金属硫族化合物纳米孔材料的制备及其在新能源领域中的应用

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硫族金属化合物半导体的纳米孔材料是一类带有纳米尺度下多孔结构的新型纳米材料,主要包括二维纳米筛材料和三维微孔、介孔和大孔材料等。相比于传统的纳米材料,这类具有新型特殊纳米孔道结构的材料迅速成为半导体领域和新能源领域的研究热点。这类材料拥有较高的比表面积,易于调控孔径,具有大量的边缘活性位点等特点。使其在工业催化、吸附与分离、热电、光电和新能源领域中,比如超级电容器、锂离子电池和电解水制氢中等有着广阔的应用前景。因此,基于这一研究领域研究现状,我们对金属硫族化合物半导体材料的有序介孔结构和纳米筛结构的合成方法及其应用进行了深入的研究。  在第一章中我们对硫族化合物有序介孔材料和纳米筛材料的研究背景进行了详细的介绍。主要包括有序介孔硫化物的合成、有序介孔硒化物的合成、金属硒化物纳米筛半导体材料的合成等。同时,对纳米筛半导体材料在新能源领域,例如钠离子电池、电解水产氢、光催化降解有机污染物等方面的应用进行了详细的介绍。并在此基础上,提出了本论文的选题思路。  在第二章中我们详细介绍了以有序介孔 CdS为母体材料,分别以Cu(NO3)2.9H2O和AgNO3作为金属源,首次通过阳离子交换法合成得到了有序介孔CuS和有序介孔Ag2S材料。在合成的过程中,首先采用了带模板KIT-6的有序介孔 CdS为原料。该模板在离子交换的过程中可以起到模板的孔道限域作用,避免因产物在离子交换后着孔壁横向生长,从而导致结构的破坏。其次还研究了在不带KIT-6模板支撑材料的条件下进行阳离子交换操作的实验结果。发现当前驱物与目标产物晶体结构一致时,尽管阳离子交换反应伴随着较大的体积变化,材料的有序介观结构仍然能较好地保持。  在第三章中我们采用纳米浇铸法合成了有序介孔 CoSe和NiSe等材料。在纳米浇铸法合成有序介孔硒化物中,合适的金属源和Se源一直限制了介孔硒化物的合成。本文首次采用金属硝酸盐作为金属源,单质Se粉作为硒源,在通入氢气的管式炉中一次煅烧完成。此方法可以扩展到其它多种有序介孔硒化物的合成如ZnSe、CdSe和CuInSe2等。  在第四章中我们利用三维的有序介孔二氧化硅KIT-6为模板,在超快速升温的条件下合成二维WSe2、MoSe2半导体纳米筛材料。同时以WSe2@KIT-6纳米筛材料为原料合成WO3纳米筛半导体材料,并对其光催化降解罗丹明B的催化性能进行了研究。  在第五章中我们利用三维的有序介孔SBA-15,有序介孔二氧化硅块体材料和蠕虫庄孔道的介孔二氧化硅块体材料为模板,在超快速升温的条件下合成不同形貌的二维纳米筛材料。另外可以以60oC水热条件下合成的SBA-15为模板和有序介孔 MCM-41为模板,在超快速升温条件下合成 WSe2与 MoSe2纳米线材料。将制备的MoSe2纳米筛材料用于钠离子电池负极材料,探究其储电性能。
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