發(fā)布時間：2020-12-11 23:57

　　新能源技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展是當今世界亟待解決的問題之一,而隨著研究的進一步深入,為鋰金屬電池電解質(zhì)開發(fā)具有良好電化學活性的新型無機納米填料顆粒成為了研究熱點。二氧化硅本身具有良好的物理化學性質(zhì),在電化學領(lǐng)域具有極高的研究價值。介孔二氧化硅微球不僅擁有二氧化硅本身無毒、無味和環(huán)境友好的性質(zhì),還具有較高的比表面積和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)。因此,為鋰金屬電池電解質(zhì)設(shè)計具有促進電化學性能的介孔二氧化硅填料成為了研究的新方向。本文將傳統(tǒng)的St?ber法進行進一步調(diào)整,得到了具有兩種不同結(jié)構(gòu)特征的二氧化硅納米顆粒,拓展了其在電化學領(lǐng)域的應(yīng)用,為電解質(zhì)填料結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步提供了設(shè)計意義。本文研究重點如下:1)通過調(diào)整St?ber法,加入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為模板劑,三乙醇胺(TEAH3)作為礦化劑,由正硅酸乙酯(TEOS)水解得到了復(fù)合微球,通過煅燒除去模板最終得到了楊梅狀結(jié)構(gòu)的Si O2微球。通過BET測試發(fā)現(xiàn)其具有超高的比表面積,在聚合物電解質(zhì)中作為填料使用時,有望促進鋰鹽的解離,從而提高鋰金屬電池的電化學性能。2)進一步調(diào)整Si O2的合成環(huán)境,大幅減少了礦化劑的使用和加入十二烷基磺酸鈉(SD... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

納米幾何結(jié)構(gòu)分類示意圖[2]

岣壞慕榭捉峁梗ㄈ縹扌蜃礎(chǔ)⒊娑醋礎(chǔ)⒘?切�、�?方形和層狀結(jié)構(gòu)等）和整體形貌（球體、中空球體、纖維和管狀等）。近年來，為了制備特定的MSNs，大量研究集中在表面活性劑與二氧化硅之間的相互作用上。結(jié)果表明，表面活性劑-二氧化硅納米復(fù)合材料是通過有機和無機組分的相互作用匹配而自發(fā)組裝的。材料的形態(tài)和尺寸取決于表面活性劑與二氧化硅自組裝的熱力學和溶膠-凝膠化學動力學（例如反應(yīng)溫度，水含量和反應(yīng)溶液的pH值）。通過控制自組裝和二氧化硅縮合速率，可以調(diào)整MSNs的尺寸，介孔結(jié)構(gòu)和形態(tài)。1.2.1.1電荷調(diào)節(jié)法圖1-2pH值對二氧化硅縮合速率，二氧化硅種類表面上的電荷性質(zhì)和電荷密度的影響[12]Figure1-2TheeffectofpHonthecondensationrateofsilica,thenatureofthechargeonthesurfaceofthesilicaspeciesandthechargedensity硅烷的水解速率和硅氧烷鍵的縮合速率都強烈依賴于二氧化硅的電荷狀態(tài)。而合成溶液的pH值是影響二氧化硅電荷種類的重要因素。硅烷中Si-OR鍵的水解可被酸和堿催化。在pH中性條件下其速率最低。pH值與電荷密度和硅烷縮合速率的關(guān)系如圖1-2所示[12]。在pH值低于二氧化硅的等電點（IEP=2.0）時，

合反應(yīng)如方程1-1：-Si-O-+HO-Si-→-Si-O-Si-+OH-（1-1）由于反應(yīng)的親核作用，縮合速率會隨著帶負電荷硅酸鹽的增加而增加，因此當pH<7.5時，縮合速率在圖1-2中表現(xiàn)出與電荷密度平行的趨勢。但是，由于硅酸鹽在較高pH值下逐漸不穩(wěn)定，縮合速率在pH值為7.5時達到最大值并在之后降低。在大多數(shù)MSNs的合成中，縮合反應(yīng)都是在pH>10.5的條件下進行的，此時的硅酸鹽已經(jīng)溶解在水溶液中。而當pH>12以后，由于硅酸鹽和陽離子表面活性劑之間的強相互作用，表面活性劑-硅酸鹽額復(fù)合物可以穩(wěn)定存在，而不是使溶解硅酸鹽（圖1-2）。圖1-3以陽離子表面活性劑為模板制備介孔二氧化硅納米粒子的快速自組裝方法[14]Figure1-3Arapidself-assemblymethodforpreparingmesoporoussilicananoparticlesusingcationicsurfactantsastemplates因此，Mann的研究小組[14]和Lin的研究小組[15]使用快速水解pH值的方法，使用預(yù)水解正硅酸四乙酯（TEOS）制備MSNs。例如，先將合成環(huán)境的pH值控制在二氧化硅等電點附近（2.0），緩慢的二氧化硅縮合速率以及硅酸鹽物質(zhì)與陽離子表面活性劑之間的弱相互作用為形成無沉淀的二氧化硅-表面活性劑核提供了有利的條件（圖1-3）。通過將pH值迅速提高到6.0-9.0，使二氧化硅與陽


本文編號：2911461