合肥研究院在三維納米結(jié)構(gòu)可控生長和性能調(diào)控方面取得進展

　　近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)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(jié)構(gòu)可控生長和性能調(diào)控方面取得新進展，發(fā)展了在溶液相和導(dǎo)電玻璃基體上獲得高度有序單晶Nb3O7(OH)納米線陣列三維結(jié)構(gòu)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(yīng)用方面有好的前景。

    　鈮基氧化物包括豐富的組成和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。這些材料結(jié)構(gòu)在能源儲存和轉(zhuǎn)換應(yīng)用中引起了研究者的廣泛關(guān)注，然而其低的材料比表面通常導(dǎo)致這些材料結(jié)構(gòu)在應(yīng)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(jié)構(gòu)材料（圖A-L）。此三維結(jié)構(gòu)材料具有較高的比表面（121.5 m2 g-1）和微孔/中孔結(jié)構(gòu)，可直接生長于導(dǎo)電玻璃基體上形成膜結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)換效率（圖M）。此外，該Nb3O7(OH)三維結(jié)構(gòu)材料通過高溫退火后，可獲得三維結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)，有利于提高其在應(yīng)用中對染料分子的吸附、電子傳輸和傳質(zhì)性能，因此在能源應(yīng)用方面展示出較好的性能。

　　相關(guān)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(xué)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(jié)果；（M）染料敏化太陽電池性能；（N）鋰離子電池性能。