納米孔材料的製備及其在儲能器件方面的套用

《納米孔材料的製備及其在儲能器件方面的套用》是依託上海交通大學，由王開學擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米孔材料的製備及其在儲能器件方面的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王開學
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本項目擬以高性能儲能材料為導向，製備非矽氧骨架的納米孔固體化合物尤其是過渡金屬氧化物及其鋰鹽。開發新的製備路線如軟模板法和硬模板法製備途徑，最佳化製備和後處理條件，控制多孔骨架材料的晶相，提高其結晶度以及熱穩定性。研究所製備材料的電極活性並將之套用於鋰離子電池電極的製作，考察相應的充放電容量和充放電特性；研究材料的孔道結構、孔徑大小、晶相和結晶度等對鋰離子電池性能的影響，篩選出性能優異的電池電極材料，為進一步開發大容量和可快速充放電鋰離子電池奠定基礎。

結題摘要

本項目以高性能儲能材料為導向，採用軟模板法和硬模板法等製備方法，製備出了非矽氧骨架的納米孔無機功能材料。通過最佳化製備和後處理條件，對多孔骨架的晶相進行了控制，有效提高了骨架結晶度以及熱穩定性。考察了所製備多孔材料的充放電容量和充放電特性等電化學性能，研究了材料的孔道結構、孔徑大小、晶相和結晶度等對鋰離子電池性能的影響。以介孔碳為硬模板，合成出一種碳包覆的五氧化二釩納米晶，這種納米晶表現出了優異的倍率特性和循環穩定性；通過控制實驗溫度，還製備出了具有有序介孔結構的五氧化二釩材料。以L-半胱氨酸為結構導向劑，利用水熱法可控制備出了具有三維多級結構的二硫化錫，這種多級結構的二硫化錫材料表現出非常優異的電化學性能。採用硬模板法、間隙造孔和酸鹼活化等策略製備出了具有離子和電解液通道的碳負極材料，如具有納米石墨烯結構的碳納米籠、具有高長寬比的碳納米柱膜和多級孔結構的碳微球。石墨烯具有導電性好、化學和電化學穩定性高的特點，將石墨烯與四氧化三鈷、氧化鎳和四氧化三鐵等金屬氧化物複合，製備出了具有優異電化學性能的複合電極材料。以光誘導手段製備了由銳鈦礦納米晶構成的多級結構二氧化鈦材料，這些材料表現出優良的電化學性能；利用相同的方法，還製備出了碳摻雜的多孔二氧化鈦，其具有較高可見光催化活性。在本項目的資助下，我們還對具有多孔結構的鈾醯-有機配位聚合物開展研究，並應邀為Acc. Chem. Res.撰寫綜述性文章。通過本項目的實施，我們對納米孔材料的製備及其在儲能器件方面的套用開展了卓有成效的研究，獲得了一系列具有潛在套用前景的儲能材料，為進一步開發大容量和可快速充放電鋰離子電池提供理論和實驗指導。在本項目的實施過程中共發表SCI收錄論文16篇，申請專利5項（已授權2項），培養博士生3名（在讀）和碩士生5名（畢業2名）。