工業(yè)經濟的迅速發(fā)展和汽車保有量的持續(xù)增長,對人們的生存環(huán)境和身體健康造成了極大的損害。一方面,化石資源消耗殆盡,開發(fā)新能源迫在眉睫,半導體光催化和染料敏化太陽能電池較高的太陽能利用效率吸引了人們的廣泛興趣。另一方面,有毒有害氣體的排放更加嚴重,開發(fā)新型高效的半導體傳感器用于大氣環(huán)境中毒害氣體的監(jiān)測是有效控制空氣質量的重要保障,也是當前國內外研究的焦點課題。一維納米結構三氧化鉬(1D MoO3)具有特殊的孔道結構,在光致變色、電致變色、能量存儲、氣體傳感器和光電領域展現(xiàn)了誘人的應用前景。本論文采用簡易酸化法、水熱合成法和超聲化學法制備了不同晶型和長徑比的氧化鉬一維納米材料,并重點研究了不同方法制備氧化鉬的構效關系。1.采用簡易酸化法在85℃的溫和條件下快速制備了長徑比高達40的α-MoO3納米棒,并詳細研究了攪拌時間、保溫時間、酸度等參數(shù)對一維氧化鉬納米棒的低溫生長的重要作用。該法制備的α-MoO3納米棒在292℃的最佳操作溫度下對40 ppm CO的靈敏度高達321,對CH4的選擇性達19。2.采用水熱法以CTAB為結構誘導劑在180℃下合成了長徑比約20的α-MoO3納米棒,并研究了其生長機理。該法制備的α-MoO3納米棒對10ppm NO2、10ppm CO和10 ppm CH4的靈敏度分別為37、21和15。PL和XPS分析表明α-MoO3的內在氣敏機制來源于氧空位導致的非化學計量性。3.采用CTAB協(xié)助的普通超聲化學法和和SDS協(xié)助的探頭超聲化學法合成了長徑比分別為25和10的亞穩(wěn)態(tài)h-MoO3納米棒,經436℃熱處理后完全轉變?yōu)榉�(wěn)定態(tài)的α-MoO3。研究發(fā)現(xiàn),合成方法對氧化鉬納米棒氣敏性能的影響比形貌和長徑比更為重要。探頭超聲法合成的氧化鉬納米棒所需的焙燒溫度(500℃)低于普通超聲法(700℃)；二者具有相同的最佳操作溫度290℃；探頭超聲法合成氧化鉬納米棒對NO2的靈敏度(103)高于普通超聲法合成氧化鉬納米棒對NO2的靈敏度(79)。4.基于能帶調控理論,制備了Fe2(MoO4)3@a-MoO3負載型光催化劑和比表面積高達313m2/g的MoO3/TiO2復合光催化劑。Fe2(MoO4)3@a-MoO3負載型光催化劑對酸性橙的光催化效果比純鉬酸鐵提高50%;2 wt.%MoO3/TiO2在可見光下光催化反應速率約為純TiO2的2倍,并從可見光吸收、活化位點和異質結耦合效應三個方面對其光催化改性進行了分析和討論。5.選用硝酸鈉作為水熱反應的礦化劑,通過鉬粉和雙氧水反應生成MoO2(OH)(OOH)前驅體,在水熱條件下成功制備了具有孔道結構的亞穩(wěn)態(tài)h-MoO3內米帶,首次研究了h-MoO3納米帶的光電性能,并通過Ni、Co、Fe等元素摻雜提高了h-MoO3的光電效率。其中,5%Fe-MoO3納米帶的光電轉換效率提高了428%,由0.18%提高至0.95%。綜上所述,本論文深入研究了一維納米氧化鉬的制備方法、結構特性及其氣敏和和光敏性能,結果表明氧化鉬是一種極具開發(fā)潛力的非化學計量性多功能金屬氧化物。
【學位單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TQ136.12;TB383.1
【部分圖文】：

一維納米材料一般在徑向處于納米尺度（低于１００邋ｎｍ），長徑比可Ｗ從十幾邐、到成百上千。圖１－１顯示了幾種典型的一維納米結構；納米管、納米棒／線和納米逡逑帶。目前研究人員己經成功制備了單質、氧化物、硫化物、氮化物等多種類型的逡逑一維納米結構［１１１。碳納米管具有典型的管狀一維納米結構，它由單層或者多層石逡逑ＲＡＷ、、

（３）氣相法逡逑氣相法制備納米材料主要有２種生長機制：氣－液－固（Ｖａｐｏｒ－Ｌｉｑｉｕｄ－Ｓｏｌｉｄ，逡逑ＶＬＳ）機制、氣－固（Ｖａｐｏｒ－Ｓｏｌｋｌ，ＶＳ）機制口８］，如圖１－２所示。逡逑①

邐ｓｕｒｆａｃｅ邐ｇ幻ｓ逡逑圖１－４半導體表面吸附氧離子物種后的能帶彎曲模型。ＥＣ、ＥＦ和ＥＶ分別表示導帶、費米逡逑能級、價帶，八ａｉｒ表示空間電荷層的厚度，ｅＶｓＷａｃｅ表示勢壘，ｅ－和＋分別表示電子和空穴。逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂａｎｄ邋ｂｅｎｄｉｎｇ邋ａｆｔｅｒ邋ｃｈｅｍｉｓｏｒｐｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｃｈａｒｇｅｄ邋ｓｐｅｃｉｅｓ．逡逑當半導體氣敏材料與ＣＯ邋（還原性氣體）接觸時，ＣＯ與半導體表面吸附的逡逑氧物種發(fā)生反應，生成單齒或多齒碳酸鹽，最終Ｃ0２的形式脫附，半導體氧逡逑化物得到的電子又重新回到氧化物中，使肖斯將勢壘的高度減小，致使整個敏感逡逑層的電阻減�。ㄈ鐖D１－５所示）。相反，當氣敏材料與氧化性氣體接觸時，氧化逡逑性氣體可能會占有額外的表面狀態(tài)，而且由于氧化性氣體具有更強的吸電子能力，逡逑更多的電子從ｎ型半導體的導帶激發(fā)，導致空間電荷層的增加和晶界勢壘高度的逡逑增加ＰＵ

本文編號：2812100