一维氧化钼纳米材料的合成、表征及其气敏和光敏性能

发布时间：2020-09-04 08:36

　　 工业经济的迅速发展和汽车保有量的持续增长,对人们的生存环境和身体健康造成了极大的损害。一方面,化石资源消耗殆尽,开发新能源迫在眉睫,半导体光催化和染料敏化太阳能电池较高的太阳能利用效率吸引了人们的广泛兴趣。另一方面,有毒有害气体的排放更加严重,开发新型高效的半导体传感器用于大气环境中毒害气体的监测是有效控制空气质量的重要保障,也是当前国内外研究的焦点课题。一维纳米结构三氧化钼(1D MoO3)具有特殊的孔道结构,在光致变色、电致变色、能量存储、气体传感器和光电领域展现了诱人的应用前景。本论文采用简易酸化法、水热合成法和超声化学法制备了不同晶型和长径比的氧化钼一维纳米材料,并重点研究了不同方法制备氧化钼的构效关系。1.采用简易酸化法在85℃的温和条件下快速制备了长径比高达40的α-MoO3纳米棒,并详细研究了搅拌时间、保温时间、酸度等参数对一维氧化钼纳米棒的低温生长的重要作用。该法制备的α-MoO3纳米棒在292℃的最佳操作温度下对40 ppm CO的灵敏度高达321,对CH4的选择性达19。2.采用水热法以CTAB为结构诱导剂在180℃下合成了长径比约20的α-MoO3纳米棒,并研究了其生长机理。该法制备的α-MoO3纳米棒对10ppm NO2、10ppm CO和10 ppm CH4的灵敏度分别为37、21和15。PL和XPS分析表明α-MoO3的内在气敏机制来源于氧空位导致的非化学计量性。3.采用CTAB协助的普通超声化学法和和SDS协助的探头超声化学法合成了长径比分别为25和10的亚稳态h-MoO3纳米棒,经436℃热处理后完全转变为稳定态的α-MoO3。研究发现,合成方法对氧化钼纳米棒气敏性能的影响比形貌和长径比更为重要。探头超声法合成的氧化钼纳米棒所需的焙烧温度(500℃)低于普通超声法(700℃)；二者具有相同的最佳操作温度290℃；探头超声法合成氧化钼纳米棒对NO2的灵敏度(103)高于普通超声法合成氧化钼纳米棒对NO2的灵敏度(79)。4.基于能带调控理论,制备了Fe2(MoO4)3@a-MoO3负载型光催化剂和比表面积高达313m2/g的MoO3/TiO2复合光催化剂。Fe2(MoO4)3@a-MoO3负载型光催化剂对酸性橙的光催化效果比纯钼酸铁提高50%;2 wt.%MoO3/TiO2在可见光下光催化反应速率约为纯TiO2的2倍,并从可见光吸收、活化位点和异质结耦合效应三个方面对其光催化改性进行了分析和讨论。5.选用硝酸钠作为水热反应的矿化剂,通过钼粉和双氧水反应生成MoO2(OH)(OOH)前驱体,在水热条件下成功制备了具有孔道结构的亚稳态h-MoO3内米带,首次研究了h-MoO3纳米带的光电性能,并通过Ni、Co、Fe等元素掺杂提高了h-MoO3的光电效率。其中,5%Fe-MoO3纳米带的光电转换效率提高了428%,由0.18%提高至0.95%。综上所述,本论文深入研究了一维纳米氧化钼的制备方法、结构特性及其气敏和和光敏性能,结果表明氧化钼是一种极具开发潜力的非化学计量性多功能金属氧化物。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ136.12;TB383.1
【部分图文】：

一维纳米材料一般在径向处于纳米尺度（低于１００邋ｎｍ），长径比可Ｗ从十几逦、到成百上千。图１－１显示了几种典型的一维纳米结构；纳米管、纳米棒／线和纳米逡逑带。目前研究人员己经成功制备了单质、氧化物、硫化物、氮化物等多种类型的逡逑一维纳米结构［１１１。碳纳米管具有典型的管状一维纳米结构，它由单层或者多层石逡逑ＲＡＷ、、

（３）气相法逡逑气相法制备纳米材料主要有２种生长机制：气－液－固（Ｖａｐｏｒ－Ｌｉｑｉｕｄ－Ｓｏｌｉｄ，逡逑ＶＬＳ）机制、气－固（Ｖａｐｏｒ－Ｓｏｌｋｌ，ＶＳ）机制口８］，如图１－２所示。逡逑①

逦ｓｕｒｆａｃｅ逦ｇ幻ｓ逡逑图１－４半导体表面吸附氧离子物种后的能带弯曲模型。ＥＣ、ＥＦ和ＥＶ分别表示导带、费米逡逑能级、价带，八ａｉｒ表示空间电荷层的厚度，ｅＶｓＷａｃｅ表示势垒，ｅ－和＋分别表示电子和空穴。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．逡逑当半导体气敏材料与ＣＯ邋（还原性气体）接触时，ＣＯ与半导体表面吸附的逡逑氧物种发生反应，生成单齿或多齿碳酸盐，最终Ｃ0２的形式脱附，半导体氧逡逑化物得到的电子又重新回到氧化物中，使肖斯将势垒的高度减小，致使整个敏感逡逑层的电阻减小（如图１－５所示）。相反，当气敏材料与氧化性气体接触时，氧化逡逑性气体可能会占有额外的表面状态，而且由于氧化性气体具有更强的吸电子能力，逡逑更多的电子从ｎ型半导体的导带激发，导致空间电荷层的增加和晶界势垒高度的逡逑增加ＰＵ

本文编号：2812100