氧化鎢水合物微-納米材料的可控合成及其性能研究.pdf

1、作為半導(dǎo)體中重要的一類材料,氧化鎢及其水合物被科研工作者們在多個領(lǐng)域中廣泛、深入的展開了應(yīng)用研究。由于這類材料多變的納米結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài)與多領(lǐng)域的性能息息相關(guān),其納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究一直吸引著眾多科學(xué)家的關(guān)注。目前對氧化鎢水合物粉體和薄膜材料的研究現(xiàn)狀中,其物相、微觀結(jié)構(gòu)和晶體生長的控制研究仍存在很多有待深入的研究空間。這其中就包括了對簡化合成工藝,采用環(huán)保、經(jīng)濟的制備技術(shù)的發(fā)展的需要。因此,發(fā)展簡易、具有普適性的氧化鎢水合物材料的納米結(jié)構(gòu)

2、調(diào)控技術(shù),是非常必要的。本論文中采用了一種簡易的水熱制備工藝,在有/無模板劑和微波輔助條件下均發(fā)展了多種納米結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài)的氧化鎢水合物粉體、薄膜材料的合成技術(shù),并通過控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)達(dá)到了對其光催化與電化學(xué)性能的可控制備,以下為主要創(chuàng)新性成果:
　　(1)在水熱體系中,利用鎢粉作為反應(yīng)原材料,采用了一種簡單環(huán)保的制備技術(shù),在無模板劑條件下對氧化鎢水合物粉體材料進(jìn)行了物相與微觀結(jié)構(gòu)的可控合成。通過對制備工藝的調(diào)整,成功獲得了四方塊狀

3、、雪花狀、具有棱角的微球狀、齒輪狀、棒狀、六邊形盤狀以及納米片狀結(jié)構(gòu)等納米結(jié)構(gòu)。通過對該不同工藝條件下產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在這些納米結(jié)構(gòu)的變化中,生長基元的成核、晶化和擴散過程分別在不同的實驗條件對產(chǎn)物的物相和形貌控制起到關(guān)鍵性作用。
　　(2)采用不同溶劑和微波輔助加熱作用,對氧化鎢水合物材料進(jìn)行了物相和形貌的調(diào)控。成功改變了生長基元在生長過程中的成核方式以及晶粒在反應(yīng)過程中的生長取向,得到帶有圓形孔洞的六方薄片、六棱錐

4、狀、六邊形盤狀、雪花狀、納米片狀、海膽狀以及納米絲等不同形貌產(chǎn)物。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同溶劑分子極性、分子結(jié)構(gòu)對于制備所得氧化鎢水合物材料中納米結(jié)構(gòu)的二維取向生長(六方片狀結(jié)構(gòu)的厚度變化)以及尺寸大小變化具有重要的影響作用。對比實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波輔助加熱可能從晶面選擇性加熱、改變模板劑對晶面吸附作用和降低溶液極性三個方面對產(chǎn)物晶粒取向生長產(chǎn)生了作用,進(jìn)而影響了氧化鎢水合物材料的物相與微觀結(jié)構(gòu)的變化。
　　采用了不同微觀形貌的氧化鎢水合物材

5、料對亞甲基藍(lán)溶液進(jìn)行了可見光光催化降解實驗。研究了不同微觀結(jié)構(gòu)下氧化鎢水合物材料的光催化性能變化,發(fā)現(xiàn)具有高親核性的晶面對氧化鎢水合物材料的光催化性能有促進(jìn)作用。
　　(3)運用一種簡單的一步制備工藝,以過氧聚鎢酸作為前驅(qū)物溶液,采用溶劑熱法在ITO基體表面一步直接合成了氧化鎢水合物薄膜材料。通過改變制備工藝條件以及利用模板劑分子對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可控制備,分別得到了立方相和正交相兩種氧化鎢水合物材料,以及無規(guī)則納米

6、絲狀、顆粒狀、垂直交叉生長的六方片狀、多層三角形片狀等薄膜表面形貌。
　　通過對改變制備工藝后薄膜的分析,發(fā)現(xiàn)對于氧化鎢水合物材料在基體表面的能否直接成核生長,溶液極性起決定性作用。反應(yīng)溫度、前驅(qū)液濃度則主要影響薄膜生長過程中生長基元的晶體結(jié)構(gòu)以及結(jié)晶程度的強弱。對不同晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的薄膜進(jìn)行電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)薄膜結(jié)晶程度對其性能起主要影響作用。薄膜結(jié)晶程度較低時,其變色響應(yīng)時間較短,對環(huán)境變化敏感,但其離子擴散系數(shù)較低。結(jié)晶