钼基半导体及其复合物的液相合成与性能研究

发布时间：2020-07-13 03:16

【摘要】：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-Mo03微米棒,W03-Mo03空心微米球及Ti02-Mo03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-Mo03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,由于Mo元素与W元素处于同一族,性质相似,但是W03的成核速度远远大于Mo03,因此通过利用W03作为晶核,成功的合成了 W03-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Ti02作为晶核,再加入钼酸铵溶液合成Ti02-Mo03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Ti02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。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304;TB383.1
【图文】：

完整结构,钼基,结构示意图,八面体结构

图１．２（ａ）邋Ｍ0０３八面体结构；（ｂ）ａ－Ｍｏ０３结构示意图；（ｃ）Ｐ－Ｍｏ０３结构示意图；（ｄ）Ｍｏ０３－ｎ逡逑结构不意图；（ｅ）邋ｈ－Ｍｏ0３结构不意图（截面）；（ｆ）邋ｈ－ＭｏＯ；结构不意图（正面）逡逑１．４钼基纳米材料的制备方法逡逑

钼基,三氧化钼,二氧化钼,结构示意图

型中Ｍｏ０６八面体是以共棱和共顶角的方式连接在一起，形成了一个平面层，范逡逑德华力将层与层之间连接起来。而ａ－Ｍｏ０３和Ｍｏ０３－ＩＩ中的层与层之间的排列方式逡逑有区别，错开了半个晶胞单元。如图１．１所示为ａ－Ｍｏ０３结构的剖面图［２１］（其中逡逑0ｔ只与一个Ｍｏ原子结合，Ｏａ与两个Ｍｏ原子结合，Ｏｓ与三个Ｍｏ原子连接），ａ－Ｍｏ０３逡逑中层与层之间的Ｍｏ原子的距离大约为１．４邋ｍｎ［２２］。形成一个二维无限延伸的平面逡逑层，构筑成三维正交晶相。Ｐ－Ｍ0０３和ｈ－Ｍｏ０３的基本结构单元Ｍｏ０６八面体是一逡逑种扭曲的Ｒｅ０３结构。｜３－Ｍｏ０３中的Ｍｏ０６八面体间以共享顶点的方式连接在一起逡逑形成三维结构，在高温下可以转化为稳定的ａ－Ｍｏ０３。ｈ－Ｍｏ０３中的Ｍｏ０６八面体形逡逑成一维孔道结构，每三个Ｍ0０６八面体以共顶点的方式组合成一个结构单元，然逡逑后以共棱的方式形成锯齿链，最后三维堆积在一起，形成六方隧道结构。如图１．２逡逑所示为所有三氧化钼的晶体结构示意图［１２，邋２３］。从ｈ－Ｍ0０３的晶体结构图中可以看逡逑出，ｈ－Ｍ0０３孔道的位置上有许多空位，可以为单价正离子的进入提供空间。从所逡逑有结构中可以发现

形貌,温下,积温,样品

华一凝结法等。所有上述方法都会涉及一般粒子的生长过程：粒子成核一晶核生逡逑长一晶体凝聚等。ＧＢ．Ｒｅｄｄｙ等［２５］通过使用物理气相沉积法得到了（ｘ－Ｍ0０３分级微逡逑米球结构，并考察了沉积温度对形貌的影响（图１．３所示），性能测试结果显示得逡逑到的微米球结构在室温下，紫外一可见区域有很好的光致发光性能。逡逑Ｂ．Ｇ．Ｊｅｙａｐｒａｋａｓｈ等［２６１采用的是喷雾热解技术成功合成了不同厚度的ａ－Ｍｏ0３薄膜逡逑纳米结构，性能测试结果显示厚度为５２０邋ｎｍ的ａ－Ｍｏ0３在室温下对０．５邋ｐｐｍ的三逡逑甲胺的响应和恢复时间分别为３２秒和１５秒。Ｓ．Ｅ．邋Ａｌｅｋｓａｎｄｒｏｖ等人［２７］通过化学气逡逑相沉积法合成了邋ＭｏＳ２纳米球结构，平均粒径在０．６－１邋（ｉｍ之间。Ｒｏｎｇ邋Ｔｕ等人［２ｆ！｜逡逑采用化学气相沉积法合成了邋Ｍ0０３纳米粒子，其尺寸在１．５－６０ｎｍ之间，大大的提逡逑升了其对亚甲基蓝的光催化降解性能。Ｘｉａｏｈｕｉ邋Ｃｈｅｎ等［２９１在氩气的氛围中利用化逡逑学气相沉积法，用单质钼作为原料在高温条件下成功合成了邋ｈ－Ｍ0０３纳米片。气相逡逑法由于操作比较方便，所以是常用来制备纳米材料的一种方法。逡逑ｍｍ．逡逑悘灥逡逑图１．３不同邋＞几积温度待到的样品的ＳＥＭ图：（ａ）取初的Ｍｏ0ｖ，（ｂ）在至温下〉几积；（ｃ）在逡逑３００°Ｃ下沉积？

【参考文献】