限域空间内诱导构筑二维超薄HxMoO3/石墨烯复合材料、电化学性能及构效关系

MoO3 has attracted much attention as a potential anode material due to its relatively high theoretical capacity and abundant natural resources. However, its poor charge transport and ion diffusion severely limited its rate properties and cycling performance. To solve this issue, the strategies of using metallic HxMoO3 nanoribbons as Mo source that obtained by H-doped MoO3 and direct building two-dimensional ultrathin HxMoO3/Graphene composites are proposed in this project.In addition, for the low conductivity and ion diffusion coefficient of mechanical mixture of Graphene and MoO3, a corresponding strategy based on organic monomer intercalation-in-situ polymerization within confined space-polymerization expansion/exfoliation fabrication method will be presented in this project. The synthesis and optimization of strongly coupled HxMoO3/Graphene composites are an important prerequisite. The effects of composition and microstructure of composite materials on its specific capacity, rate capability and cycle life will be investigated systematically. Moreover, the relationship among chemical synthesis, micro-and nanostructures and lithium storage performance will be further revealed in this project. The successful implementation of this project will not only have a potential significance in fabricating novel electrochemical energy storage devices with superior electrochemical properties, but also are expected to provide an efficient general method to other layer inorganic materials/Graphene composites.

MoO3因具有较高的理论比容量并且资源丰富而成为一种极具开发潜力的锂离子电池负极材料。然而，较低的电子和离子传导速率严重限制了MoO3负极材料的倍率性能和循环性能。本项目提出以H掺杂MoO3形成金属性HxMoO3，采用"有机单体插层-限域空间原位聚合-聚合膨胀/剥离"的方法构筑二维超薄HxMoO3/石墨烯复合材料的研究思路，通过工艺优化实现HxMoO3和石墨烯强化学耦合并达到增强该复合材料的电荷传输和离子扩散能力的目的，以解决常规MoO3和石墨烯"机械复合"导致的低电子、离子传导速率的问题。研究复合材料的组分和显微结构对其比容量、倍率性能和循环寿命的影响，揭示新型电极材料"化学合成-微纳结构-储锂性能"三者的构效关系。课题的实施为新型电化学储能材料和器件的组装、构建提供新的思路，且对其它具有层状结构的无机材料/石墨烯复合材料提供一种新颖且普适的合成路径。

MoO3因具有较高的理论比容量和较好的循环性能而成为一种极具开发潜力的锂离子电池负极材料。然而，较低的电子和离子传导速率严重限制了MoO3负极材料的倍率性能和循环性能。本项目提出以H掺杂MoO3形成金属性HxMoO3，采用“有机单体插层-限域空间原位聚合-聚合膨胀/剥离”的方法构筑二维超薄Hx MoO3/石墨烯复合材料的研究思路，通过工艺优化实现Hx MoO3和石墨烯强化学耦合并达到增强该复合材料的电荷传输和离子扩散能力的目的，以解决常规MoO3和石墨烯“机械复合”导致的低电子、离子传导速率的问题。研究复合材料的组分和显微结构对其比容量、倍率性能和循环寿命的影响，揭示新型电极材料“化学合成-微纳结构-储锂性能”三者的构效关系。课题的实施为新型电化学储能材|料和器件的组装、构建提供新的思路，且对其它具有层状结构的二维超薄无机材料/石墨烯复合材料提供一种新颖且普适的合成路径。. 开发基于钼基纳米材料的高性能、复合化、低成本的锂离子电池负极材料是新能源材料的前沿。本项目基于电极结构设计，结合水热法、“桑拿熏蒸法”等成功制备了MoO3-x 纳米带，H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36微米棒，二维MoO 2.5 (OH) 0.5纳米片等多种高能量密度和功率密度的储能器件，呈现了优异的性能。.本项目找到新型电极粉化原因及提升电化学性能的新机制。申请人采用一步水热法制备出一种新型钼基材料H4.5Mo5.25O18·(H2O)1.36，发现电极粉化的原因并探索了其作为锂离子电池负极材料其高容量，高倍率性能和超高循环稳定性的电化学行为。这为本项目进一步拓展高容量和稳定性的新型钼基锂离子电池负极材料奠定了坚实的理论与实验基础。. 通过材料表征技术和电化学性能测试钼基负极材料的电输运与本征电化学性能。研究了材料结构、孔分布、孔径大小、孔界面、比表面积、氧空位、协同效应与锂离子扩散、电子传输、充放电、循环可逆性等的相互关系，揭示锂离子和电子传输与电化学活性和稳定性、锂离子电池容量衰减的内在本质。