和約350nm的長度的銻納米管。其中,XRD測試表明產(chǎn)物為具有較高結(jié)晶質(zhì)量的菱方相,TEM及SEAD表明其為多晶結(jié)構(gòu),生長方向為(102),EDX和XPS表明產(chǎn)物主要為Sb單質(zhì)構(gòu)成,具有較高的純度。通過對其形成機理分析,表明產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化主要受溫度影響下卷曲所致。2.ZnSb納米材料的形貌可控生長及生長機理研究。在以上基礎(chǔ)之上,使用乙二胺為溶液,一步合成了結(jié)晶度較高的六方相ZnSb納米材料。成功合成棒狀,以及花狀的ZnSb低維納米結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明,ZnSb納米顆粒在140℃的低溫下即可合成。在160℃至180℃的溫度區(qū)間內(nèi),通過EDS和XRD測試表明,產(chǎn)物的純度、結(jié)晶性較高,其形貌為納米棒結(jié)構(gòu)。SEM中觀察到納米棒的直徑約為180nm,長度1.4μm,XPS表明產(chǎn)物為Zn和Sb構(gòu)成。在對ZnSb納米棒生長的進(jìn)一步研究中,通過改變?nèi)芤褐幸叶放c水的混合比例來調(diào)控ZnSb納米材料的形貌和結(jié)構(gòu),隨著混合比例從0.5:1上升至1:1,結(jié)晶性升高,進(jìn)一步生長為納米花瓣結(jié)構(gòu),而較高的乙二胺濃度會抑制晶體生長以及破壞結(jié)構(gòu)。通過對ZnSb的形成機制進(jìn)行分析分析,表明其結(jié)構(gòu)變化為乙二胺分子的模板機制所致。通過將ZnSb納米棒作為鋰離子電池陽極測試其電化學(xué)性能,表現(xiàn)出較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。200次循環(huán)后該納米棒的可逆儲鋰容量達(dá)到478.5mAh g~(-1),證明具有良好的導(dǎo)電性能。
【圖文】：

圖 1.1 V 族 Sb 晶體結(jié)構(gòu)示意圖米材料的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì) 60 年代，就開始對 ZnSb 材料進(jìn)行研究，因其突出的熱究比較集中。ZnSb 是一種金屬合金型半導(dǎo)體納米材料，始研究這種材料的晶體結(jié)構(gòu)[20]，屬于斜方晶系結(jié)構(gòu)、Pbc胞參數(shù)為 a=6.202 、b=7.742 、c=8.100 ，且具有褶皺的型材料結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的 ZnSb，其結(jié)構(gòu)可看作是變形導(dǎo)關(guān)系中，原子在 Zn2Sb2的平面菱形環(huán)中組合在一起。如鍵被分為三類：鍵 i-vi 是用于建立四面體的共價鍵；鍵 ix1-6用于連接 Zn2Sb2環(huán)的二聚體。Sb-Zn-Sb 的鍵角為 1角度，因此，ZnSb 在一定程度上滿足四面體規(guī)則。ZnSb體中的 sp3雜化軌道所致，其通常代表半導(dǎo)體鍵[21]，因此體[22.23]。同類型材料的 Zn4Sb3也是另一種銻化鋅較為穩(wěn)定穩(wěn)定的結(jié)

39 個 Zn2+提供這些電子以達(dá)到價平衡。Zn 只有 36 個可能的位置，少有 3 個間隙 Zn 原子用于價平衡。此外，在電化學(xué)領(lǐng)域中，銻基合高的比容量、在合適的工作電壓區(qū)間內(nèi)具備較好的循環(huán)穩(wěn)定性，，他與合金型材料類似，即通過合金中的銻/鋅與鋰進(jìn)行可逆反應(yīng)生成鋰，并具備較好的電化學(xué)性能。如 2013 年，Xu 等人采用化學(xué)氣相沉晶結(jié)構(gòu)的 Zn4Sb3納米線、納米管和納米棒結(jié)構(gòu)，所得到的 Zn4Sb3納維電輸運性質(zhì)，同時具備良好的陽極儲鋰性能和循環(huán)穩(wěn)定性。其中具備較高的 1160 mAh g 1初始放電容量，在 100 次循環(huán)中，納米管為 450 mAh g 1，與第 10 個循環(huán)相比，容量保持率接近 100%。因米材料在未來的實際能源領(lǐng)域中具備較高的研究價值。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2617974