鉬、鎢氧化物納米材料的制備、生長(zhǎng)機(jī)理及性能研究.pdf

1、半導(dǎo)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(jìn)行有效氧化分解有機(jī)物、還原重金屬離子、殺滅細(xì)菌及消除異味。與傳統(tǒng)的方法相比，半導(dǎo)體光催化是一種低能耗技術(shù)，具有條件溫和、操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、不易形成二次污染、可重復(fù)使用等顯著優(yōu)點(diǎn)。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，光催化氧化技術(shù)是未來(lái)污水治理的最佳方法之一，尤其是可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)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(dǎo)體，在電致變色器件、光致變色器件、信息存儲(chǔ)

2、與顯示、光學(xué)器件、傳感器、場(chǎng)發(fā)射器和催化等領(lǐng)域都有許多的應(yīng)用。本文通過(guò)水熱法和超聲波輔助化學(xué)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(duì)納米材料形貌和結(jié)構(gòu)的影響，探討了它們的生長(zhǎng)機(jī)理，并對(duì)它們的應(yīng)用展開(kāi)了一定的研究。
　　1、通過(guò)水熱法成功地大量合成出了分級(jí)結(jié)構(gòu)的MoO2實(shí)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(duì)比實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)。在MoO2微球生長(zhǎng)時(shí)間演變的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了取向聚集-奧斯瓦爾德熟化生長(zhǎng)機(jī)制。光催化實(shí)驗(yàn)表明，鎢燈輻照時(shí)，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(shí)中的廢水處理。
　　2、通過(guò)簡(jiǎn)易的水熱還原路線(xiàn)制備了單斜相分級(jí)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(jí)單元（納米球或納米片）組成的，而這些次級(jí)單元又是由許許多多的細(xì)小初級(jí)納米粒子自組裝而成的。N2吸附-脫附測(cè)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(dǎo)中心空化演變過(guò)程，解釋了分級(jí)MoO2空心微球的形成機(jī)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(jià)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(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，如催化、傳感器和能量存儲(chǔ)設(shè)備等。
　　3、采用溫和的水熱路線(xiàn)，通過(guò)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(chē)抽。α-MoO3納米帶的長(zhǎng)度和寬度范圍分別為100～400 nm和30～40 nm，沿[001]方向生長(zhǎng)。MoO2微米車(chē)軸是由無(wú)數(shù)個(gè)厚度為80～150 nm的納米條組裝而成的。根據(jù)紫外-可見(jiàn)光吸收光譜，所獲得的α-

6、MoO3納米帶和的MoO2微米車(chē)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(guò)程，并討論了它們的生長(zhǎng)機(jī)理。
　　4、在簡(jiǎn)單且綠色的水熱技術(shù)中，通過(guò)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(xiàn)。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(jiàn)光吸收光譜，所獲得的MoO2微球和MoO3納米帶、納米線(xiàn)的

7、帶隙經(jīng)估算分別為3.92 eV和3.06 eV。
　　5、通過(guò)簡(jiǎn)易的超聲波輔助化學(xué)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(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了一種可能的MoO3晶體的生長(zhǎng)機(jī)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(jìn)一步研究其在其他領(lǐng)域如鋰電池、光致變色和光學(xué)器件的潛在應(yīng)用。
　　6、通過(guò)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(zhǎng)度分別為70～170 nm和15～70μm。該WO3納米片的光學(xué)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(shí)間對(duì)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(zhǎng)機(jī)理。光催化實(shí)驗(yàn)表明，所得的單斜WO3粉末顯示出較高的對(duì)RhB的光催化性能。該溫和的水熱合成路線(xiàn)可能用于合理設(shè)計(jì)合成其它高性能的金屬氧化物。
　　7、采用超聲波輔助化學(xué)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(guò)光催化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所獲得的單斜WO