釩酸鹽納米功能材料的軟化學(xué)制備及性能研究.pdf

1、本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)釩工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合釩酸鹽化合物材料的性能極易受到不同的制備方法、制備條件、以及材料的結(jié)晶程度，微觀結(jié)構(gòu)和形貌的影響等問題，為了推動(dòng)具有自主創(chuàng)新的、高科技含量的釩酸鹽產(chǎn)品的應(yīng)用與發(fā)展，本文旨在探求應(yīng)用低能耗、環(huán)境友好的軟化學(xué)法，設(shè)計(jì)合理的路線，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制備高質(zhì)量的釩酸鹽納米材料，研究其光、電性能，開發(fā)新的應(yīng)用性能及領(lǐng)域。取得了一定的工作進(jìn)展，歸納起來可以概括為以下四部分： 1.設(shè)計(jì)了水熱前驅(qū)體-低溫煅燒制

2、備LiV3O8材料的合成新路線，成功制備出均勻納米棒狀的LiV3O8活性材料。考察了水熱過程中礦化劑、水熱處理溫度、反應(yīng)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)鋰釩氧前驅(qū)體的影響，得到了結(jié)構(gòu)疏松、高活性、均勻的鋰釩氧前驅(qū)體。在低溫煅燒后獲得了均勻納米棒狀的LiV3O8材料。并闡明了煅燒溫度所得產(chǎn)物L(fēng)iV3O8納米棒尺寸和結(jié)晶性的影響。 產(chǎn)物電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明該路線制備的LiV3O8活性材料具有用其他方法制備的LiV3O8所無法比擬的性能優(yōu)勢(shì)，首次放

3、電比容量高達(dá)302mAh/g，放電平臺(tái)平直，循環(huán)性能優(yōu)良。并闡述了電化學(xué)性能隨產(chǎn)物尺寸和結(jié)晶性的變化規(guī)律。 2.鑒于γ-LiV2O5中V元素兩種價(jià)態(tài)共存造成的制備困難的問題，設(shè)計(jì)了采用溫和、簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的溶劑熱還原路線，一步直接成功獲得納米棒狀γ-LiV2O5材料。選用廉價(jià)、無毒的弱還原劑乙醇作為溶劑，在溶劑熱處理過程中，既充當(dāng)溶劑的作用，也起到還原劑的作用。由于乙醇的弱還原性，該反應(yīng)過程受反應(yīng)時(shí)間的控制，隨著反應(yīng)時(shí)間的逐漸延

4、長(zhǎng)，V元素的價(jià)態(tài)由高價(jià)逐漸被還原成低價(jià)。選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)時(shí)間，獲得了純相的、結(jié)晶良好的γ-LiV2O5納米棒。此外，研究了產(chǎn)物的晶粒尺寸隨反應(yīng)溫度的變化規(guī)律。 產(chǎn)物電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明晶粒尺寸較小的納米棒狀的γ-LiV2O5具有更好的電化學(xué)性能。與LiV3O8相比，盡管LiV3O8的放電比容量高，且放電平臺(tái)好；γ-LiV2O5的優(yōu)勢(shì)在于，在高電壓3.5V附近還有一個(gè)可以利用的放電平臺(tái)，而且本論文所設(shè)計(jì)的溶劑熱還原路線溫和、簡(jiǎn)單、

5、環(huán)境友好、易于控制和操作。因此綜合考慮材料的制備工藝及操作過程的控制程度等多方面因素，γ-LiV2O5比LiV3O8更具有實(shí)際應(yīng)用的潛力。 3.采用水熱法成功制備出形貌可控的YVO4粉體材料，在不同極性的溶劑調(diào)控作用下，得到了不同形貌、尺寸的產(chǎn)物。采用微波輻照法，在很寬的pH值范圍內(nèi)，快速制備的平均粒徑為5～18nm的YVO4和YVO4：Eu納米粉。利用微波快速、均勻體加熱的基本原理，控制溶液快速、一次成核，在不添加任何溶劑調(diào)制

6、的情況下，得到了最小平均粒徑為5nm的納米粉。 光催化降解有機(jī)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種大比表面積、小尺寸的納米粉具有良好的光催化性能，具備光催化劑的應(yīng)用要求。這是首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)YVO4納米粉具有光催化性能，開拓了YVO4材料的新應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，YVO4：Eu納米粉具有優(yōu)異的熒光發(fā)射特性。這對(duì)開發(fā)YVO4材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有積極的推動(dòng)作用。 4.根據(jù)材料實(shí)際應(yīng)用的要求，為了適應(yīng)當(dāng)今材料技術(shù)向微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)，材料薄膜化是材料

7、走向應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。發(fā)展了微波輔助化學(xué)浴沉積技術(shù)，并應(yīng)用該技術(shù)成功制備出YVO4和YVO4：Eu薄膜，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)化學(xué)浴條件下難以制備的YVO4薄膜在液相中的沉積?？疾炝烁鞣N實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，利用微波選擇性加熱的特點(diǎn)，改進(jìn)襯底放置方式，獲得了表面光滑平整致密、結(jié)晶性良好、具有擇優(yōu)取向的、高質(zhì)量的YVO4和YVO4：Eu薄膜。闡述了CBD過程中薄膜生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過程以及從液相形成固相的熱力學(xué)過程，提出了促進(jìn)薄膜優(yōu)先生長(zhǎng)的要素。所制