六方相氧化铁二维纳米多孔片的合成及组装

Anode materials of lithium ion battery is one of the important factors to improve the the capacity and cycle life of the battery.The two-dimensional sheets or hollow materials (in 2D )can shorten the lithium ion migration distance, in which the migration of the lithium ion is more smooth and more ideal.The hematite (α - Fe2O3) is a typicaltransition metal oxide. When it is used as anode material for lithium ion battery, the lithium ion battery will have the advantages of high reversible capacity and good cycling. .This project aims to establish assemblies of 3-dimensional stucture ofα-Fe2O3 Nanosheets to provide certain theoretical basis for the development of the lithium-ion battery industry. First, researches on surface reconstruction phenomenon for the common surface of α-Fe2O3 In different solvent were realized by quantum chemical calculation method. According to the calculated resullts, we optimize the solvents and hydrothermal conditions, and synthesize the monodispersed porous α-Fe2O3 nanosheets using the solvothermal method.Then the assembly of the nanosheets is achieved by appropriate surfactants to construct the channel of Lithium ion.

锂离子电池的负极材料是改善电池能量及循环寿命的重要因素之一。六方相三氧化二铁（α-Fe2O3）是典型的过渡金属氧化物，作为锂离子电池负极材料时，可使锂离子电池具有可逆容量高、循环性好等优点。具有二维结构的片状材料或空心材料（近二维），可以缩短锂离子迁移的距离，使锂离子的移动更为通畅，电池性能更为理想。但单纯的二维片状材料由于分散不均，难以建立适合锂离子迁移的通道。本项目拟采用量子化学计算的方法对α- Fe2O3常见表面在不同溶剂下的表面重构现象进行研究，合成单分散的多孔片状α- Fe2O3纳米材料；再利用适当的表面活性剂使片状α- Fe2O3组装成有序的三维层状结构，建立确定的锂离子通道，从而提高锂离子电池的比容量以及循环性能，为国内锂离子电池产业的发展提供一定的理论基础。

Fe2O3纳米材料是作为锂离子电池负极材料的具有发展潜力的材料之一。氧化铁材料本身的氧化还原特性，使其具有稳定的充放电平台以及较高的理论储锂容量。因此合成具有二维结构的α-Fe2O3纳米材料，尤其是合成显露面与锂离子迁移通道垂直的纳米片，对提高锂离子电池性能（储锂容量、循环性能以及高倍率性能）有重要意义。本项目首先通过计算机模拟计算的方式对结构进行辅助设计。发现醇体系对α-Fe2O3（0001）面的表面能降低有明显作用，即醇体系α-Fe2O3<0001>方向的生长有明显的抑制作用。随后采用水热（溶剂热）合成以及水热/灼烧相结合的方法制备α-Fe2O3多孔纳米材料。（1）在一步法水热合成中，通过控制原料的种类和浓度、水热条件、以及溶剂的种类和浓度来定向地合成了一系列单分散的、具有二维结构特征的α-Fe2O3纳米片。考察各因素对合成以及性能的影响。发现含水体系不能抑制α-Fe2O3<0001>方向的生长，易生长成α-Fe2O3纳米颗粒；而乙醇体系能很好地抑制α-Fe2O3<0001>方向的生长，易生长成α-Fe2O3二维纳米片，这与理论模拟的结论一致。（2）在水热/灼烧相结合的方法制备α-Fe2O3多孔纳米材料过程中，采用乙二醇体系成功地制备了具有二维结构特征的多孔α-Fe2O3纳米片，当乙二醇浓度增大时，其孔结构明显。同时对得到的α-Fe2O3纳米片以及α-Fe2O3多孔纳米片进行电化学分析，多孔结构明显对电池的充放电平台稳定、电容量有明显的增强作用。最后利用长链分子PEG，采用水热/灼烧相结合的方法将纳米片组装成三维有序层状结构，构筑出具有多孔结构的α-Fe2O3纳米片的三维有序结构。该项目为定向制备具有二维结构的纳米材料提供了理论和实验相结合的重要思路，同时为三维有序结构的构筑提供了有效的策略。