中文摘要：

针对目前纳米复合储锂材料领域普遍存在的结构调控方面的难题，本项目拟建立以含活性基团的有机金属超分子自组装材料为前驱体，结合辐照聚合和碳化的手段，制备金属氧化物/碳纳米复合储锂材料的新方法。该方法充分利用了超分子纳米体系在组装调控方面具有多样、灵活的特点，实现金属氧化物/碳纳米复合储锂材料的结构调控。活性基团的引入使得组装体在聚合步骤形成致密交联的聚合物网络，起到阻止金属离子聚集并稳定材料形貌的作用。金属以离子形式通过化学键高度均匀引入组装体，并原位转变为金属氧化物纳米粒子，保证了金属氧化物纳米粒子在碳基质中的均匀分布，有利于消除Li插入/脱出过程产生的应力，从而提高材料的电化学性能。在复合材料结构可调控的基础上，深入研究材料结构和储锂性能之间的科学关系，为有效指导电极材料开发、优化电极微结构设计提供理论依据。

结论摘要：

本项目以含活性基团的有机金属超分子自组装材料为前驱体，结合超分子自组装、聚合、碳化和自催化反应等手段，建立制备金属氧化物/载体纳米复合材料的新方法。我们采用羧酸根作为金属离子的配位基团，用于与金属离子连接形成配位网络；并在有机配体上增加活性基团来赋予其额外的功能性，以实现复合功能材料合成。金属以离子形式通过化学键高度均匀引入组装体，并原位转变为金属氧化物纳米粒子，保证了金属氧化物纳米粒子在碳基质中的均匀分布。在复合材料结构可调控的基础上，深入研究材料结构和性能之间的科学关系。我们合成的甲基丙烯酸盐分子，中心金属离子作为配体分子的连接点；羧酸根具有两个配位点可以同时与两个金属离子进行配位，这样羧酸根桥连配位起到了分子间的连接作用，而碳碳双键可以起到刚性骨架支撑结构的作用。我们设计的分子既具有亲水端又具有疏水端，并且根据配位与否可以改变亲水能力；被设计的分子既具有氢键给体又具有氢键受体，并且根据配位与否可以改变接受氢键的能力；因此，通过外界微小的变化就可以改变自组装的结构。通过简单地改变溶剂种类和反应温度，制备了ZnMA的一维结构和二维结构。该方法可以扩展到其它金属，合成的材料有望在光学器件、磁性材料和储理材料等方面得到很好地应用。通过连续自发反应，我们建立了自催化合成氧化铕/二氧化硅多孔复合材料的新制备方法。利用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和溴乙酸铕（EUBA）发生亲核取代反应，不但实现了羧酸盐基团与三乙氧基烷基团的链接，而更重要的是，亲核取代反应也产生了可以在近中性条件下催化三乙氧基硅基水解的质子化胺基团。产生的质子化胺基团同时催化APTES和正硅酸乙酯上的三乙氧基硅基团水解和缩合形成交联致密的Si-O-Si网络。最后除去有机部分形成多孔结构的同时在二氧化硅中原位生成小的氧化铕簇。我们建立的方法还具有一定的普适性，可以制备其它金属氧化物/二氧化硅复合多孔材料。我们提出了原位固相水解法在体相聚合物基质中制备TiO2纳米晶的方法，实现了体相透明TiO2纳米晶/聚合物复合材料的制备。这个方法易推广到其它体相透明聚合物基金属及金属氧化物复合材料，为制备新种类的各种功能聚合物复合材料打开更广阔的途径。在此基础上，以共价键链钛离子的聚合物材料为前驱体，制备了TiO2纳米晶/多孔碳复合材料。合成的材料有望在光学器件、磁性材料和储理材料等方面得到很好地应用。