氢离子电池具有高功率存储、环保等优越的性能,有望成为下一代可持续的新能源电池。该电池的工作原理是电池内部的氢离子在外部弱电流的作用下,通过在电极上的插入和插出的迁移过程实现电池的充电与放电。电极材料是影响电池储能特性主要原因之一,针对这一重要课题,本文选用正交三氧化钼纳米带作为氢离子电池的电极材料,通过改变三氧化钼的表面尺寸、调控预先插入的氢离子浓度探究了材料结构的稳定性对氢离子电池性能的影响。研究内容如下:1.以过氧钼酸为前驱体,利用水热法合成α-MoO₃纳米带,通过电子显微和X射线衍射技术进行材料性质表征。结果表明,制备的纳米带形貌均一、表面光滑、带宽约90-200nm、长度约为5-20μm。此外,通过调控和优化反应过程中的相关参数,在填充度为60%,温度180℃条件下反应4h时生长的α-MoO₃纳米带形貌最好。2.利用醇的还原性与α-MoO₃纳米带反应,得到氢钼青铜纳米带（H_xMoO₃）,并通过控制反应物乙醇的量实现了H_xMoO₃中H⁺浓度的可控调节。实验结果表明氢离子的掺杂不会改变α-MoO₃纳米带的晶体结构和形貌,随着掺杂的H⁺浓度增加,晶面间距增大,但由于α-MoO₃纳米带中与H⁺结合的位点有限,晶面间距增幅有限。同时使用醇作为氧的清除剂,在有氧高压釜中用水热法制备出钾钼青铜纳米带,实验表明所得样品为钾红青铜。3.通过电化学工作站对合成的α-MoO₃、H_xMoO₃纳米带电极在电化学性能方面的性质进行了表征和研究。结果表明,水热合成的α-MoO₃纳米带具有超快的氢离子存储特性,在500C的超高速率下具有高达216 mAhg^-1的比容量。通过对比和研究我们发现,α-MoO₃纳米带的准一维结构使得H⁺扩散长度缩短、电子的传输通道变高。H_xMoO₃纳米带电极在相同的条件下测得的放电量没有α-MoO₃纳米带电极高,原因是预先掺杂的氢离子会引起纳米带结构畸变和无序,影响了α-MoO₃纳米带的电化学性能。尽管预先掺杂的氢离子降低了初始放电容量,但该方法提高α-MoO₃纳米带的电化学稳定性,具体表现在500C的超高速率下经过200次充放电循环后,容量保持率保持在96%以上。4.利用X射线衍射研究了α-MoO₃和H_xMoO₃纳米带的结构演变过程。通过比较α-MoO₃电极和H_xMoO₃电极在充放电过程中H⁺插入/脱出进一步验证了预先掺杂的氢离子,有利于提高α-MoO₃纳米带晶体内部结构的稳定性和提升该电极材料的电化学稳定性。此外,对不同氢浓度掺杂的α-MoO₃纳米带进行了电化学CV曲线测试,测试结果表明一定量的氢掺杂具有提高电化学性能的能力。当氢掺杂过量时,其反而占据了一些电化学活性位点,过多的氢也会阻碍vdW间隙,阻碍了离子的插入/脱出,导致材料的电化学性能降低。综上,本研究将为进一步提高氢离子电池的电化学储氢性能,开发高倍率、高功率密度的氢离子电池提供一条可行的途径。