基于形貌可控自支持SnO2纳米阵列合成及气体敏感与电化学性能研究

The major study from project includes the following: (1) The hydrothermal synthesis and the new crystal growth mechanism of the self-support hierarchical SnO2 ordered nanoarrays through its own thermodynamic properties of the precursor solution system, the controllable experimental parameters of the hydrothermal reaction and the crystal structure of the intrinsic anisotropy of the crystal护growth, without not only the supported template and the growth basal layer, but also the auxiliary of toxic organic solvents and hazardous volatile. (2) The different morphologies of the self-support hierarchical SnO2 ordered nanoarrays were obtained from adjustment the chemical composition and ratio of the reaction system solution, and the interventional treatments by some physical means, such as microwave, ultrasonic and other physical means, which achieve the controllable formation of the orderly hierarchical anaoarray SnO2 nanostructure. (3) The excellent properties and the electrochemical performance of the different morphologies of the self-support hierarchical SnO2 ordered nanoarray used as gas sensitive materials, and used as anode materials for lithium ion battery, respectively..Through a variety of routes to design, construction of the SnO2 nanoarray structures to effectively control the nanostructure, morphology, microscopic size, in order to achieve the improvement and enhancement of the gas sensitive properties and the electrochemical properties of the self-support hierarchical SnO2 ordered nanoarrays with different morphologies by controllable synthesis in this project. These researches have important scientific significance for developing new preparation technology, new crystal growth mechanism and new applications of the hierarchical SnO2 nanoarray.

研究不使用模板支撑和生长基底层,通过调节水热反应前驱体溶液体系自身热力学特性,和利用晶体结构本征各向异性进行调控生长,水热合成自支持分级SnO2纳米有序阵列及晶体生长新机制; 研究通过对前驱体反应体系化学成份、溶液反应体系配比的控制，对反应前驱体溶液进行微波、超声等物理手段介入处理等措施，获得不同形貌自支持分级SnO2一维纳米有序阵列, 实现不同形貌分级SnO2纳米有序阵列的可调控合成; 研究不同形貌自支持分级SnO2纳米有序阵作为气体敏感材料的优异性能及机理,将自支持SnO2一维纳米有序阵列用作锂离子电池负极材料的电化学性能。.项目通过多种途径设计、构筑各种形貌SnO2纳米有序阵列，有效调控材料结构、形貌、微观尺寸,实现形貌可控合成以改进和提高SnO2纳米阵列的电化学性能、气体敏感性能等。研究一维纳米阵列的制备新方法, 晶体生长新机制与应用新领域具有重要科学意义。

通过多种途径设计、构筑各种形貌3D分级结构SnO2纳米材料，有效调控材料结构、形貌、微观尺寸，实现可控合成，有效改进和提高SnO2纳米材料性能的研究，是材料科学领域的重要研究课题。本项目主要研究不使用模板支撑和生长基底层，通过改变水热反应前驱体溶液体系的化学成份、浓度、溶液反应体系的配比等，调节前驱体溶液体自身热力学特性，并利用SnO2晶体生长的各向异性的本征结构进行调控生长，实现各种形貌的3D分级结构SnO2纳米有序阵列可调控合成。. 通过调节前驱体反应溶液浓度、搅拌速度等控制反应速度，对反应前驱体溶液进行超声等物理手段介入处理等措施，项目研究获得了以自支持分级SnO2一维纳米有序阵列为结构基元，形成花瓣形状构造体、五角锥形多面构造体、立方体形状构造体、海胆形状构造体以及多孔构造构造体等多种具有艺术观赏性的复杂的3D分级SnO2纳米有序阵列结构体；研究了分级SnO2纳米有序阵列结构体的晶体生长规律，提出了自支持3D分级结构SnO2纳米有序阵列结构体的新形成机制——SnO2纳米棒有序阵列首先通过Ostwald ripening 机制、有序定向聚集、自组装形成复杂的SnO2纳米结构体，再通过原位定向生长最终形成3D分级SnO2纳米有序阵列结构体的多种晶体生长机理并存的复杂生长机制。研究了不同形貌自支持3D分级结构SnO2纳米有序阵结构体作为气体敏感材料的优异气体敏感性能及机理，以及电容特性等电化学性能。研究发现，由于既具有SnO2一维纳米阵列的阵列结构优势，同时自身开放性的空间结构特性，它们具有较大的表面和空间结构，研究发现自支持3D分级结构SnO2纳米有序阵结构体对甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮以及乙醚等多种气体具有高灵敏度、高选择性和较低的气体浓度检测限；另外，研究表明，自支持3D分级结构SnO2纳米有序阵作结构体的电容特性表现并不理想。. 项目研究既是一种合成3D分级结构低维纳米材料的新技术, 又是结晶学中的一种新的物理现象, 既具有理论研究意义，同时又有应用前景，具有重要的科学研究价值。