铜及氧化物亚微米结构的表面拉曼增强效应及电化学特性

作     者：邓敏 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊杰

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：铜纳米花 表面拉曼增强 氧化亚铜 锂离子电池 湿化学法 

摘      要：铜及其氧化物因为其储量丰富,来源广泛,价格低廉,并且具有优异的光学、电学、热学和力学等性能,因而在电子器件和新能源发展等领域有着广阔的应用前景。本文着重研究了铜纳米花的可控合成及其表面拉曼增强性能和氧化亚铜作为负极材料在锂离子电池中的电化学性能。具体内容如下:1、铜纳米花的制备和生长机理研究。通过调节表面活性剂（HDA）和还原剂（葡萄糖）的浓度以及反应时间,研究对铜纳米花形貌和结构的影响。结果表明:表面活性剂可以调节（100）晶面的表面自由能,从而影响铜原子在该晶面的沉积,进而影响铜的生长形貌;而随着还原剂的浓度增加,还原铜的反应动力学加快,材料形貌尺寸生长越均匀;通过观察不同时间的生长形状,发现铜纳米花的生长经历了奥斯瓦尔德熟化过程。2、铜纳米花的表面拉曼增强性能研究。将不同浓度HDA制备的铜纳米花进行了拉曼光谱测试发现剑状铜纳米花拥有最高的表面拉曼增强活性,其表面拉曼增强因子可达到5×10～6。3、铜纳米花的表面拉曼增强机理研究。采用COMSOL软件模拟剑状纳米花在光照下的表面电场分布,发现剑状的尖端和相邻剑状的夹角处具有很强的电场,这是剑状纳米花具有较高表面拉曼增强活性的主要原因。4、空心Cu2O纳米晶的制备和电化学性能研究。通过湿化学方法制备出了形貌尺寸均匀的空心六角螺母形状Cu2O纳米晶,并制备成锂离子电池测试其电化学性能。发现空心Cu2O纳米晶在电流密度为500 mA/g下,首圈容量高达1089.7mAh/g,第十圈容量为632.8 mAh/g,循环300圈后容量仍有327.09 mAh/g,是同等测试条件下微米球状Cu2O容量的5.5倍,表现出较高的稳定性。说明空心结构可以降低锂离子电池充放电时因体积膨胀而导致的循环稳定性和结构稳定性差,从而提高Cu2O作为负极材料的锂离子电池的性能。5、采用CVD法进行碳包覆的空心氧化亚铜纳米晶的电化学性能研究。发现不同温度下,碳在氧化亚铜表面包覆的均匀程度不同:温度越高,晶体表面的活性越高,则碳的包覆率越高,电池的循环稳定性也越高,说明在Cu2O表面进行碳包覆有利于增强空心结构在充放电过程中的稳定性。