阵列结构的纳米复合材料的制备、调控及其电化学储能性能研究

Recently, it has been a hot research to design and develop variates of compound with different mophology to discuss the electrochemical stroage performance. Here, the fabrication of nano-composite material precuesor with arry structure is by multistep method. First, one metal oxide with array structure is fabricated by solvothermal method; then, another proper metal oxide is selected to assemble with the metal oxide precursor with array structure by ion exchange, trend to connect, self-assemble mechanism and the way of electrochemical/solvothermal/reflux. The influence of the different reaction parameters on the component, structure and performance is to be analysed. The optimized parameter and method is to be discussed. To obtain good performance of electrochemical energy storage, the nano-composite material with different array structure and nano-composite material composed of different component with same structure is controlled to fabricated. The mechanism of the electrochemical energy storage is to be discussed, special for the deep understand of the charge transport mechanism of the nano-composite interface. This research develops new way to synthetise nano-composite material, and connect the relation between internal crystal structure of nano-material with its assembleing structure, and provide experimental foundation and scientific basis for the reality of the well electrochemical energy storage performance.

设计合成不同形貌的金属氧化物来探讨其电化学储能性能是近年来科研的热点。本项研究通过多步法来构筑具有阵列结构的纳米复合材料。首先，选择合适的金属作为基底或者以AAO模板或者PS球等作为模板通过溶剂热的方法来制备阵列结构的金属氧化物前驱体；再选择合适的其它的金属氧化物利用离子交换、趋向连接、自组装的机理以及电化学、溶剂热、回流的方法将其有效的组装在金属氧化物的前驱体上面。进一步的分析不同的反应参数对材料的组成、结构和性能的影响。探求最佳的构筑方式，来控制合成具有良好的电化学储能性能的不同阵列结构的纳米复合材料以及相同阵列结构的纳米复合材料。探讨阵列结构的纳米复合材料电化学储能机理，更深层次的理解复合材料界面间的电荷传输机理。该项研究拓展了纳米复合材料制备的新途径，并将材料的内在晶体结构与材料的组装结构结合起来，为探求具有优异的电化学储能性能的材料奠定基础。

随着经济的发展，能源短缺和环境污染已然成为全球性的棘手问题。如何探索有效的可持续发展的存储和转换能源新方式，引起了有关环境、材料、化学等多学科科学家的极大兴趣。其中，电化学能量存储和转换是可再生和环境友好的能量存储和转换方式，也是近年来科学家们都非常重视的研究课题。国内外都对阵列结构以及复合材料的优异的电化学性能比较看重，也在这些方面做了相关的一些工作。但是目前来看，研究的不够深入具体。对于阵列结构的制备优化以及优化的电化学性能的结构到目前为止还在探索阶段。由于电化学储能性能有着比较广泛的环境和经济意义，因此对于这些方面的进一步研究是十分必要的。在本项研究工作中，我们将控制合成具有阵列结构的纳米复合材料，得到最优化控制合成阵列结构的实验参数、最优化控制复合材料的方法以及具有良好电化学储能结构的最优化的阵列结构方式；对具有良好的电化学储能性能的阵列结构进行进一步的研究探讨其机理，尤其是两种复合材料之间界面的电荷传输的机理。利用空气Mg2Si的方法,在600℃反应10小时生成纳米多孔硅,然后在室温的条件下将合成的纳米硅与氧化石墨烯复合,经还原后得到Si/石墨烯复合材料.将合成Si/石墨烯复合材料作为锂离子负极材料研究其电化学性能。研究结果表明石墨烯的加入会使充放电比容量有所降低,但会使硅的循环稳定性增加。通过石墨烯复合NaTi2(PO4)3材料作为锂离子电池的正极材料，大大提高了电化学储能性质。通过氧化铝模板的方法，成功合成了大量的复合金属Bi阵列、Ni阵列，研究了其电化学储能性质。给电化学储能的应用化学发展奠定实验基础，提供理论依据。