合肥研究院在三維納米結構可控生長和性能調控方面取得進展

　　近期，中國科學院合肥物質科學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)三維納米結構可控生長和性能調控方面取得新進展，發(fā)展了在溶液相和導電玻璃基體上獲得高度有序單晶Nb3O7(OH)納米線陣列三維結構材料的可控制備方法，所獲得材料在染料敏化太陽能電池和鋰離子電池應用方面有好的前景。

    　鈮基氧化物包括豐富的組成和結構形式，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構。這些材料結構在能源儲存和轉換應用中引起了研究者的廣泛關注，然而其低的材料比表面通常導致這些材料結構在應用中展示出較差的性能。針對上述問題，研究組發(fā)展了一種簡單的水熱生長方法，制備了高度有序單晶Nb3O7(OH)納米線陣列三維結構材料（圖A-L）。此三維結構材料具有較高的比表面（121.5 m2 g-1）和微孔/中孔結構，可直接生長于導電玻璃基體上形成膜結構，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能電池研究，并展示了較好的光電轉換效率（圖M）。此外，該Nb3O7(OH)三維結構材料通過高溫退火后，可獲得三維結構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構，有利于提高其在應用中對染料分子的吸附、電子傳輸和傳質性能，因此在能源應用方面展示出較好的性能。

　　相關研究成果以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。該研究工作得到國家自然科學基金和中科院百人計劃等項目的資助。

圖（A-L）材料XRD，SEM和TEM表征結果；（M）染料敏化太陽電池性能；（N）鋰離子電池性能。