本文選題：一維 + 二維　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：本論文旨在通過對化合物晶體結(jié)構(gòu)的分析,設(shè)計和發(fā)展合適的反應(yīng)路線實現(xiàn)對低維功能納米材料的可控合成,并結(jié)合物質(zhì)本征的性能,將其應(yīng)用于各種電化學(xué)領(lǐng)域。對低維功能納米材料的形貌,結(jié)構(gòu)與性能之間的相關(guān)性進行初步探討。本論文主要包括以下幾方面的內(nèi)容： 1.作者通過將靜電紡絲法和煅燒技術(shù)結(jié)合,首次制備出多級結(jié)構(gòu)LiV3O8納米纖維,它是由暴露大量{100}晶面的LiV3O8納米片相互交叉而成的。在整個合成過程中,聚乙烯醇(PVA)起到了雙重作用：一是在靜電紡絲過程中為纖維的形成提供模板；二是有效防止LiV3O8納米顆粒的團聚,使其根據(jù)自身晶體自范性生長最終形成暴露{100}晶面的納米片。另外,煅燒時間也嚴重影響著多級LiV3O8納米纖維的形成。相比文獻之前的報道,我們制備的這種暴露單一晶面的多級結(jié)構(gòu)LiV3O8內(nèi)米纖維組成的水溶液鋰離子電池,表現(xiàn)出更高的放電比容量和更好的循環(huán)穩(wěn)定性。因此,這種多級結(jié)構(gòu)的LiV3O8納米纖維將在水溶液鋰離子電池領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。這是我們首次將靜電紡絲技術(shù)拓展到水溶液鋰離子電池電極材料的合成領(lǐng)域。此外,我們制備的這種納米纖維具有特殊的亞顯微結(jié)構(gòu),可能在傳感器,催化以及能源存儲等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。 2.作者首次通過機械剝離層狀有機-無機雜化中間體,得到厚度僅為1.4nm的大面積WO3·2H2O超薄納米片。與相應(yīng)的塊材相比,WO3·2H2O超薄納米片具有良好的可柔性,更高的Li+擴散系數(shù),且與基底接觸更加緊密。得到的超薄納米片成功地組裝成柔性電致變色器件,表現(xiàn)出大的透過率差(ΔT=48%)、快速的著色/褪色響應(yīng)速率(tc,90%=5.1s,tb,90%=9.7s)、較高的著色效率(120.9cm2C-1)、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及很好的可柔性。其綜合的電致變色性能要優(yōu)于塊材WO3·2H2O組成的電致變色器件和之前文獻中報道的其它柔性電致變色器件的性能。這可以歸因于WO3·2H2O超薄納米片獨特的原子結(jié)構(gòu)和形貌特征.我們還通過第一性原理計算深入研究了WO3·2H2O的電致變色機理。結(jié)果表明,隨著Li+的插入,WO3·2H2O經(jīng)歷著從半導(dǎo)體到金屬的轉(zhuǎn)變,這也正是電致變色的原因。且WO3·2H2O超薄納米片能夠有效促進半導(dǎo)體與金屬之間的轉(zhuǎn)變,從而提高著色/褪色響應(yīng)速率,尤其對著色過程影響顯著。本工作為二維超薄納米片用于制備高性能柔性電致變色器件提供大量有用信息,促進了柔性便攜式電子器件的發(fā)展。 3.作者通過簡單的液相剝離法合成了厚度僅為2-3nm的WO3·H2O超薄納米片,并首次將其組裝成Cu/WO3·H2O超薄納米片ITO-PET柔性非易失性阻變存儲器件(ITO-PET：表面涂有氧化銦錫(ITO)的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))。該器件表現(xiàn)出低的開關(guān)電壓(+1.0V/-1.14V)、大的高低阻值比(105)、優(yōu)異的數(shù)據(jù)保持性(105s)、耐疲勞特性(5000次)以及良好的可柔性。通過正電子壽命譜的研究表明,合成的W03-H20超薄納米片中存在大量的V””[OWOH2]空位簇。根據(jù)理論分析和實驗數(shù)據(jù),作者提出了金屬Cu2+和V''''[OWOH2]空位簇共同作用的新型阻變存儲機理。這一工作不僅對柔性非易失性阻變存儲器件的發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義,而且有助于深入理解阻變存儲器的存儲機理。 4.作者將液相剝離法和煅燒法結(jié)合首次制備出厚度大約為4nm的WO3多孔納米薄片。為了實驗對比,作者還合成了4nm厚的WO3無孔納米薄片和無孔厚片,并分析了三者的物相和形貌。作者研究了由(010)取向的單斜相WO3·2H20超薄納米片轉(zhuǎn)化成(001)取向的單斜相WO3納米薄片的晶體結(jié)構(gòu)衍化過程。作者將合成的WO3多孔納米薄片,無孔納米薄片和無孔厚片分別在導(dǎo)電玻璃上制備成薄膜,作為光電極測試其光電催化性能。結(jié)果表明,由WO3多孔納米薄片組成的薄膜具有更高的光電流密度,更小的界面電荷轉(zhuǎn)移電阻以及良好的穩(wěn)定性,這是其二維形貌和多孔結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果。這種具備優(yōu)異性能的WO3多孔納米薄片將可能成為一種理想的光電催化材料。
[Abstract]:The purpose of this thesis is to design and develop a suitable reaction route for the controllable synthesis of low dimensional functional nanomaterials by analyzing the crystal structure of the compounds, and applying them to various electrochemical fields. The correlation between the morphology, structure and properties of low dimensional functional nanomaterials is preliminarily discussed. This paper mainly includes the following aspects:
1. by combining the electrospinning and calcining technology, the multistage structure LiV3O8 nanofibers were prepared for the first time. It was made of LiV3O8 nanoscale which exposed a large number of {100} surfaces. In the whole process, polyvinyl alcohol (PVA) played a double role: one was to provide a template for the formation of fiber during the electrostatic spinning process. The two is to effectively prevent the agglomeration of LiV3O8 nanoparticles and make the nanoscale nanofibers exposed to the {100} surface according to their self crystal self growth. In addition, the calcination time seriously affects the formation of multistage LiV3O8 nanofibers. Compared with the previous reports, we prepared the multistage structure of LiV3O8 nanofiber that exposes the single crystal surface. The lithium ion battery consisting of aqueous solution shows a higher discharge ratio and better cycling stability. Therefore, this multi-stage structure of LiV3O8 nanofibers will have a good application prospect in the field of lithium ion batteries in aqueous solution. This is the first time that we have extended the electrospinning technology to the synthesis of lithium ion battery electrode materials in aqueous solution. In addition, the nanofibers we have prepared have special submicrostructures and potential applications in the fields of sensor, catalysis, and energy storage.
2. for the first time, a large area WO3. 2H2O thin nanoscale with a thickness of only 1.4nm was obtained by mechanical stripping of layered organic-inorganic hybrid intermediates. Compared with the corresponding bulk, WO3. 2H2O ultra-thin nanoscale has a good flexibility, higher Li+ diffusion coefficient and closer contact with the substrate. The ultra-thin nanoscale obtained is successfully assembled. Flexible electrochromic devices show large transmittance (delta T=48%), rapid coloring / fading response rate (TC, 90%=5.1s, TB, 90%=9.7s), high coloring efficiency (120.9cm2C-1), good cyclic stability and good flexibility. Its comprehensive electrochromic performance is superior to the electrochromic device composed of bulk WO3 2H2O and the previous article. The performance of other flexible electrochromic devices reported in the presentation. This can be attributed to the unique atomic structure and morphology characteristics of WO3. 2H2O ultra-thin nanoscale. We also studied the electrochromic mechanism of WO3 2H2O by the first principle. The result shows that, with the insertion of Li+, WO3 2H2O has undergone a transition from semiconductor to metal. This is also the cause of electrochromism. And the WO3. 2H2O ultra-thin nanoscale can effectively promote the transition between semiconductors and metals, thus improving the response rate of coloring / fading, especially in the color process. This work provides a large amount of useful information for the preparation of high performance flexible electrochromic devices. The development of flexible portable electronic devices.
3. WO3 / H2O thin nanoscale with a thickness of only 2-3nm was synthesized by simple liquid phase stripping method, and it was first assembled into Cu/WO3 H2O ultra-thin nanoscale ITO-PET flexible nonvolatile memory device (ITO-PET: polyglycol terephthalate (PET) coated with indium tin oxide (ITO)). The device showed low switching power. Pressure (+1.0V/-1.14V), high and low resistance ratio (105), excellent data retention (105s), fatigue resistance (5000 times) and good flexibility. A large number of V "[OWOH2]" space clusters exist in the synthesized W03-H20 ultra-thin nanoscale by the study of positron lifetime spectra. Based on theoretical analysis and experimental data, the author proposed a metal Cu2+. This work is not only useful for the development of the flexible and nonvolatile memory devices, but also helps to understand the storage mechanism of the resistive memory.
4. the author combines the liquid phase stripping method and the calcining method for the first time to prepare the WO3 porous nanoscale thin slices with a thickness of about 4nm. For the experimental comparison, the author also synthesizes the 4nm thick WO3 non porous nanoscale thin slices and the pore free thick slices, and analyses the phase and morphology of the three ones. The author studies the transformation of the monoclinic WO3. 2H20 ultra-thin nanoscale by (010) orientation to (00). 1) the crystal structure evolution process of the monoclinic WO3 Nanothin films. The author prepared the WO3 porous nanoscale thin slices, the pore free nanoscale thin slices and the non pore thick slices on the conductive glass respectively. The photoelectrochemical performance was tested as a photoelectrode. The results show that the thin films composed of WO3 multi pore nanometers have higher photocurrent density. Degree, smaller interface charge transfer resistance and good stability are the result of the joint action of two-dimensional morphology and porous structure. The WO3 porous nanoscale with excellent properties will be an ideal photoelectrochemical material.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O646;TM912

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本文編號：2016659