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新型LiMPO4（M=Fe，Mn）和SnO2纳米材料的合成与性能研究

作　者: 于娟娟
导　师: 胡军成
学　校: 中南民族大学
专　业: 物理化学
关键词: 功能纳米材料 锂离子电池 正极材料 磷酸铁/锰锂 光催化剂 氧化锡
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


纳米材料是具有多种优异性能的特殊材料，在医药和生物工程、工业催化、新能源材料、国防科技等方面具有广阔的应用前景。本论文主要根据作者的实验结果和结合国内外的有关研究工作，对纳米功能材料在锂离子电池正极材料和半导体光催化剂等方面的应用进行初步的讨论，并对纳米功能材料的未来发展方向进行了展望。主要围绕以下两个方面展开：（一）新能源材料—锂离子电池的正极材料LiFePO4，通过改变反应条件对LiFePO4纳米材料的尺寸和形貌进行调控，从而提高电化学性能。（二）绿色技术—半导体光催化剂SnO2，通过调节前驱体溶液的酸碱度，可以控制产物形貌。本论文研究工作主要分为以下四章：第一章，我们综述了国内外关于功能纳米材料的研究进展。详细介绍了锂离子电池的工作原理及提高电极材料性能的各种有效途径；简单总结了绿色光催化技术的作用机理和半导体光催化剂的研究现状。第二章，采用新颖的超临界甲醇法一步合成了纺锤状的LiFePO4/C纳米复合材料。运用XRD、TEM、HRTEM、XPS、TG等手段对材料进行了表征。其中，颗粒的尺寸、形貌和电化学性能随着前驱体锂源的浓度和碳含量的变化而变化。初步探讨了纺锤状LiFePO4/C复合材料形貌的演变过程。葡萄糖不仅能促进生成纯相LiFePO4，而且以无定形碳层的形式覆盖在LiFePO4的表面。同时，电极材料显示了良好的电化学性能，电流密度为0.2C，电压2.0-4.5V时，首次放电容量达到135mAh·g-1。第三章，采用新颖的水-油-水三相水热法成功合成了SnO2纳米晶体，运用XRD、TEM、HRTEM和DRS等手段系统表征了合成颗粒。结果表明:通过调节NaCl浓度可有效控制SnO2纳米颗粒的尺寸，在NaCl浓度为1.13mol/L时SnO2纳米颗粒的晶粒尺寸约6nm。其他合成条件不变，调节前驱体溶液的酸碱度，可以控制产物形貌。当溶液为碱性时，我们得到了SnO2纳米棒。SnO2纳米晶体的形成过程在本章做了简要的讨论。将合成材料与合成条件中控制因素相联系，优化合成路径，得到了理想的光催化材料。该催化材料在模拟太阳光下降解罗丹明B表现出优异的光催化性能，10min内RhB降为无色。第四章，总结了本论文研究的主要结果，并在此研究的基础上提出了功能纳米材料未来的发展方向。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章 绪论  11-22
  1.1 纳米功能材料应用进展  11
  1.2 新能源材料与锂离子电池  11-19
    1.2.1 锂离子电池的基本结构及工作原理  12-13
    1.2.2 磷酸铁锂（LiFePO_4）充放电机理与模型  13-15
    1.2.3 锂离子电池正极材料面临的问题及解决方法  15-18
    1.2.4 磷酸锰锂( LiMnPO_4)研究现状  18-19
  1.3 绿色技术与光催化反应  19-21
    1.3.1 半导体光催化剂作用机理  20
    1.3.2 光催化剂氧化锡（SnO_2）概述  20-21
  1.4 本论文研究意义及内容  21-22
第2章 正极材料 LiMPO_4(M=Fe，Mn)合成与改性研究  22-45
  2.1 前言  22-23
    2.1.1 研究背景  22
    2.1.2 正极材料 LiMPO_4（M=Fe，Mn）研究现状  22-23
  2.2 本章研究主要内容  23-24
  2.3 实验部分  24-27
    2.3.1 试剂及仪器  24-25
    2.3.2 材料的制备  25-26
    2.3.3 材料的表征  26
    2.3.4 电池的组装及电化学性能测试  26-27
  2.4 结果与讨论  27-43
    2.4.1 纺锤型 LiFePO_4/C 合成及电化学性能研究  27-39
    2.4.2 正极材料 LiMnPO_4纳米片的合成及改性研究  39-43
  2.5 结论  43-45
第3章 形貌和尺寸可控的 SnO_2纳米晶体合成和高效光催化性能研究  45-62
  3.1 引言  45-46
    3.1.1 研究背景  45
    3.1.2 氧化锡材料制备及应用研究  45-46
  3.2 本章研究主要内容  46
  3.3 实验部分  46-49
    3.3.1 试剂与仪器  46-47
    3.3.2 SnO_2纳米材料的制备  47-49
    3.3.3 样品的表征  49
    3.3.4 光催化降解实验  49
  3.4 结果与讨论  49-60
    3.4.1 不同 NaCl 浓度对 SnO_2纳米颗粒尺寸影响研究  49-54
    3.4.2 不同酸、碱浓度对 SnO_2光催化剂形貌及性能影响研究  54-60
  3.5 结论  60-62
第4章 结论与展望  62-65
参考文献  65-76
致谢  76-77
附录 1 攻读硕士期间学术成果  77-78
附录 2 攻读硕士期间所获奖励  78

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