功能纳米材料的控制合成及能源领域相关性质的研究

论文摘要

本论文工作以尝试性解决能源领域的关键问题为出发点,以控制合成功能性纳米材料和构建具有功能优势的纳米结构为目标,通过对反应物和目标产物的结构分析,探索利用简单的前驱物分子以及产物结构自范性来合成具有特定形貌的特定纳米材料。本论文主要内容归纳如下:1.作者以具有高效光解水制氢能力的CuInS2催化剂为目标产物,设计并实现了以原位生成的二元硫化物CuS纳米晶为自牺牲模板,一步大量合成CuInS2多级结构的新合成方法。结合所得到的CuInS2产物具有粒径分布均匀、样品分散性好、晶化度和物相纯度高、比表面积大以及光学带隙增加的优点,测试了其可见光解水制氢的性能。2.作者以具有光致、电致变色特性的MoO3材料为目标产物,利用简单的前驱物分子,通过其本身选择性的缩合过程,首次成功制备出新颖的亚稳六方相MoO3纳米带材料,并且探究了小分子前驱物和矿化剂的相互作用对最终MoO3成相因素的影响。对比六方亚稳相和正交稳定相MoO3晶体结构,我们通过理论计算分析和实验测试首次证明了六方相MoO3更为突出的光致、电致变色性能,具有高着色对比度和快速响应的机敏特性。3.作者发展了一种通过简单的制备方法,将具有电学储能活性的一维氧化钼纳米结构生长在导电的金属集流器上,实现了氧化钼纳米阵列作为一体化电极应用于超级电容器的设计。在仔细研究了不同氧化钼晶体结构的基础上,选用合适的钼氧前驱物,通过溶胶-凝胶法及水热/溶剂热的过程,制备出了整齐致密的MoO3和MoO2纳米棒阵列结构,并研究了与金属集流器之间的电学接触。更重要的是,通过对其储电性能的测量和分析,我们发现直接生长于金属集流器上的纳米阵列具有良好的比电容和循环稳定性,有利于超级电容器储能方面的应用。4.作者以复合超级电容器活性材料为出发点,实现了一种用于合成多种金属氧化物/导电聚合物复合纳米材料的,新颖且普适的合成方法,研究了前驱物分子在氧化物形成、聚合物单体氧化聚合、以及聚合物与氧化物插层结构同步合成过程中的作用,以及对产物形貌的影响。电化学测试和分析的结果表明,所获得的MoO3/聚苯胺活性材料拥有良好的超级电容器储能特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 功能性无机纳米材料的合成与纳米结构的构建研究进展简介
• 1.2.1 利用前驱物分子控制合成纳米材料物相及形貌
• 1.2.2 模板法构建纳米结构
• 1.3 纳米材料在能源领域的应用
• 1.3.1 光催化分解水制氢
• 1.3.2 节能智能窗材料
• 1.3.3 超级电容器（电化学电容器）
• 1.4 纳米结构在能源领域的优势
• 1.4.1 低维纳米结构
• 1.4.2 纳米组装多级结构
• 1.4.3 纳米阵列结构
• 1.4.4 纳米复合结构
• 1.5 本论文的选题背景和研究内容
• 参考文献
• 2多级结构及其可见光催化分解水制氢的研究'>第二章 自牺牲模板法制备单分散CuInS₂多级结构及其可见光催化分解水制氢的研究
• 2.1 合成背景和合成思路的提出
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 制备方法
• 2.2.2 表征手段
• 2.3 分析与讨论
• 2.3.1 产物的表征
• 2.3.2 形成机理的研究
• 2 多级结构的光学吸收性能与光催化分解水制氢性能的测试'>2.4 CuInS₂多级结构的光学吸收性能与光催化分解水制氢性能的测试
• 2.4.1 UV-vis 漫反射谱
• 2.4.2 光催化分解水制氢性能的测试
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 纳米带及其光致、电致变色性能的研究'>第三章 前驱物控制合成亚稳六方相 Mo03_纳米带及其光致、电致变色性能的研究
• 3.1 合成背景和合成思路的提出
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 制备方法
• 3.2.2 表征手段
• 3.2.3 光致变色、电致变色性能测试手段
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 产物的表征
• 3.3.2 形成机理的研究
• 3 纳米带的光学吸收性能与光致变色性能的测试'>3.4 亚稳六方相Mo0₃纳米带的光学吸收性能与光致变色性能的测试
• 3纳米带电致变色性能的测试'>3.5 亚稳六方相Mo0₃纳米带电致变色性能的测试
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 3、Mo0₂纳米棒阵列及其超级电容器应 用的研究'>第四章 金属基底上生长 Mo0₃、Mo0₂纳米棒阵列及其超级电容器应 用的研究
• 4.1 引言
• 4.2 合成背景和合成思路的提出
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 制备方法
• 4.3.2 表征手段
• 4.3.3 电化学电容器性能测试
• 4.4 分析与讨论
• 4.4.1 产物的表征
• 4.4.2 形成机理的研究
• 4.5 氧化钼纳米阵列电极的超级电容器性能
• 4.6 氧化钼阵列的电学传输性能
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 3/聚苯胺纳米复合材料及其超级电容器应用的研究'>第五章 前驱物辅助的原位插层反应制备 MoO₃/聚苯胺纳米复合材料及其超级电容器应用的研究
• 5.1 合成背景和合成思路的提出
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 制备方法
• 5.2.2 表征手段
• 5.3 分析与讨论
• 5.3.1 产物的表征
• 3/聚苯胺纳米杂合物的聚合机制'>5.3.2 Mo0₃/聚苯胺纳米杂合物的聚合机制
• 5.3.3 以过氧前驱体合成金属氧化物与导电高分子复合机构的研究
• 3/聚苯胺纳米复合结构电学性能的测定'>5.4 Mo0₃/聚苯胺纳米复合结构电学性能的测定
• 3/聚苯胺纳米复合结构超级电容器性能的测定'>5.5 Mo0₃/聚苯胺纳米复合结构超级电容器性能的测定
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文与取得的研究成果
• 致谢