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问题:

题目:纳米金属氧化物的制备及其性能研究

关键词:纳米材料; 半导体; 异质结; 光催化; 锂离子电池

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本文采用简单的溶液法成功地制备了Ag/ZnO和MnO2纳米结构,并且应用多种表征手段对所得产物的结构和形貌进行了分析,研究了产物的生长机理,同时对产物进行了相应的性能测试,得到了一些有意义的结论。本文的研究内容及主要研究结果如下:
(1) 首先,通过溶液法合成不同尺寸的ZnO纳米片,研究ZnO纳米片的生长机理。研究结果表明,Zn(CH3COO)2·2H2O的用量影响了产物的形貌。当Zn(CH3COO)2·2H2O的用量较高时,得到的ZnO纳米片形貌单一,尺寸较大;当减小Zn(CH3COO)2·2H2O的用量时,制备的ZnO纳米片的尺寸会相应的减小。其次,通过沉淀法和光还原法分别制备出了Ag/ZnO-CP和Ag/ZnO-PR异质结光催化剂,给出了Ag/ZnO-CP和Ag/ZnO-PR的形成机理。最后,以RB为模拟污染物,研究了Ag/ZnO-CP和Ag/ZnO-PR的光催化活性以及光催化机理。结果表明,Ag的负载量和Ag颗粒的分散性是影响Ag/ZnO异质结光催化剂光催化活性的主要因素。Ag/ZnO-CP和Ag/ZnO-PR中Ag的最佳负载量分别为1.5wt.%和1wt.%。与Ag/ZnO-CP异质结光催化剂相比,Ag在Ag/ZnO-PR中的分散性较好。因此Ag/ZnO-PR具有更好的催化活性。

(2) 首先,利用水热法合成海胆状γ-MnO2,讨论了实验参数对产物形貌的影响。研究结果表明,(NH4)2S2O8的用量是影响产物形貌的主要因素。当(NH4)2S2O8的用量为1.83g时,产物形貌是海胆状结构,并且形貌单一,大小均匀。其次,讨论了海胆状结构的形成机理,提出了“成核-聚集-增长”生长过程。随后,采用制备出了γ-MnO2海胆状纳米结构和商业MnO2分别作为锂离子电池的正极材料,研究了两者的电化学性能。γ-MnO2和商业MnO2的最大容量分别为188 mA h/g和137 mA h/g,电流密度为50 mA/g。经过20次的充放电测试后,γ-MnO2和商业MnO2的剩余容量分别为101 mA h/g和80 mA h/g。结果表明,在锂离子电池正极材料的应用中,与商业MnO2相比,γ-MnO2海胆状纳米结构具有更好的充放电性能。最后,本文解释了γ-MnO2海胆状纳米结构具有好的充放电性能的原因。说明本文得到的γ-MnO2海胆状纳米结构在锂离子电池的正极材料方面具有很好的应用前景。

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