摘要
三维有序大孔(3DOM)材料不仅比表面积大、孔隙率高,还具有孔结构的三维周期性排列和孔径分布窄等特点,因而可以用来设计和调控功能材料的微纳结构和性能。本文采用胶晶模板法,首次成功地制备出了3DOMKTiOPO4-SiO2纳米复合光子晶体材料;除此之外,还制备出了多孔锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3,详细研究了材料制备过程中工艺参数对材料结构的影响。 首先,采用湿化学法在水和乙醇溶剂体系中分别制备了KTiOPO4纳米粉体及KTiOPO4-SiO2透明纳米玻璃陶瓷,并对材料制备过程中的微观反应机理进行了探讨。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对材料进行了表征。结果表明,通过对钛酸四丁酯进行预处理形成能溶于水的前驱体,在水溶剂体系制备结晶完好的KTiOPO4单晶粉体;在乙醇溶剂体系中制备出了透明凝胶块,经热处理后析出了粒径为30～50nm的KTiOPO4纳米晶体,形成KTiOPO4-SiO2透明纳米玻璃陶瓷。 采用无皂乳液聚法合成了聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球,并采用自然沉降、离心及垂直沉积等方法将胶体微球组装成具有蛋白石结构的胶晶模板。以KTiOPO4-SiO2前驱体溶胶为填充液,采用浸渍法填充到PS胶晶模板间隙内,最后通过热处理去除模板并使KTiOPO4析晶,得到3DOMKTiOPO4-SiO2纳米复合光子晶体材料。SEM分析表明,在前驱体溶液浓度为0.35～0.4mol/L时,合成的材料具有三维有序大孔结构。通过XRD分析表明,在750℃下热处理得到的3DOM材料为KTiOPO4晶相与非晶态SiO2的纳米复合结构。 以PMMA为模板制备了多孔结构的Li3V2(PO4)3正极材料,利用XRD和SEM对产物进行表征,并对合成样品在不同倍率下进行充放电性能测试。结果表明,采用该方法制得的Li3V2(PO4)3具有明显的孔结构,孔径约为50nm,并且材料连通的孔结构对材料的大电流充放电性能有一定改善。
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