PEO插层钒钨氧化物纳米薄膜的制备及其性能研究

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近年来,利用能与Li+等碱金属离子发生拓扑化学反应的V2O5,MoO3等层状氧化物的层间结构特征,将聚合物嵌入层间来改善界面和层间性质,使材料呈现出许多优异的性能,对这类材料合成、结构、性能和界面行为的研究引起了人们的极大兴趣。本论文采用溶胶-凝胶结合水热法先向V2O5中掺杂WO3进行无机修饰,以获得高性能的钒钨氧化物主体材料,再通过聚合物溶液插层法,将PEO插入钒钨氧化物层间制成纳米复合材料体系。利用XRD、TG-DSC、IR、XPS、SEM、AFM、TEM、交流阻抗谱、循环伏安法、紫外-可见分光光度计等测试方法,对钒钨氧化物薄膜及PEO插层后的复合薄膜体系的结构和性能进行了分析。采用溶胶-凝胶结合水热法成功合成了均一、稳定的钒钨氧化物溶胶,所制得的薄膜均匀致密,并且具有较高性能。掺杂W后,薄膜仍保留了有序的层状结构,WO3均匀分散于V2O5中形成固溶相,并提高了c轴方向的有序度。IR光谱显示,钒钨氧化物薄膜的V-O-V伸缩振动向低波数方向发生了显著漂移,表明掺杂的W取代了晶格中的部分V原子而形成V-O-W键。XPS结合能的变化表明,水热前的钒钨溶胶很可能发生了氧化还原反应,水热后进一步发生晶格取代。W的掺杂,大大提高了V2O5干凝胶的导电率、安全电压范围、电容量及致色效率。V1.8W0.2O5·nH2O干凝胶薄膜电荷容量的最大值可达到45.5mC/cm2,并且显示了优良的循环可逆性。该薄膜在730nm附近处的光调制范围(△T)可达到52%,而V2O5·nH2O薄膜仅有12%。通过聚合物溶液插层法掺杂一定量的PEO后,由其XRD、TG-DSC和IR结果可知,PEO成功嵌入到钒钨氧化物层间,并且与氧化物之间以V=O…O键结合。PEO的插层提高了薄膜的电导率,有效屏蔽了层间的静电作用力,提高了锂离子的扩散速率。(PEO)0.08V1.8W0.2O5·nH2O干凝胶薄膜的最大电荷容量进一步提高到55.4mC/cm2。其光调制范围(△T)可达到46.7%,与V1.8W0.2O5·nH2O薄膜相差不大。这说明,适量PEO的掺入能够在基本保持原有V1.8W0.2O5·nH2O薄膜较宽光调制范围的基础上,使薄膜略微变得透明而不影响其较好的着/消色对比度。
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