硫化銦納米薄片及其復(fù)合納米材料的合成、表征和性能研究.pdf

1、本論文是基于低溫常壓條件下大批量合成納米結(jié)構(gòu)材料，并研究納米材料用作鋰離子電池負(fù)極和光催化時(shí)的性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和研究，成功地合成了六方結(jié)構(gòu)的硫化銦納米片、石墨烯基的硫化銦復(fù)合材料（RGO-In2S3）以及銀-硫化銦異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料(Ag@In2S3)，并研究了這三種納米材料分別用作鋰離子電池負(fù)極時(shí)的鋰離子的存儲(chǔ)性能。另外，研究了六方的硫化銦片在可見(jiàn)光作用下降解有機(jī)染料的能力。本論文的主要結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱方法成功

2、地合成了一種比表面積大的六方相的硫化銦納米片。通過(guò)透射電鏡和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)硫化銦納米片是自由堆積在一起，通過(guò)高分辨透射電鏡測(cè)得硫化銦納米片的厚度約為5nm。另外，實(shí)驗(yàn)研究表明反應(yīng)溶劑及表面活性劑的改變對(duì)硫化銦納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)有著重要的影響。不使用表面活性劑十二烷基溴化銨(CTAB)，或者用十二烷基磺酸鈉(SDBS)作表面活性劑，都無(wú)法合成均勻的六方相硫化銦納米片，得到的是立方相的硫化銦。當(dāng)用乙醇作部分溶劑參與反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物是花狀的六

3、方相硫化銦。最后，研究了六方硫化銦納米片作鋰離子電池負(fù)極時(shí)的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)以700mA/g的電流密度充放電時(shí)，40個(gè)循環(huán)后，比容量仍高達(dá)450mAh/g。硫化銦的內(nèi)在層狀結(jié)構(gòu)、大的比表面積及片片間自由堆積是硫化銦納米片電極比容量高的原因。
　　(2)制備得到的六方相硫化銦納米片具有優(yōu)異的光催化性能。當(dāng)把六方相硫化銦納米片粉末用于在可見(jiàn)光作用下降解亞甲基藍(lán)有機(jī)染料水溶液時(shí)，15mg的In2S3粉末，能在120min內(nèi)降解將近

4、95％的亞甲基藍(lán)溶液，然而，同樣的條件下由六方相納米片組成的花狀團(tuán)簇硫化銦只能降解60％左右。比表面積的差異導(dǎo)致了硫化銦納米片和硫化銦花狀團(tuán)簇降解效率的不同。
　　(3)通過(guò)一步法成功地合成了石墨烯與硫化銦片片結(jié)合的復(fù)合材料。通過(guò)掃描電鏡、透射電鏡以及元素分布觀察，表明硫化銦納米片均勻分散在還原石墨烯片上。拉曼光譜和X光電子能譜測(cè)試表明氧化石墨已被還原成石墨烯，這是由于硫代乙酰胺的還原的結(jié)果。硫化銦內(nèi)在的層狀結(jié)構(gòu)、大的比表面積及復(fù)

5、合物電極材料優(yōu)異的導(dǎo)電性大大的改善了硫化銦用作鋰離子電池負(fù)極時(shí)的行為:在100mA/g電流密度下充放電時(shí)，100個(gè)循環(huán)之后，鋰離子比容量仍能保持1000mAh/g左右，庫(kù)倫效率超過(guò)99％。當(dāng)以500mA/g充放電時(shí)，比容量保持的非常穩(wěn)定且循環(huán)能力強(qiáng)。另外，合成石墨稀基硫化銦復(fù)合材料的方法非常簡(jiǎn)單并易推廣到其他的石墨稀基的硫化物電極材料的合成，如石墨烯基的硫化銅、硫化鉬和硫化亞鐵等。
　　(4)成功地合成了一種銀-硫化銦異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料

6、。通過(guò)掃描電鏡和透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)奇特:由納米線和納米片組成，而且納米片共軸生長(zhǎng)在銀納米線上。通過(guò)XRD物相分析發(fā)現(xiàn)這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)是由立方相的銀和六方相的硫化銦組成。最后，我們研究了把這種一維線狀的銀-硫化銦結(jié)構(gòu)材料用于鋰離子電池負(fù)極，發(fā)現(xiàn):硫化銦納米片和銀-硫化銦結(jié)構(gòu)材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制相同，說(shuō)明金屬銀不參與與鋰離子的電化學(xué)反應(yīng);當(dāng)以700mA/g的電流密度充放電時(shí)，100個(gè)循環(huán)之后，復(fù)合電極材料的比容量相比于硫化銦納米片有明顯的