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二氧化钒纳米材料的制备及电化学性能研究

作　者: 蒋雯陶
导　师: 朱自强；郁可
学　校: 华东师范大学
专　业: 物理电子学
关键词: 二氧化钒水热法电化学性质锂电池相变
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在本文中,我们对VO2(B)纳米材料的形貌结构的控制合成及其电化学性质进行了研究和分析。采用水热法法制备了多种的VO2(B)纳米结构,用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征了生成的VO2(B)纳米材料的形貌和结构。在此基础上,比较分析了不同结构的VO2(B)纳米材料的电化学性能,同时通过把VO2(B)纳米材料变相而制成VO2(R/M),并对它的相变温度、电化学性能进行研究和分析。主要内容及创新点如下：1.在无催化剂的条件下,用水热法,制备不同形貌的VO2(B)纳米材料。通过一系列的实验,我们研究了制备条件的改变对VO2(B)纳米材料的形貌的影响,以五氧化二钒和草酸为原材料,制成杨桃状VO2(B)纳米材料：以偏钒酸铵和草酸为原材料,通过控制反应条件,调节草酸浓度,反应时间等条件,制成VO2(B)纳米棒、VO2(B)纳米花以及片状VO2(B)纳米材料。2.对制得的VO2(B)纳米棒、VO2(B)纳米花以及片状VO2(B)纳米材料三种纳米材料进行电化学性能的测试,电压的范围为0.4-1.4V,电流密度为10mA/g,通过对比性实验,测试了放电性能,纳米花结构的VO2(B)表现出最大的放电容量,并且容量保持性能也最好；为了进一步研究VO2(B)的电化学性质,测试了以上三种形貌的VO2(B)的循环伏安特性,扫描速度为100mV/s,结果表明纳米花和纳米棒的VO2(B)电极比片状结构VO2(B)电极有很好的容量保持性,在经过30个周期的充放电后,氧化还原峰的峰值几乎维持在初始值；对这三种样品采用不同的电位扫描速率测量循环伏安特性,扫描速率分别为5,10,50,150,200和300 mVs-1,来评估它们的扩散系数。结果显示,VO2(B)纳米花的扩散系数DLi是纳米棒结构VO2(B)的2.9倍,是片状结构的VO2(B)的9倍,是最具潜力的锂电池电极材料。3.把V02(B)纳米花在氩气保护下高温处理,不改变纳米材料的形貌而相变生成VO2(R/M)纳米花。通过测试VO2(R/M)纳米花的DSC曲线,来确定VO2(R/M)纳米花的相变温度,测得的VO2 (R/M)纳米花的相变温度为70℃,比粉末状的VO2 (R/M)相变温度稍微高一些,这可能是由于纳米结构的尺寸效应导致的。我们还测试了VO2 (R/M)纳米花的放电性质和循环伏安特性,实验结果表明,VO2 (R/M)的放电性能和循环伏安性能都很不理想,不适合作为锂电池的电极材料。

全文目录

论文摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 引言  13-14
  1.2 二氧化钒的主要性质及应用  14-16
    1.2.1 二氧化钒的主要性质  14-15
    1.2.2 VO_2的应用  15-16
  1.3 VO_2的研究进展  16-18
  1.4 本论文的工作  18-19
  参考文献  19-21
第二章实验方法与原理  21-26
  2.1 引言  21
  2.2 水热法  21-22
  2.3 纳米材料样品表征测试原理  22-25
    2.3.1 X射线衍射(XRD)  22-23
    2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)  23
    2.3.3 透射电子显微镜(TEM)  23-24
    2.3.4 电化学分析法  24-25
      2.3.4.1 恒电流充放电测试  24
      2.3.4.2 循环伏安测试  24-25
  参考文献  25-26
第三章 VO_2(B)纳米材料的制备与表征  26-37
  3.1 引言  26-27
  3.2 杨桃状VO_2(B)纳米材料  27-29
    3.2.1 实验过程  27
    3.2.2 实验结果和讨论  27-29
  3.3 VO_2(B)纳米花  29-33
    3.3.1 实验过程  29-30
    3.3.2 实验结果和讨论  30-33
  3.4 其他形貌VO_2(B)纳米材料  33-35
    3.4.1 VO_2(B)纳米棒  33-34
    3.4.2 片状VO_2(B)纳米结构  34-35
  3.5 本章小结  35-36
  参考文献  36-37
第四章 VO_2(B)的电化学性质  37-47
  4.1 引言  37-38
  4.2 实验过程  38-39
    4.2.1 实验装置与测试设备  38
    4.2.2 实验步骤  38-39
  4.3 实验结果和讨论  39-45
    4.3.1 VO_2(B)纳米材料的放电性质  39-41
    4.3.2 VO_2(B)纳米材料的循环伏安特性  41-45
  4.4 本章小结  45-46
  参考文献  46-47
第五章 VO_2(R)的相变性质及电化学性质  47-57
  5.1 引言  47-48
  5.2 实验设备及测试方法  48-50
    5.2.1. 气相输运沉积系统  48-49
    5.2.2 DSC曲线测试  49
    5.2.3 VO_2(R/M)纳米材料的电化学测试  49-50
  5.3 实验结果和讨论  50-55
  5.4 本章小结  55-56
  参考文献  56-57
第六章总结与展望  57-59
致谢  59-60
攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利  60

二氧化钒纳米材料的制备及电化学性能研究

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