三維納米結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)和性能調(diào)控方面研究取得進(jìn)展
近期,中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心在Nb3O7(OH)三維納米結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)和性能調(diào)控方面取得新進(jìn)展,發(fā)展了在溶液相和導(dǎo)電玻璃基體上獲得高度有序單晶Nb3O7(OH)納米線陣列三維結(jié)構(gòu)材料的可控制備方法,所獲得材料在染料敏化太陽(yáng)能電池和鋰離子電池應(yīng)用方面有好的前景。
鈮基氧化物包括豐富的組成和結(jié)構(gòu)形式,如NbO, NbO2, Nb2O3, Nb2O5 和 Nb3O7X (X=OH, F)等材料的納米粒子、納米棒和納米帶等結(jié)構(gòu)。這些材料結(jié)構(gòu)在能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換應(yīng)用中引起了研究者的廣泛關(guān)注,然而其低的材料比表面通常導(dǎo)致這些材料結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中展示出較差的性能。針對(duì)上述問(wèn)題,研究組發(fā)展了一種簡(jiǎn)單的水熱生長(zhǎng)方法,制備了高度有序單晶Nb3O7(OH)納米線陣列三維結(jié)構(gòu)材料(圖A-L)。此三維結(jié)構(gòu)材料具有較高的比表面(121.5 m2 g-1)和微孔/中孔結(jié)構(gòu),可直接生長(zhǎng)于導(dǎo)電玻璃基體上形成膜結(jié)構(gòu),不需要高溫退火處理,直接可作為光電極用于染料敏化太陽(yáng)能電池研究,并展示了較好的光電轉(zhuǎn)換效率(圖M)。此外,該Nb3O7(OH)三維結(jié)構(gòu)材料通過(guò)高溫退火后,可獲得三維結(jié)構(gòu)保持較好的高比表面Nb2O5材料(比表面為81.8 m2 g-1),作為電極材料使用,展示了較好的鋰離子電池應(yīng)用性能(圖N)。所得到的材料具有高的比表面積、高度有序的單晶納米線陣列和多孔結(jié)構(gòu),有利于提高其在應(yīng)用中對(duì)染料分子的吸附、電子傳輸和傳質(zhì)性能,因此在能源應(yīng)用方面展示出較好的性能。 相關(guān)研究成果以Highly Ordered Single Crystalline Nanowire Array Assembled Three-Dimensional Nb3O7(OH) and Nb2O5 Superstructures for Energy Storage and Conversion Applications 為題發(fā)表在ACS Nano(2016, 10, 507-514)上。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院百人計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。 圖(A-L)材料XRD,SEM和TEM表征結(jié)果;(M)染料敏化太陽(yáng)電池性能;(N)鋰離子電池性能。 |