三氧化钼复合纳米材料的制备及其电化学性能研究(2)
图1.1 MoO3结构图
1.2 MoO3性能与应用
材料的结构决定材料的性能，MoO3独特的层状结构使其易于引入不同功能的基团，同时还容易产生氧空位而变成MoO3-x使其易于进行小离子注入。因此，在储能材料、显色材料、电子元器件、传感器等方面具有潜在而广泛的应用[2]。下面对其几个主要性能进行介绍：
① 电致变色
电致变色是指在外加电场的作用下，材料的光学性能，例如反射率、透过率、折射率等会发生可逆而稳定变化，导致颜色、亮度和透明度等也发生可逆变化。Mo离子基态和激发态之间的能量差很小,吸收少量能量即可使电子从基态跃迁到激发态，激发态的也会自发相低能态跃迁而放出能量,这就使Mo离子容易出现多种价态混合共存。离子价态改变会释放出相应能量值的电磁波,在可见光区域即可导致颜色也发生相应的变化。因此可用于制造电致变色玻璃，电致变色传感器等智能环保产品。
② 光致变色
光致变色是指在一定的频率和强度的光作用下，材料的内部结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变，且这种改变往往是可逆的。具有光致变色性能的材料可用于信息存储元件、材料包装、全息记录照相和光强检测等领域。
③ 气致变色
气致变色与电致变色相近，一些材料（一般为电致变色元件）接触到氧化还原性气体会发生相互作用，产生可逆的颜色改变。气致变色主要应用于制备灵巧调光窗和气敏传感器（例如氢气、氧气、氯气、硫化氢和一氧化物气体等）。
④ 超级电容
从原电池到二次电池再到燃料电池，电池储能元件的使用性能逐步提高，但仍然存在充电时间久，循环寿命短等不足。另一方面，静电电容器储能元件刚好与电池相互补充。不过随着科技社会的发展，需要找到一种具备两者优点的新型储能元件，超级电容器（结构如图1.2所示）应运而生。它不仅具有静电电容器功率密度大、充放电速率快、循环寿命长等优点还具有电池能量密度高的显著特点，同时使用无记忆效应，对环境友好无污染，是一种非常理想的储能元件，有望成为主流［2,3］。鉴于超级电容器众多的优点，可广泛应用于航天航空、车辆工程、信息技术、电子元件、电器设备等多个领域［4,5］。超级电容器是通过极化电解质来实现储能的。根据电解质的吸附情况分为双电层电容器、赝电容器以及混合电容器三种。双电容器类似于普通电容器，其工作原理是：当双电容器的两极板间存在电场时，正负电荷就会分别往正负极板迁移并储存在极板电活性材料上，使得两极板间产生平衡内电场（电场方向与外加电场相同），同时伴随电解质的迁移（方向与外电场相反）。电容器极板间距越小，正负电荷的间距也越小，因此通过缩短极板间距即可获得很大的电容[6]。赝电容器工作过程中涉及到电化学反应。在外加电场作用下，电解质会发生迁移，扩散到电极与电解液界面时与电极表面的活性物质会发生电化学反应（化学吸附），从而改变电极电位，实现电荷存储；放电时，电解质从电极表面脱附到电解液中，释放存储的电荷。通过电解质反复的化学吸附和脱附过程实现充放电[7]。超级电容器的正负电荷距离取决于带电电极所吸引的电解质离子的尺寸而电荷密度取决于正负极材料的比表面积。MoO3特有的层状结构以及Mo空位使其具有优秀的比表面积和离子吸附能力（主要是Mo离子与电解质离子发生氧化还原反应），完全具备赝电容器电极材料的特性，用作超级电容器电极材料的前景可观。
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