本論文主要以X光吸收光譜及X光發散能譜研究鋰電池陽極材料ZnFe2-yCryO4的電子原子結構及電化學特性之關係，鋰電池陽極材料ZnFe2-yCryO4 (y=0~2)藉由摻雜Cr (y)去改變其電化學特性，在循環伏安法實驗中發現在不同的y值下有相同的氧化電壓但有不同的還原電壓，藉由同步輻射光進行吸收譜的實驗研究其關係。X光延伸精細結構 (EXAFS)探討ZnFe2-yCryO4 的原子結構，再利用擬合計算出各個晶格參數。X光吸收近邊緣結構 (XANES) 和X光發散能譜(XES) 分析ZnFe2-yCryO4 在y=0~2時各元素之未佔據態資訊與XES佔據態結構比較，利用未佔據態和佔據態能量位置的概念，解釋電化學充放電反應時的電壓與之關係。藉由電子結構的討論更能充分的解釋電化學反應之機制。

In the report, while the Cyclic-Voltage (CV) result of ZnFe2-yCryO4 (y=0~2) showed that the different ratio y have the same oxidation potential but the different reduction potential. Therefore, it is important to explore the connection between electronic and atomic structure by Synchrotron radiation technologies. Extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) showed the normal spinel structure, and the EXAFS fitting showed the bond length of Fe-O and Cr-O. X-ray absorption near edge structure (XANES) showed the unoccupied state electronic structure, and X-ray emission spectroscopy (XES) showed the occupied state information. Compared with electronic structure and electrochemical performance, Find out the relationship between the occupied/unoccupied state and charge/discharge potential.

目錄
第一章 緒論	1
一、 鋰電池工作原理	1
二、 鋰電池電極材料	3
三、 電解質	5
第二章 實驗目的	6
一、ZnFe2-yCryO4樣品介紹	6
1.  ZnFe2-yCryO4	6
2. 電化學特性	9
二、X光吸收光譜在鋰電池之研究	12
1.	晶格場分裂	12
2. 鋰電池電極在電化學反應時的電子結構變化	14
第三章 實驗方法	16
一、實驗	16
1. 光源	16
2. 單色儀	19
3. 測量方法	20
二、X光吸收光譜簡介 (X-ray Absorption Spectroscopy, XAS)	23
1.	選擇定則 (Selection rules)	27
2.	X 光吸收光譜近邊緣結構 (X-ray Absorption Near Edge Structure, XANES)	29
3.	延伸X 光吸收光譜精細結構(Extended X-ray Absorption Fine Structure, EXAFS)	31
4.	數據分析	33
三、電化學循環伏安法 (Cyclic Voltammetry)	37
四、X光發射能譜 (X-ray Emission Spectroscopy, XES)	38
第四章 實驗結果與分析	40
一、X光吸收近邊結構 (XANES)	40
二、延伸X 光吸收光譜精細結構 (EXAFS)	52
三、X光發射能譜 (XES)	61
四、電子結構與電化學結果之探討	63
第四章 結論	65
第五章 參考文獻	67


圖表目錄
圖1-1 鋰電池工作原理	2
表1-1 鋰電池陰極材料比較	4
表1-2鋰電池陽極材料比較	4
表 1-3 常見電解液參數比較	5
圖2-1 SEM	7
圖2-2 ZnFe2-yCryO4晶體結構圖	7
圖2-3 XRD 	8
表 2-1 XRD計算之值 	9
圖2-3 電化學分析 	11
圖2-4 八面體之晶格場分裂示意圖	13
圖2-5 四面體之晶格場分裂示意圖	13
圖2-6 電化學電位與HOMO、LUMO關係圖	15
圖 2-7 電池充電對d-p軌域耦合的影響	15
表 3-1 台灣同步輻射光原參數 	17
圖 3-1 台灣同步輻射光束線 	18
表 3-2 光束線參數 	18
圖 3-2 同步輻射X光吸收光譜實驗站示意圖	19
圖 3-3 電子逸出法 (Total electro yield)	22
圖 3-4 穿透法 (Transmission)	22
圖 3-5 螢光法 (Fluorescence)	22
圖 3-6 銅吸收截面與光能圖 	24
圖 3-7 X光吸收光譜原理圖	26
圖 3-7 XANES與EXAFS分界圖 (Cr2O3 K-edge)	30
圖 3-8 光電子平均自由路徑與能量關係圖 	30
圖 3-9 單一散射與多重散射示意圖	31
圖 3-10 數據分析步驟示意圖	33
圖 3-11 Athena 二次微分校正E0值	33
圖3-13擬合計算示意圖	36
圖 3-14電化學循環伏安圖 (Cyclic Voltammetry)	37
圖 3-15 XAS和XES譜線	39
圖 3-16 X光發射能譜能態原理示意圖	39
圖 4-1 Fe K-edge	42
圖 4-2 Cr K-edge.....................................................................................42
圖 4-3 Fe L2,3-edge	44
圖 4-4 Cr L2,3-edge………………………………….…………………..44
圖 4-5 Zn K-edge	46
圖 4-6 Zn L2,3-edge…………………………….……………………….46
圖 4-7 O K-edge	48
圖 4-8 O K-edge 3d/4s4p	50
圖 4-9 O K-edge t2g-eg 能量位置圖	51
圖 4-10 Fe EXAFS傅立葉轉換圖	54
圖 4-11 Cr EXAFS傅立葉轉換圖	55
圖 4-12 Zn EXAFS傅立葉轉換圖	56
圖 4-13 Fe、Cr和Zn 在y=1之k空間比較圖	57
表4-1 EXAFS fitting 結果表	60
圖4-14 y=1.5之EXAFS fitting結果圖	60
圖4-15 O Ka 發散光譜	62
圖 4-16 氧的能量位置關係圖	62
圖 4-17 充放電與氧的能量位置關係圖	64
圖 4-18 電化學Cyclic Voltammetry圖	64

1.	Nagaura, T et al., Batteries Solar Cells,9, 209 (1990)
2.	M. Stanley Whittingham et al ., Chem. Rev, 104, 4271-4301 (2004)
3.	鋰離子電池原理與技術/黃可龍、王兆翔、劉素琴、
4.	Hong Li, et al., Adv. Mater,9 , 736-739 (2003)
5.	R. Kalai Selvan et al ., Journal of Power Sources, 157, 522–527 (2006)
6.	C. T. Cherian et al., Appl. Mater. Interfaces, 5, 9957−9963 (2003)
7.	Pei Fen The et al., J. Phys. Chem. C, 117, 24213-24223 (2013)
8.	M. Fonin et al., Phys. Rev. B,72 ,100436 (2005)
9.	R. D. Shannon et al ., Acta. Cryst, 32, 751-764 (1976)
10.	James McBreen et al ., J. Solid. State. Electrochem, 13,1051-1061 (2009)
11.	R. Dominko et al ., J Power Sources, 189, 51-58 (2009)
12.	Kyung Wan Nam et al ., Electrochemistry Communications, 11, 2023-2026 (2009)
13.	Hirotaka Yamaguchi et al ., Phys. Rev. B, 58, 8-11 (1998)
14.	Mineralogical Applications of Crystal Field Theory /Roger. G. Burns
15.	F. M. F. de Groot et al ., Phys. Rev. B, 42, 5459-5468 (1990)
16.	P. O. Offenhartz et al ., J. Amer. Chem. Soci, 91, 5699-5704 (1969)
17.	W. Yang et al ., Jour. Elec. Spec. Rela. Phen. 190,64-67 (2013)

18.	John B. Goodenough et al .,Chem. Mater. 22, 587-603 (2010)
19.	NSRRC
20.	C. S. Hwang, F. Y. Lin, C. H. Lee, K. L. Yu, P. K. Tseng, J. T. Lin, H. C. Tseng, W. C. Su, J. R. Chen, T. L. Lin, and W. F. Pong, Rev. Sci.
21.	X射線吸收精細結構及其應用 / 王其武,劉文漢編著.
22.	“X-Ray Absorption : Principles, Application, Techniques of EXAFS, SEXAFS, SEXAFS and XANES”, edited by D. C. Koningsberger, and R. Prins, Chem. Analysis Vol.92 (Wiley 1988). 
23.	"EXAFS and Near edge Structure", edited by A. Bianconi, L. Incoccia and S. Stipcich (Springer-Verlay 1983).
24.	“EXAFS , Basic Principle and Data Analysis”, edited by Boon K. Teo (Springer-Verlag 1986).
25.	“EXAFS , Basic Pri nciple and Data Analysis”, edited by Boon K. Teo (Springer-Verlag Berlin 1986).
26.	L. -C. Duda et al .,Jour. Allo. Comp, 362, 116-123 (2004)
27.	M. J. Akhtar et al ., J. Phys. Condens. Matter, 21 405303 (2009)
28.	F. Groot de et al ., Chem. Rev, 101, 1779-1808 (2001)
29.	S. J. Stewart et al ., Phys. Rev. B, 75, 073408 (2007)
30.	T. Shinagawa et al .,Chem. Mater, 18, 763-770 (2006)
31.	W. Yan et al .,Appl. Phys. Lett, 97, 042504 (2010)
32.	D. Joseph et al ., Bull. Mater. Sci, 36 1067-1072 (2013)
33.	F . M. F. de Groot et al ., Phys. Rev. B, 41, 928~937 (1990)
34.	C. Theil et al .,Phys. Rev. B, 59, 7931-7936  (1990)
35.	S. J. Stewartt et al ., Phys. Rev. B, 75, 073408 (2007)
36.	J. W. Chiou et al ., Appl. Phys. Lett, 84, 3462-3464 (2004)
37.	http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativities_of_the_elements_(data_page)
38.	F. M. F. de Groot et al .,Phys. Rev. B, 40, 5715-5723 (1989)
39.	C. X. Kronawitter et al .,Nano. Lett, 11, 3855-3861 (2011)
40.	Tsutomu Shinagawa et al., Chem. Mater. 18, 763-770 (2006)