钼基半导体及其复合物的液相合成与性能研究

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随着社会的不断更新进步,纳米科技与纳米材料的研究越来越得到重视,世界很多国家开始投入研究和开发纳米材料的应用,努力加快其大规模应用的进程。钼基氧化物及其复合氧化物微纳材料与其他材料相比具有良好的光学和电学性能,同时具有较高的稳定性能,在电致变色,光致变色,催化和智能窗等领域有巨大的应用潜力。而钼基微纳材料的光学和催化性能受到其本身结构、形貌、组成等因素的影响。因此控制合成具有特殊结构,形貌和组成的钼基氧化物及其复合物微纳材料对提高其各项应用性能有着十分重要的意义。  本文采用温和的液相合成法,在合成过程中分别加入有机小分子和掺杂其他元素氧化物,水浴条件下成功合成了 h-MoO3 微米棒,WO3-MoO3 空心微米球及TiO2-MoO3 微米花束复合氧化物,研究所合成材料的形貌,结构,光致变色性能和光催化性能。本论文的具体研究工作分为:  第一部分:采用壳聚糖为诱导剂,钼酸铵溶液和盐酸溶液为反应剂,首先在常温的条件下将壳聚糖和盐酸溶液混合均匀,然后再在温度为 90℃下反应,合成出h-MoO3微米花结构。通过改变反应时间,所加酸溶液的量,所加反应剂的顺序,反应温度以及壳聚糖的用量来考察其对样品的尺寸和形貌的影响。对所得的样品进行紫外和光致变色性能测试,结果发现随着壳聚糖量的增加,样品会发生明显的红移现象,变色结果显示样品的光致变色性能随壳聚糖量的增加而有所提升。因此,可以通过控制不同反应条件来控制产物的尺寸和形貌,从而提高样品的性能。  第二部分:在 60℃常压的条件下,采用简单的液相合成法,加入少量的钨酸钠,成功的合成了 WO3-MoO3复合氧化物纳米材料。通过改变钨酸钠和盐酸的用量,反应时间,反应温度和表面活性剂的量对样品的形貌和尺寸进行调控。实验发现表面活性剂的用量对样品的光致变色性能有很大的影响,随着表面活性剂用量的增加,样品的变色性能随之增强,这主要是由于表面活性剂PEG 6K中的羟基具有还原性,在变色的过程中能够提供电子。本章节工作对于在温和的条件下探索合成氧化物复合材料的条件和开发优越的性能提供了新的思路。  第三部分:先合成TiO2作为晶核,再加入钼酸铵溶液合成TiO2-MoO3复合氧化物材料。通过控制Ti/Mo的比例,加入盐酸溶液之后形成TiO2时的反应时间,加入钼酸铵溶液之后的生长时间以及表面活性剂等条件来调节样品的尺寸和形貌。对不同 Ti/Mo 比例所得的复合氧化物样品进行光催化降解研究发现:TiO2-MoO3复合氧化物的光催化降解性能与纯的h-MoO3相比得到了大大的提升,当Ti/Mo比为1∶2时样品的纯降解率最高。  简而言之,本论文采用简单易行的液相沉淀法,合成了一系列钼基氧化物及复合氧化物材料,通过控制反应的条件可以调控样品的尺寸和形貌。对实验得到的样品进行性能测试研究,结果表明,钼基复合氧化物材料不论在光致变色性能还是在光催化降解性能方面都比纯钼基氧化物优越。
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