锡基氧化物纳米材料的水热法合成及其气敏和电化学性能研究

论文摘要

锡基氧化物纳米材料在合成及应用方面具有独特的优势，这引起了人们的广泛关注，尤其是在气敏传感器、催化剂及锂离子电池等领域。本文中，我们以SnSO4和Na3C6H5O7·2H2O为反应前驱物，乙醇和水的混合液为溶剂，经过一个简单且无表面活性剂的水热过程，制备出了多级结构SnO2纳米材料。TEM和HRTEM图片显示，所得产物是由纳米粒子聚集而成的球状结构，具有尺寸均一（约50nm）、分散性良好等特性。通过对反应时间、反应温度、溶剂配比等影响因素的考察，我们发现Na3C6H5O7·2H2O的加入量及溶剂中乙醇和水的体积比对产物的形貌起着重要的作用。结合反应条件的考察结果及晶体生长的相关理论，我们提出了多级结构SnO2纳米材料的生长机理。而后，我们测试了相关材料的气敏性能，结果显示，400℃热处理后的材料对丁醇具有优异的响应特性，且其性能明显高于未进行热处理的及商业SnO2材料，这可能与其较大的比表面积及特殊的结构有关。以SnCl22H2O和六亚甲基四胺（hexamethylenetetramine, HMT）为反应物，水热法合成出了SnO纳米片。TEM图片表明所得产物为SnO超薄纳米片。随后，我们对所合成的材料制作成锂离子电池并进行了测试，结果显示材料具有优异的电化学性能，20个循环后其比容量仍高达559mAh·g-1，这高于文献报道的数值。结合Li+的嵌入和脱出机理，我们得出其电化学性能较好的原因可能与其特殊的超薄片层结构有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水热法
• 1.2.1 水热法概述
• 1.2.2 水热条件下晶体生长过程
• 1.2.3 水热法的优点和局限性
• 1.3 气敏传感器
• 1.3.1 电阻型气敏传感器的原理
• 1.3.2 气敏传感器的发展历程
• 1.3.3 材料气敏性能的影响因素
• 2气敏材料的改性'>1.3.4 SnO₂气敏材料的改性
• 1.4 锂离子电池负极材料
• 1.4.1 锂离子电池概述
• 1.4.2 锂离子电池的工作原理
• 1.4.3 锂离子电池负极材料的分类
• 1.4.3.1 碳材料
• 1.4.3.2 锂金属氮化物
• 1.4.3.3 合金材料
• 1.4.3.4 硅基材料
• 1.4.3.5 锡基材料
• 1.4.4 SnO 负极材料的研究进展
• 1.5 选题背景及研究内容
• 1.5.1 选题背景
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验材料与仪器
• 2.1 材料合成原料及设备
• 2.2 材料表征方法及仪器
• 2.2.1 物相分析
• 2.2.2 表面形貌、微观结构观察及元素分析
• 2.2.3 热重分析
• 2.2.4 粒径统计
• 2.2.5 比表面积和结构参数测定
• 2.2.6 红外、紫外吸收光谱和拉曼散射光谱
• 2的气敏性能测试'>2.3 SnO₂的气敏性能测试
• 2.3.1 气敏性能测试的原理
• 2.3.2 气敏测试元件的制备
• 2.3.3 气敏性能测试
• 2.4 SnO 的电化学性能测试
• 2.4.1 电极的制备
• 2.4.2 测试电池的组装
• 2.4.3 电化学性能测试
• 2纳米材料的合成、表征与气敏性能'>第三章 多级结构 SnO₂纳米材料的合成、表征与气敏性能
• 3.1 引言
• 3.2 以 SnSO4为锡源制备 SnO2
• 3.3 典型实验所合成 SnO2的表征
• 3.3.1 XRD 表征
• 3.3.2 SEM、TEM 表征和粒度分布
• 3.3.3 热重分析
• 3.3.4 焙烧后样品的形貌表征和 EDS 分析
• 3.3.5 焙烧后样品的 BET、UV-vis、FT-IR 和 Raman 测试
• 3.3.6 对比样品的表征
• 3.4 合成影响因素的考察和机理探索
• 3.4.1 反应时间
• 3C₆H₅O₇·2H₂O 的用量'>3.4.2 Na₃C₆H₅O₇·2H₂O 的用量
• 3.4.3 乙醇和水的配比
• 3.4.4 反应温度
• 2纳米材料的生长机理'>3.4.5 多级结构 SnO₂纳米材料的生长机理
• 2的气敏性能'>3.5 SnO₂的气敏性能
• 3.5.1 最佳工作温度的测定
• 3.5.2 不同浓度气体的灵敏度测试
• 3.5.3 稳定性测试
• 3.5.4 气体选择性测试
• 3.5.5 气敏机理探索
• 3.6 本章小结
• 第四章 SnO 超薄纳米片的制备及其电化学性能研究
• 4.1 引言
• 2·2H₂O 为锡源制备 SnO'>4.2 以 SnCl₂·2H₂O 为锡源制备 SnO
• 4.3 SnO 的表征
• 4.3.1 XRD 表征
• 4.3.2 形貌表征和 EDS 分析
• 4.3.3 热重分析
• 4.3.4 BET 和红外表征
• 4.4 SnO 的电化学性能测试
• 4.4.1 循环伏安和恒电流充放电测试
• 4.4.2 循环性能测试
• 4.4.3 电化学机理探索
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与研究展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间公开发表的学术论文及申请的专利
• 致谢