1、二氧化鉬(MoO2)由于其金屬導(dǎo)電性、高熔點、高化學(xué)穩(wěn)定性及高理論比容量而成為一種有潛在應(yīng)用價值的鋰離子電池負(fù)極材料。當(dāng)前MoO2作為鋰離子電池負(fù)極材料存在的主要問題是實際比容量低、循環(huán)性能和倍率性能差。制備納米結(jié)構(gòu)及納米復(fù)合電極材料是優(yōu)化鋰離子電池電極材料性能的一種重要途徑。本論文的主要研究內(nèi)容是以提高M(jìn)oO2材料的儲鋰性能為目標(biāo),制備了多種MoO2基納米結(jié)構(gòu)材料(主要包括分級納米結(jié)構(gòu)、碳基納米復(fù)合材料以及石墨烯基納米復(fù)合材料),并研

2、究了它們的儲鋰性能。另外,本論文以三元鉬基復(fù)合金屬氧化物鉬酸錳(Mn2Mo3O8)和鉬酸鐵(Fe2Mo3O8)為研究對象,制備了石墨烯基復(fù)合材料,并研究了他們的儲鋰性能。具體內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　采用棉纖維織物為模板和穩(wěn)定劑,用一種簡單、低成本的方法合成了分級結(jié)構(gòu)MoO2納米材料。所合成的MoO2保持了初始纖維織物模板的形貌,具有分級結(jié)構(gòu)的孔隙和相互連接的框架,并可以直接用作無粘結(jié)劑的鋰離子電池電極。所制備的電極比容量高達(dá)7

3、19mAhg-1,且可逆性良好。對比于使用粘結(jié)劑和活性物質(zhì)的混合物的傳統(tǒng)制備電極的方法,論文中所使用的方法制備過程簡單,操作成本低。并且,論文中用來形貌控制合成的策略簡單有效,能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。同時,所采用的合成方法也可以用來制備其他分級結(jié)構(gòu)氧化物材料。
　　采用浸潤-還原-碳化的工藝路線制備了一種超細(xì)MoO2納米團(tuán)簇(<2nm)均勻地嵌入到碳基體中的獨特納米復(fù)合材料。主要涉及的實驗過程及反應(yīng)為:將磷鉬酸分子團(tuán)簇植入到棉纖維

4、的納米孔隙中,然后在H2/Ar混合氣中500oC下熱處理5小時,原位還原和碳化得到了MoO2/C納米復(fù)合材料。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明,所合成的MoO2/C納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有高的比容量和非常優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。在50mAg-1電流密度下,首次循環(huán)比容量高達(dá)1207mAhg-1,350次充放電循環(huán)后其比容量仍然高達(dá)734mAhg-1。
　　采用室溫溶液法結(jié)合熱處理過程制備了自組裝分級結(jié)構(gòu)MoO2/石墨烯納米復(fù)合材料,

5、其結(jié)構(gòu)特點為石墨烯纏繞的MoO2納米晶體自組裝成分級結(jié)構(gòu)的棒狀二次結(jié)構(gòu)。作為鋰離子電池負(fù)極材料所合成的MoO2/石墨烯納米復(fù)合材料展現(xiàn)了高的可逆比容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。其增強的電化學(xué)性能可以歸功于分級納米結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電石墨烯的協(xié)同效應(yīng)。此外,所合成的具有獨特分級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MoO2/石墨烯納米復(fù)合材料不僅能為先進(jìn)功能器件提供基本結(jié)構(gòu)單元,也可能在催化和電子領(lǐng)域獲得很好的應(yīng)用。
　　通過室溫溶液反應(yīng)結(jié)合熱處理工藝制備了自組裝分級

6、結(jié)構(gòu)Mn2Mo3O8/石墨烯納米復(fù)合材料,其結(jié)構(gòu)特點為由石墨烯均勻纏繞的厚度為10–15nm、寬度為80–120nm的Mn2Mo3O8片狀納米晶體自組裝成直徑為～3–5μm球狀二次結(jié)構(gòu)。與單一組分的Mn2Mo3O8材料相比,所制備的分級結(jié)構(gòu)Mn2Mo3O8/石墨烯納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料電化學(xué)性能大大提高。比容量的增加和循環(huán)性能的改善主要歸功于Mn2Mo3O8和石墨烯納米復(fù)合的協(xié)同效應(yīng)。小尺寸Mn2Mo3O8晶體有利于縮短電子

7、和鋰離子的擴(kuò)散距離;石墨烯層可以抑制Mn2Mo3O8納米晶體在充放電過程中發(fā)生團(tuán)聚,增強材料的導(dǎo)電性。此外,本研究中所涉及的實驗策略可以用來制備其他納米結(jié)構(gòu)石墨烯基多元金屬氧化物材料。
　　通過溶液反應(yīng)結(jié)合熱處理過程合成了Fe2Mo3O8/石墨烯納米復(fù)合材料,其結(jié)構(gòu)特點為尺寸為～10nm的Fe2Mo3O8納米晶體均勻地分散在石墨烯基體上。所制備的Fe2Mo3O8/石墨烯納米復(fù)合材料結(jié)合了導(dǎo)電石墨烯和Fe2Mo3O8納米顆粒的協(xié)同優(yōu)