鉬、鎢氧化物納米材料的制備、生長機理及性能研究.pdf

1、半導體氧化物材料在光照下表面具有受激活化的特性，因此可以利用光能進行有效氧化分解有機物、還原重金屬離子、殺滅細菌及消除異味。與傳統(tǒng)的方法相比，半導體光催化是一種低能耗技術(shù)，具有條件溫和、操作簡便、適用范圍廣、不易形成二次污染、可重復使用等顯著優(yōu)點。據(jù)有關(guān)專家預測，光催化氧化技術(shù)是未來污水治理的最佳方法之一，尤其是可見光驅(qū)動半導體光催化劑的發(fā)展尤為引人注意。由于氧化鉬、氧化鎢都是n型金屬氧化物半導體，在電致變色器件、光致變色器件、信息存儲

2、與顯示、光學器件、傳感器、場發(fā)射器和催化等領(lǐng)域都有許多的應(yīng)用。本文通過水熱法和超聲波輔助化學合成法成功制備出了幾種重要的鉬、鎢氧化物納米材料，采用XRD、FESEM、TEM、FT-IR等表征手段研究了合成產(chǎn)物的形貌和微觀結(jié)構(gòu)，闡明了合成參數(shù)對納米材料形貌和結(jié)構(gòu)的影響，探討了它們的生長機理，并對它們的應(yīng)用展開了一定的研究。
　　1、通過水熱法成功地大量合成出了分級結(jié)構(gòu)的MoO2實心微球。微球的尺寸大小為1.5-3.5μm，由微小的納

3、米片或納米粒子組裝而成。對比實驗表明一些反應(yīng)參數(shù)如還原劑 C6H8O7和礦化劑 Na2CO3的用量極大地影響了MoO2微球的生長。在MoO2微球生長時間演變的實驗基礎(chǔ)上，提出了取向聚集-奧斯瓦爾德熟化生長機制。光催化實驗表明，鎢燈輻照時，在H2O2輔助下，MoO2微球?qū)到饬_丹明B具有較高的催化活性，有望用于現(xiàn)實中的廢水處理。
　　2、通過簡易的水熱還原路線制備了單斜相分級MoO2空心微球，其尺寸范圍為1～2μm，球殼厚度約為15

4、0～300 nm。該MoO2空心微球是由不同的次級單元（納米球或納米片）組成的，而這些次級單元又是由許許多多的細小初級納米粒子自組裝而成的。N2吸附-脫附測試表明MoO2空心微球的介孔殼的孔徑為5～20 nm，比表面積為37.3 m2/g。提出了Ostwald熟化誘導中心空化演變過程，解釋了分級MoO2空心微球的形成機理。MoO2空心微球產(chǎn)品表現(xiàn)出一種快速且大量吸附去除廢水中Cr(VI)的性能，在廢水處理方面有潛在的應(yīng)用價值。此外，所制

5、備的MoO2空心微球具有高的比表面積和孔結(jié)構(gòu)，能大大拓展其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，如催化、傳感器和能量存儲設(shè)備等。
　　3、采用溫和的水熱路線，通過控制AHM的用量，成功得到了正交相α-MoO3納米帶和單斜相MoO2微米車抽。α-MoO3納米帶的長度和寬度范圍分別為100～400 nm和30～40 nm，沿[001]方向生長。MoO2微米車軸是由無數(shù)個厚度為80～150 nm的納米條組裝而成的。根據(jù)紫外-可見光吸收光譜，所獲得的α-

6、MoO3納米帶和的MoO2微米車軸的帶隙能量 Eg值分別為2.90 eV和3.72 eV。研究了MoOx(MoO3和MoO2)的形成過程，并討論了它們的生長機理。
　　4、在簡單且綠色的水熱技術(shù)中，通過控制HCl(5％)的用量，分別得到了三維 MoO2納米片基微球和一維 MoO3納米帶、納米線。鹽酸的引入和用量在控制鉬的氧化物的結(jié)構(gòu)和形貌上起著非常重要的作用。根據(jù)紫外-可見光吸收光譜，所獲得的MoO2微球和MoO3納米帶、納米線的

7、帶隙經(jīng)估算分別為3.92 eV和3.06 eV。
　　5、通過簡易的超聲波輔助化學合成路徑，成功地獲得了結(jié)構(gòu)和形貌可控的MoO3晶體（亞穩(wěn)相 h-MoO3六棱柱和穩(wěn)定相α-MoO3納米片基棒）。h-MoO3和α-MoO3的光學帶隙Eg的值經(jīng)估算分別為2.98 eV和2.84 eV。從亞穩(wěn)態(tài)h-MoO3到穩(wěn)定的α-MoO3的相轉(zhuǎn)變溫度為419℃。在基于實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了一種可能的MoO3晶體的生長機理。與商業(yè)MoO3相比，所獲

8、得的h-MoO3和α-MoO3粉末均顯示出較高的光催化降解RhB的活性。此外，具有特殊形貌的h-MoO3和α-MoO3晶體的控制合成將值得進一步研究其在其他領(lǐng)域如鋰電池、光致變色和光學器件的潛在應(yīng)用。
　　6、通過水熱法成功地制備了單斜相WO3納米片，納米片的平均厚度和長度分別為70～170 nm和15～70μm。該WO3納米片的光學帶隙Eg的值為2.62 eV。討論了水熱反應(yīng)溫度和水熱反應(yīng)時間對合成的WO3產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形貌的影響

9、，并研究了其生長機理。光催化實驗表明，所得的單斜WO3粉末顯示出較高的對RhB的光催化性能。該溫和的水熱合成路線可能用于合理設(shè)計合成其它高性能的金屬氧化物。
　　7、采用超聲波輔助化學合成路徑合成了正交WO3·H2O納米片，經(jīng)煅燒處理，成功獲得了單斜相WO3，該單斜相WO3還保持了正交WO3·H2O納米片的形貌，WO3納米片的厚度和直徑范圍分別是8 nm～25 nm和300 nm～900 nm。通過光催化實驗，發(fā)現(xiàn)所獲得的單斜WO