金屬氧化物微納米晶體的表面結(jié)構(gòu)控制及功能調(diào)控.pdf

1、金屬氧化物(TiO2，SnO2，ZnO)納米材料在光催化、氣敏、太陽(yáng)能電池等方面都有著非常重要的應(yīng)用，如何進(jìn)一步提高其催化活性和利用效率一直是相關(guān)領(lǐng)域的重大科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。表面是各類固體材料特殊和關(guān)鍵的組成部分，眾多化學(xué)和物理過(guò)程都發(fā)生在表面上，因此表面結(jié)構(gòu)的不同直接決定了材料的一些物理和化學(xué)性質(zhì)的不同。近年來(lái)，通過(guò)形貌的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)其性質(zhì)的改變引起人們的廣泛關(guān)注。但是目前為止合成出的納米材料大多是以低能面裸露的顆粒，而高能面裸露

2、的納米材料合成的較少。究其原因主要是晶體在生長(zhǎng)的過(guò)程中，為了保持其表面能最小，通常都是以一些低能或低指數(shù)晶面裸露，而高能或高指數(shù)晶面具有高的表面能，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中很快消失，所以無(wú)論是天然的還是人工合成的大部分晶體都是以低能面裸露。因此制備出具有高能面裸露的金屬氧化物納米材料既是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的工作也是一種提高材料性能的有效途徑。
　　 對(duì)于納米晶體，特定結(jié)構(gòu)表面的控制無(wú)法用傳統(tǒng)的晶體切割方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，只能在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行控制。本

3、論文中，我們通過(guò)選用合適的表面吸附劑，成功地制備出了高能(001)面裸露的二氧化鈦納米片，一系列高指數(shù)晶面裸露的二氧化鈦多面體，以及高能{221}面裸露的二氧化錫八面體。與低指數(shù)晶面裸露的納米材料相比，顯著提高了它們的活性(光催化，氣敏)。并通過(guò)不同的合成方法合成出具有不同晶面裸露的ZnO微納米顆粒，比較了它們的光催化和氣敏活性。同時(shí)我們?cè)谟退岷驼涟返捏w系中，通過(guò)油酸的自上而下的定向刻蝕作用，合成出具有特定晶面裸露的MnO和ZnO納米

4、材料。
　　 1.通過(guò)水熱法利用F-的吸附合成出具有高能(001)面裸露的二氧化鈦納米片，高能(001)面可以占到整個(gè)表面的89％，而且這種納米片表現(xiàn)出非常高的光催化活性，比商用的P25的光催化活性還要高。
　　 2.利用鈦酸鉀作為前驅(qū)物，合成出一系列具有高能{001}面，以及高指數(shù){103}，{102}，{401}面和低能{101}面裸露的納米顆粒。對(duì)其光催化性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明具有不同晶面裸露的納米材料所表現(xiàn)出的催

5、化性能是不同的，順序依次是{001}>{102}≈{103}>{401}>{101}。
　　 3.通過(guò)水熱法利用鹽酸和PVP的雙重作用合成出具有高能{221}面裸露的二氧化錫八面體納米顆粒，并通過(guò)改變鹽酸的加入量可以控制二氧化錫的形貌(長(zhǎng)矛狀，拉長(zhǎng)八面體，八面體)，并對(duì)其進(jìn)行氣敏性質(zhì)的測(cè)試，結(jié)果顯示具有高能面{221}面裸露的八面體的氣敏性能最高。因此通過(guò)構(gòu)筑高能面可以改善材料的氣敏活性。
　　 4.通過(guò)不同的試驗(yàn)條件合

6、成出具有不同晶面裸露的ZnO納米材料，分別為具有{1011}面和(0001)面裸露的錐狀ZnO，具有{1010}面裸露的柱狀ZnO，以及具有(0001)和(0001)面裸露的片狀ZnO。通過(guò)比較這三種不同晶面裸露的ZnO納米材料的光催化和氣敏活性，研究表明，ZnO晶面與光催化和氣敏活性的關(guān)系為：(0001)>{1010}>{1011}和(0001)。通過(guò)XPS和結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，晶面不同引起活性不一樣的主要原因是不同晶面的表面化學(xué)吸附是不一