【摘要】：銻化物納米材料因其獨特的物理、化學性質引起研究者普遍關注,被廣泛應用于多種領域,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中并不適用。溶劑熱反應能夠通過高壓反應釜構建出良好的高壓高溫的環(huán)境,利用這種方式進行制備,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行改進,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。具體研究內容如下: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、時間等反應因素,直接制備了銻納米顆粒、納米片、納米管等低維納米結構的納米材料。在合成中,反應溫度是調節(jié)銻單質形貌的重要因素,而反應時間的調節(jié)起到的效果與改變反應溫度的作用類似。實驗結果表明,在140℃至160℃溫度范圍內,所得銻單質的形貌主要為20-30nm尺寸的納米顆粒;在160℃至180℃溫度范圍內,形貌主要為納米片結構;而在約180℃至200℃溫度范圍內,形貌主要為50nm的直徑和約350nm的長度的銻納米管。其中,XRD測試表明產物為具有較高結晶質量的菱方相,TEM及SEAD表明其為多晶結構,生長方向為(102),EDX和XPS表明產物主要為Sb單質構成,具有較高的純度。通過對其形成機理分析,表明產物的結構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。在以上基礎之上,使用乙二胺為溶液,一步合成了結晶度較高的六方相ZnSb納米材料。成功合成棒狀,以及花狀的ZnSb低維納米結構。實驗結果表明,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,通過EDS和XRD測試表明,產物的純度、結晶性較高,其形貌為納米棒結構。SEM中觀察到納米棒的直徑約為180nm,長度1.4μm,XPS表明產物為Zn和Sb構成。在對ZnSb納米棒生長的進一步研究中,通過改變溶液中乙二胺與水的混合比例來調控ZnSb納米材料的形貌和結構,隨著混合比例從0.5:1上升至1:1,結晶性升高,進一步生長為納米花瓣結構,而較高的乙二胺濃度會抑制晶體生長以及破壞結構。通過對ZnSb的形成機制進行分析分析,表明其結構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到478.5mAh g~(-1),證明具有良好的導電性能。
【圖文】：

圖 1.1 V 族 Sb 晶體結構示意圖米材料的結構與基本性質 60 年代，就開始對 ZnSb 材料進行研究，因其突出的熱究比較集中。ZnSb 是一種金屬合金型半導體納米材料，始研究這種材料的晶體結構[20]，屬于斜方晶系結構、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構最為穩(wěn)定結構的 ZnSb，其結構可看作是變形導關系中，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

39 個 Zn2+提供這些電子以達到價平衡。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，在電化學領域中，銻基合高的比容量、在合適的工作電壓區(qū)間內具備較好的循環(huán)穩(wěn)定性，，他與合金型材料類似，即通過合金中的銻/鋅與鋰進行可逆反應生成鋰，并具備較好的電化學性能。如 2013 年，Xu 等人采用化學氣相沉晶結構的 Zn4Sb3納米線、納米管和納米棒結構，所得到的 Zn4Sb3納維電輸運性質，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域中具備較高的研究價值。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

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本文編號：2617974