一维金属氧化物纳米阵列材料的控制合成与电化学储氢性能研究

基于物性的可控调节性及其多功能性，一维金属氧化物纳米阵列材料在下一代纳米器件及材料领域如生化传感器、晶体管、发光二极管以及平板显示器、高能化学电源电极材料、储氢材料等方面显示出巨大的应用潜力，本项目针对氢能规模应用中对高容量储氢材料的重大技术需求，为发展具有高电化学储氢密度、可控放氢的纳米金属氧化物储氢材料体系，从储氢材料的设计制备到性能调控，在以下两个层面上开展相应的基础研究：.（1）.原子和分子水平层面：.从量子化学理论出发，开展氢与氧化物纳米材料相互作用的计算模拟，建立储氢材料的成分结构设计理论，指导新型储氢材料的设计开发。.（2）.组织结构层面：.利用先进的成分、结构测试技术，揭示储氢材料成分、结构和储氢性能的关系，阐明储氢材料的吸/放氢反应机理，实现对储氢材料性能的调控。

本项目针对氢能规模应用中对高容量储氢材料的重大技术需求，为发展具有高电化学储氢密度、可控放氢的纳米金属氧化物储氢材料体系，从储氢材料的设计制备到性能调控，在原子和分子水平层面、组织结构层面两个层面上开展相应的基础研究。实现一维氧化物纳米阵列结构可控合成；并对对样品进行电化学储氢性能研究。利用高分辨电镜研究了储氢前后材料的微观结构变化；利用荧光光谱、Raman光谱以及紫外吸收光谱仪等分析测试手段一维氧化物纳米结构的光学特性进行表征与测量，利用气敏元件测量系统、电化学分析技术对储氢前后的一维氧化物纳米结构的相关特性进行测量与表征。研究了其结构及性质变化。目前已顺利完成项目预期计划：.（1）申请人采用简单的液相化学路线，已得到了具有介孔结构、阵列有序和晶粒均匀的一维纳米阵列，包括Mn基、Cd基、Cu基、Zn基等氧化物一维纳米阵列材料。.（2）开展了以上所制得氧化物的电化学储氢性能研究。研究结果表明Mn基、Cu基、Zn基氧化物一维纳米阵列材料具有良好的储氢性能，其容量均达到约200 mAh/g。借助电化学、光学、XPS等研究手段，发现了其电化学储氢主要化学机制，包括键合储氢、晶格间隙储氢和物理吸附储氢。.（3）为今后进一步深入和广泛开展构建其他金属氧化物一维纳米阵列的工作，探索研究了一些在电化学储氢方面具有潜在应用的金属氧化物一维纳米结构的控制合成，包括：Fe2(MoO4)3纳米棒、TiO2纳米带和纳米管、MoO3纳米带和纳米棒、BaXO4 (X=W,Mo)纳米线、YF3纳米线簇、ZnSnO3纳米棒、Fe氧化物核壳纳米棒、基于TiO2核壳纳米棒、基于MoO3复合纳米棒等。.（4）基于石墨烯优良的导电性及高的力学性能，初步开展了金属Co及其氧化物以石墨烯为衬底的复合材料合成及电化学储氢等性能研究，结果表明该类材料具有复合结构致优良的电化学储氢性能，储氢容量远高于各自单体材料性能。其中Co3C无机富勒烯结构纳米材料室温室压下电化学储氢容量高达5.12 wt%，该成果已引起国内外同行广泛重视，这首次证明无机材料作为储氢材料的潜在应用价值，同时拓展了储氢材料研发体系。. 项目支持下已发表相关SCI论文 篇，获得授权专利 项，省级自然科学一等奖1项，省自然科学学术成果一等奖1项，培养新世纪人才1名，博士生4名，研究生6名。