氧化钒纳米材料的制备及光电性能研究

发布时间：2018-04-11 01:32

  本文选题：二氧化钒 + 一维材料　； 参考：《中国科学技术大学》2015年博士论文

【摘要】：半导体纳米氧化钒体系具有优异的光、电和磁学性能,在光催化、光电子器件及锂离子电池等领域有着广泛的应用。钒作为一种过渡族金属元素具有多种价态,化学性质活泼。钒氧化合物体系具有多种不同的化学计量比相结构,研究如何控制合成钒氧化合物体系中固定化学计量比的相结构具有十分重要的意义。本论文研究的主要内容包括纳米钒氧化合物体系的不同相和结构的合成及光电性质的研究,主要内容及相关结果如下： 第一、通过水热合成方法制备了亚稳态四方相VO2(A)纳米棒,SEM结果显示纳米棒宽度约为200nm, XRD显示其趋向[110]方向生长,变温XRD实验证明其存在结构相转变,晶格参数c/a随温度变化发生突变,热分析实验研究进一步证明其相变是可逆的,但存在36℃的热滞宽度,利用变温FT-IR研究了相变前后的V-O振动峰的演化,Raman振动峰位在相转变温度附近发生明显的红移现象,结构相转变机制涉及电声子相互作用。基于四方相VO2(A)纳米棒设计制造了微纳光电探测器件,研究了在不同偏压下该探测器对980nm红外光的响应特性,结果表明该器件具有高的灵敏性和稳定性。 第二、探索实现了一种新的制备单斜相VO2(M)纳米颗粒的方法,制备出了颗粒分布近似球形,大小为20-30nm的单斜相二氧化钒纳米颗粒。利用W和Mo掺杂,降低了单斜相二氧化钒的相变温度。当W掺杂浓度为2.0%时,W:VO2(M)纳米颗粒的相转变温度降至25.6℃,当Mo的掺杂浓度为4.0%时,Mo:VO2(M)的相转变温度降至41.7℃.研究表明,相转变温度与掺杂浓度呈现良好的线性关系,W掺杂浓度每增加1.0%,相转变温度降低20.5℃；Mo掺杂浓度每增加1.0%,相转变温度降低6.5℃。W和Mo的掺杂能够降低VO2(M)纳米颗粒的相转变的温度,但同时也削弱了VO2(M)纳米颗粒绝缘体金属相转变的红外突变特性。采用快速热分解四方相VO2(A)纳米棒的方法,研究了亚稳态四方相VO2(A)与单斜相VO2(M)之间的转换关系,成功制备合成出一维VO2(M)纳米材料,并基于一维VO2(M)纳米材料设计构建了微纳光电器件,测试分析了一维VO2(M)纳米材料对红外光的响应能力。 第三、采用液相水热法,制备合成了一维VO2(B)纳米材料,SEM结果分析显示纳米棒宽度约为200nm,长度约几个微米。研究了亚稳态单斜相VO2(B)与单斜相VO2(M)之间的转换关系,通过热处理手段成功实现了VO2(B)向单斜相VO2(M)的转化,但是一维纳米材料的形貌完全消失。基于一维VO2(B)纳米材料,构建了微纳光电器件,首次研究了一维VO2(B)纳米棒对红外光的响应特性,并对光电响应的机理给出了简单的解释。
[Abstract]:Due to its excellent optical, electrical and magnetic properties, the semiconductor nano-vanadium oxide system has been widely used in photocatalysis, optoelectronic devices and lithium ion batteries.As a transition group metal element, vanadium has many valence states and active chemical properties.Vanadium oxide system has many different stoichiometric phase structures. It is very important to study how to control the phase structure of stationary stoichiometric ratios in the synthesis of vanadium oxide compounds.The main contents of this thesis include the synthesis of different phases and structures and the study of photoelectric properties of vanadium oxide nanocrystalline system. The main contents and related results are as follows:First, the metastable tetragonal phase VO2A-) nanorods were prepared by hydrothermal synthesis. The results of SEM showed that the nanorods were about 200nm in width, and XRD showed that the nanorods grew in the direction of [110Nm]. The XRD experiments at varying temperatures proved that the nanorods were structurally transformed.The lattice parameter c / a changes with the change of temperature. The thermal analysis further proves that the phase transition is reversible, but there exists a thermal hysteresis width of 36 鈩，

本文编号：1733862