论文部分内容阅读
本文旨在探索第五副族金属(钒、铌、钽)氮化物及金属碳化物的低温制备方法。对相应的反应机理通过分析实验数据、结合文献报道进行探索。对氮化铌、碳化铌在二次锂离子电池中的应用进行应用的研究。主要内容概括如下：1.低温制备金属氮化物(氮化钒、氮化铌、氮化钽)纳米材料分别以偏钒酸铵、五氧化二铌、五氧化二钽为钒源、铌源、钽源,以NaN3为氮源,Mg为还原剂在300℃左右,于不锈钢反应釜中成功合成出氮化钒、氮化铌、氮化钽纳米颗粒。粉末X-射线衍射(XRD)显示结果为：氮化钒样品为立方Fm-3m结构,计算晶格参数为(a=4.126 A)与标准卡片(a=4.124 A,JCPDS卡No.65-9409)吻合。氮化铌样品为立方Fm-3m结构,计算晶格参数为(a=4.388 A)与标准卡片(a=4.389 A,JCPDS卡No.65-5011 A)吻合。氮化钽样品中含有立方Fm-3m结构TaN与六方P63/mc结构Ta2N,计算晶格参数为a=4.353 A,a=3.048 A、c=4.920A与标准卡片a=4.353 A(JCPDS卡No.65-9404),a=3.045 A、c=4.914 A(JCPDS卡No.26-0985)吻合。透射电子显微镜(TEM)照片与扫描电子显微镜显示所得的氮化物纳米材料为氮化钒样品为尺寸直径从300 nm到1μm的颗粒。氮化铌为直径从30 nm到最大300 nm的颗粒。氮化钽为直径平均为80 nm的颗粒。热重分析(TGA)显示所制备的氮化物纳米材料在空气中400℃前具有较好的热稳定性,当温度升高时,有不同程度的氧化。其中氮化钒在空气中可完全氧化,随着温度的升高质量没有明显变化。氮化铌与氮化钽氧化后,质量随着温度的升高由于氧化物的挥发略有减少。2.低温制备金属碳化物(碳化钒、碳化铌、碳化钽)分别以偏钒酸铵、五氧化二铌、五氧化二钽为饥源、铌源、钽源,以乙醇为碳源,Mg为还原剂在300℃左右,于不锈钢反应釜中成功合成出碳化钒、碳化铌、碳化钽纳米颗粒。粉末X-射线(XRD)显示结果为：碳化钒样品为立方Fm-3m结构,其晶格参数计算为(a=4.163 A)与标准卡片(a=4.167 A,JCPDS卡No.65-8825)吻合。碳化铌样品为立方Fm-3m结构,计算晶格参数为(a=4.4679 A),与标准卡片(a=4.462 A,JCPDS卡No.65-7964)相吻合。碳化钽样品为立方Fm-3m结构,晶格常数计算为(a=4.454 A),与标准卡片(a=4.447 A,JCPDS卡No.65-7964)相吻合。3.氮化铌、碳化铌碳复合材料在锂离子二电池中的应用研究分以氮化铌材料为阴极,以锂片为阳极,组成半电池,在0.01-3.5V电压范围进行充放电测试、循环法线性扫描测试,研究相应的充放电机理。充放电测试结果显示氮化铌作为负极材料,首次放电比容量为447mAh/g,循环50次容量稳定在122mAh/g。跟据已有文献报道,结合实验结果,提出了氮化铌作为负极材料与锂的反应机理。