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內容簡介

　　二元過渡金屬化合物微納米材料因其獨特的物理化學性質在儲能、傳感、催化等領域具有廣泛的應用，因此制備二元過渡金屬化合物的新穎微納米結構、研究其生長機制、控制其結晶尺寸與維度一直是這一領域的研究熱點。這些研究也必將促進人們深入研究微納米結構與功能特性之間的關聯(lián)、高效利用微納米結構及其產業(yè)化。本論文以金屬氧化物和硫化物中空結構為研究對象，在其合成新方法的設計、形成機制以及電化學性能（如能量存儲和電化學傳感）等方面進行了系統(tǒng)的探索研究。論文的主要內容包括以下幾個方面：以SnCl4和乙酰丙酮釩（IV）為反應物在190-220？C下溶劑熱合成了V2O3-SnO2雙層殼納米膠囊，經過后續(xù)的400-500？C煅燒，得到V2O5-SnO2雙層殼中空納米膠囊。雙層殼中空納米膠囊的形成機制為溶劑熱過程中的兩次奧氏熟化擴散過程（向內熟化和向外熟化）。將這一中空金屬氧化物納米材料合成體系擴展到其它氧化物，得到了各向異性的Co3O4多孔納米膠囊。作為鋰離子電池電極材料，這些中空結構的V2O5-SnO2雙層殼納米膠囊和Co3O4各向異性納米膠囊均具有高的可逆比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能，在鋰離子電池中表現出了良好的應用前景。以溶劑熱合成的CuS和Cu2S實心顆粒為模板，在700-800？C下氧化合成了CuO中空多孔微米膠囊。以其它金屬硫化物如CoS和NiS為前驅物，在相同的反應機制下同樣合成了具有中空和多孔結構的Co3O4和NiO。中空和多孔結構的形成歸結于熱氧化過程中的非平衡擴散、體積收縮以及原位產生的氣體釋放。同時，我們也以溶劑熱得到的SnS一維納米帶為模板，合成了SnO2多孔納米管和Sn@C納米復合物。作為鋰離子電池負極材料，SnO2多孔納米管和Sn@C一維納米復合物的首次放電比容量分別為910和1050mAhg-1。以CuCl2和硫脲室溫形成的金屬絡合物納米線為犧牲模板，通過微波加熱在75-85？C下快速合成了矩形截面CuS納米管。通過調節(jié)前驅物金屬絡合物納米線的尺寸獲得了直徑可調的CuS納米管材料。作為無酶葡萄糖傳感材料，CuS納米管的靈敏度為9.9mAmmolL-1，最低檢測濃度為0.25mmolL-1。

作者簡介

　　劉軍博士2001年9月-2005年9月于湘潭大學化工學院化學工程與工藝專業(yè)獲工學學士學位；2005年9月-2011年1月于大連理工大學化工學院功能材料化學與化工專業(yè)獲工學博士學位；2011年2月-2012年5月在湘潭大學材料與光電物理學院材料科學與工程系工作；2012年6月-2013年4月在澳大利亞迪肯大學前沿材料研究所工作；2013年5月至今在德國馬普固體研究所固體物理化學系工作。薛冬峰教授研究員，博士生導師，國家杰出青年獲得者，中國科學院“百人計劃”獲得者，1989年8月-1993年7月于河南大學化學化工系應用化學專業(yè)獲工學學士學位；1993年8月-1998年7月于中國科學院長春應用化學研究所無機化學專業(yè)獲理學博士學位；1999年4月-2000年7月以德國洪堡（AvH）學者在德國奧斯納布呂克大學物理系工作；2000年7月-2001年7月以訪問學者在加拿大渥太華大學化學系工作；2001年7月-2003年8月以日本學術振興會（JSPS）特別研究員在日本國立材料科學研究所工作；2003年8月起受聘大連理工大學化工學院教授、博士生導師；2009年1-2月以訪問學者在新加坡國立大學工程院工作；2011年1-4月以Gledden高級訪問學者在西澳大利亞大學機械與化學工程學院工作；2011年2月起受聘于中國科學院長春應用化學研究所稀土資源利用國家重點實驗室。

圖書目錄

1 中空微納米材料的研究進展及鋰離子電池納米電極材料簡介 1.1 引言 1.2 溶液化學法合成中空微納米材料研究進展 1.2.1 膠體模板層—層靜電自組裝合成中空微納米材料 1.2.2 直接化學沉積或者吸附合成中空微納米材料 1.2.3 犧牲模板法合成中空微納米材料 1.2.4 乳液或者相分離合成中空微納米材料 1.2.5 氣泡模板法合成中空微納米材料 1.2.6 無模板法合成中空微納米材料 1.3 鋰離子電池納米電極材料簡介 1.4 研究內容與思路 1.4.1 存在的問題和機遇 1.4.2 研究內容與思路2 金屬氧化物納米膠囊的奧氏熟化無模板合成 2.1 引言 2.2 V2O5—SnO2雙層殼納米膠囊的奧氏熟化無模板合成 2.2.1 基于奧氏熟化的雙層殼納米膠囊合成方案設計 2.2.2 雙層殼納米膠囊的合成步驟、表征手段及性能測試 2.2.3 V2O5—SnO2雙層殼納米膠囊的結構表征 2.2.4 前驅體雙層殼納米膠囊的液相形成機理 2.2.5 V2O5—SnO2雙層殼納米膠囊的鋰離子存儲性能及應用展望 2.3 Co3O4各向異性納米膠囊的奧氏熟化無模板合成 2.3.1 基于奧氏熟化的各向異性納米膠囊合成方案設計 2.3.2 各向異性納米膠囊的合成步驟、表征手段及性能測試 2.3.3 CO3O4和前驅體CoCO3各向異性納米膠囊的結構表征 2.3.4 前驅體CoCO3各向異性納米膠囊的形成過程及合成因素影響 2.3.5 CO3O4各向異性納米膠囊的鋰離子存儲性能及應用展望 2.4 本章小結3 金屬氧化物多孔膠囊和納米管的熱氧化合成 3. 引言 3.2 金屬氧化物中空多孔膠囊的熱氧化合成 3.2.1 基于非平衡擴散的中空多孔膠囊的合成方案設計 3.2.2 中空多孔膠囊的合成步驟及表征手段 3.2.3 實心CuS和Cu2s前驅體的結構分析及合成因素影響 3.2.4 CuO中空多孔膠囊的結構表征及合成因素影響 3.2.5 基于非平衡擴散的空位機制分析 3.2.6 基于非平衡擴散的熱氧化法的擴展 3.3 錫基中空多孔一維納米材料的熱氧化合成 3.3.1 錫基中空多孔一維納米材料的合成步驟、表征手段及性能測試 3.3.2 SnS前驅體納米帶的結構分析 3.3.3 SnO2多孔納米管和Sn@c一維納米復合物的結構表征 3.3.4 SnO2納米管的空位機制和碳模板的限域作用分析 3.3.5 SnO2多孔納米管的光學性能 3.3.6 錫基中空多孔一維納米材料的鋰離子存儲性能及應用展望 3.4 本章小結4 硫化銅納米管的微波輔助模板法合成 4.1 引言 4.2 CuS納米管的微波輔助原位模板法合成方案設計 4.3 CuS納米管的合成步驟、表征手段及性能測試 4.4 金屬配合物前驅體納米線的結構分析 4.5 CuS納米管的結構表征及合成因素影響 4.6 微波輔助原位模板法的擴展 4.7 Cus納米管的光學和電傳感性能 4.8 本章小結結論參考文獻致謝