蒙脱石剥片与胶体特征的关系及制备Si纳米片的研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Keldorn
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蒙脱石的层状结构以及水化膨胀性质使其在水溶液中容易在外力作用下分层剥离成二维纳米片,这一现象广泛存在并应用于诸多领域中。对蒙脱石纳米片制备方法、胶体特征和以蒙脱石纳米片为前驱体制备Si纳米片的研究对探究蒙脱石的剥离机理、建立蒙脱石剥离与胶体特征的联系、拓展蒙脱石的应用领域和提升蒙脱石资源利用价值具有重要的意义。
  论文以钠基蒙脱石为研究对象,采用超声法和冷冻-解冻法剥离制备蒙脱石纳米片,详细研究了超声功率、冷冻时间和冷冻-解冻循环次数对蒙脱石片层厚度及径向尺寸的影响规律。通过浊度测量和理论分析研究了蒙脱石剥离过程中浊度的变化规律,探究了浊度法表征蒙脱石剥离程度的可能及影响因素。对蒙脱石剥离过程中表面电性的作用以及不同径厚比蒙脱石纳米片的制备及胶体特征进行研究。以剥离制备出的蒙脱石纳米片为前驱体,采用镁热还原法制备锂离子电池负极材料—Si纳米片,对比研究了蒙脱石纳米片堆叠方式对Si纳米片电化学性能的影响。取得主要结论如下:
  (1)提出了冷冻-解冻法剥离制备蒙脱石纳米片的新方法,并对比研究了超声法和冷冻-解冻法的优缺点:超声法剥离制备蒙脱石纳米片的效率较高,但对片层结构的破坏比较严重;而冷冻-解冻法剥离制备蒙脱石纳米片由于过程缓慢温和导致其剥离效率较低,但能够极大程度地避免蒙脱石片层结构被破坏。
  (2)利用剥离前后蒙脱石悬浮液浊度的比值与蒙脱石的剥离程度线性相关的规律提出通过浊度法表征蒙脱石的剥离程度的新思路,并发现该方法需在pH值为4-10范围之间和固体浓度低于2%的条件下使用。
  (3)蒙脱石层间电荷的含量对其剥离能力有直接的影响,在相同的条件下层间电荷密度越大,蒙脱石越容易被剥离。同时蒙脱石的剥离会影响其表面电性,随着剥离程度的增加蒙脱石电负性明显增强。
  (4)通过控制冷冻-解冻循环次数和超声功率的变化能够制备出不同径厚比的蒙脱石纳米片,并发现蒙脱石纳米片的径厚比越大,其电负性越大,悬浮液的稳定性越好。
  (5)提出了以蒙脱石纳米片为前驱体采用镁热还原法制备Si纳米片的方法,并发现采用卡房结构堆叠的蒙脱石纳米片在NaCl保护剂存在条件下制备出的Si纳米片具有较好的晶体结构、完整的片层和丰富的孔径,并且表现出较好的电化学性能,在0.5A g-1电流密度下经过100次循环后仍有1815mAh g-1的放电比容量。
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