钨基超细纳米材料的合成、表征与催化性能研究

发布时间：2020-11-03 14:11

　　 随着理查德?费曼(Richard Feynman)在1959年美国物理年会上首次提出“small scale”的概念(there is plenty of room at the bottom),纳米材料以及纳米技术就受到了来自工业界和基础研究领域科学家们的广泛关注。近十几年来,纳米技术得到快速的发展,可控地合成具有特定物理化学性质的纳米材料已经成为可能,涉及的领域涵括半导体、金属单质及合金、氧化物、有机大分子等多个类别。这些纳米材料因其独特的物理和化学性质,在光学、电学、磁学、工业催化、环保等领域有着巨大的应用前景,促使人们不断发掘新的纳米结构,寻找其可能的应用。与传统纳米材料不同,超细纳米材料(ultrathin nanomaterial)是指在材料的至少某一维的尺度在5 nm,甚至1 nm以下。受尺寸效应的启发,我们认为在如此小的尺度之下,纳米材料可能会表现出一些特殊的光、电、磁、机械或催化性质。但目前尚没有系统的超细纳米材料合成方法,如何把纳米材料某一维度尺寸限制在1 nm左右仍然具有挑战性。钨是一种常见的过渡金属,其单质最早因用作灯丝被人们熟知。作为一种过渡金属元素,钨具有独特的电子结构,其氧化物更是广泛应用于光致变色、气敏、光催化等领域。钨多酸是钨基材料中重要的一类,其独特的金属-氧框架结构使其具有良好的电子传输特性,在电学、催化等领域有着重要的应用。基于以上分析,我们采用了本实验最常用的溶剂热合成法(solvothermal synthesis),通过选取适当的原料,表面活性剂,反应温度和时间,基于良溶剂-不良溶剂体系,合成了一系列钨基超细纳米材料,包括氧化钨超薄纳米带以及钨多酸组装的纳米卷和纳米管结构。在对超细纳米材料进行各类表征基础上,通过设计不同的实验条件,我们对其形成过程进行了系统的监测和探讨,还原其形貌演变过程,并提出了该钨基超细纳米结构形成的机理解释。表面活性剂和溶剂的组成是该超细纳米结构形成的关键因素。此外,我们发现得到的钨基超细纳米材料具有独特的电子结构、光学性质、宏观机械性质,以及在催化氧化脱硫(oxidative desulfurization,ODS)反应中有较高的活性。以上新颖的性质正是源自于纳米结构的超小尺度和特殊的表面性质,我们对此进行了详细的阐述。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：O643.36;TB383.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 引言
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 氧化钨及其纳米材料概述
        1.1.2 超细纳米材料概述
        1.1.3 多酸自组装概述
    1.2 本文的选题思路与主要研究内容
第2章 氧化钨超薄纳米带结构的合成与性质研究
    2.1 本章引论
    2.2 氧化钨超薄纳米带结构的合成
        2.2.1 反应路线设计
        2.2.2 实验方法
        2.2.3 实验结果表征与讨论
    2.3 本章小结
第3章 基于多酸团簇组装的纳米卷和单壁纳米管
    3.1 本章引论
    3.2 多酸纳米卷和单壁纳米管
        3.2.1 实验方法
        3.2.2 实验结果表征与讨论
    3.3 本章小结
第4章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2868682