微波水热法制备钨酸锰粉体的工艺及性能研究

摘要

作为一种重要的无机功能材料，钨酸锰(MnWO4)在光致发光、湿度传感器、多铁材料、反铁磁材料及光催化剂等方面都有着广泛的应用前景。MnWO4具有钨锰铁矿结构，属于单斜晶系，对称型为L2PC，空间群为P2/c，晶体常沿(100)面呈厚板状，或平行c轴呈现为短柱状。本研究以二水钨酸钠(Na2WO4·2H2O)和四水氯化锰(MnCl2·4H2O)作为初始原料，选用微波水热法(MH)直接合成出了粒状、棒状和球状MnWO4微/纳米晶，研究了前驱体pH值、温度、时间、Mn/W摩尔比和Mn2+浓度对产物的影响。以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚乙烯吡咯烷酮-K30(PVP)两种模板剂控制MnWO4粉体的形貌。采用X-射线衍射(XRD)，透射电子显微镜(TEM)，扫描电子显微镜(SEM)，红外光谱(FT-IR)，紫外-可见光谱(UV-vis)和光催化测试等对产物MnWO4的物相种类、产物形貌、光学及光催化性能进行了测试表征。选用亚甲基蓝溶液为降解物评价MnWO4粉体的光催化性能。结果表明:所制备出得棒状、粒状和球状MnWO4微/纳米粉体不仅在紫外区(300～400nm)具有很强的吸收性能，而且在可见光区(400～800nm)也有一定的吸收。再者，MnWO4粉体的形貌对其光催化性能也有很大的影响。
　　 碱性条件下，可获得纯相的沿[100]方向生长的棒状MnWO4微/纳米晶，长度为20～200nm，宽度为10～50nm，禁带宽度为:2.71～2.80eV。通过控制条件可合成特定尺寸的棒状MnWO4微/纳米晶，可提高其光催化性能。酸性条件下，可获得纯相的粒状MnWO4纳米晶，平均晶粒尺寸为10～50nm，禁带宽度为:2.82～2.86eV。研究发现其光催化性能主要与粒状MnWO4纳米晶的结晶性能与晶粒尺寸有关。
　　 碱性条件下，且无模板剂存在，不同前驱体配比可获得球状MnWO4微晶。研究发现:当Mn/W=2∶1时，所制备的微球粒子是由大量结晶性能较差的MnWO4纳米棒自组装而成，其光催化性能较差;当Mn2+浓度为0.025mol/L、Mn/W=1∶1时，所制备的微球粒子是由大量结晶性能良好的沿[100]方向取向生长的MnWO4微/纳米棒自组装而成，其光催化性能较好。
　　 碱性条件下，引入不同浓度模板剂PVP后，产物MnWO4由棒状（未引入PVP）微/纳米晶转变成类球状微晶，且该球状微晶由结晶性能良好的棒状MnWO4微/纳米晶组装而成，说明PVP的引入可以改变MnWO4的形貌。

目录

摘要

1 绪论

1．1 钨酸盐材料应用

1．1．1 光致发光领域

1．1．2 光催化剂领域

1．1．3 湿敏传感器领域

1．1．4 多铁电材料领域

1．1．5 缓蚀材料领域

1．2 MnWO4概述

1．2．1 MnWO4材料应用

1．2．2 MnWO4粉体的制备方法

1．2．3 不同制备方法的对比

1．3 光催化反应

1．3．1 光催化原理

1．3．2 光催化应用

1．4 选题意义、研究内容与创新点

1．4．1 选题意义

1．4．2 研究内容

1．4．3 课题创新点

2 实验部分

2．1 实验仪器

2．2 实验药品

2．3 技术路线

2．4 测试与表征

2．4．1 X射线衍射(XRD)

2．4．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．3 透射电子显微镜(TEM)

2．4．4 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)

2．4．5 红外光谱分析(FT-TR)

2．4．6 光催化反应

3 不同工艺对合成MnWO4粉体的影响

3．1 pH值对合成MnWO4产物的影响

3．1．1 XRD分析

3．1．2 TEM分析

3．1．3 MnWO4微晶生长机理的初步探讨

3．1．4 UV-vis分析

3．1．5 红外光谱分析

3．1．6 光催化性能分析

3．2 温度对合成MnWO4产物的影响

3．2．1 酸性条件-XRD分析

3．2．2 酸性条件-TEM分析

3．2．3 酸性条件-UV-vis分析

3．2．4 酸性条件-红外光谱分析

3．2．5 酸性条件-光催化性能分析

3．2．6 碱性条件-XRD分析

3．2．7 碱性条件-TEM分析

3．2．8 碱性条件-UV-vis分析

3．3 时间对合成MnWO4产物的影响

3．3．1 酸性条件-XRD分析

3．3．2 酸性条件-TEM分析

3．3．3 碱性条件-XRD分析

3．3．4 碱性条件-TEM分析

3．3．5 碱性条件-UV-vis分析

3．3．6 碱性条件-光催化性能分析

3．4 Mn／W摩尔比对合成MnWO4产物的影响

3．4．1 XRD分析

3．4．2 SEM和TEM分析

3．4．4 UV-vis分析

3．4．5 光催化性能分析

3．5 Mn2+浓度对合成MnWO4产物的影响

3．5．1 XRD分析

3．5．3 EDS能谱分析

3．5．4 UV-vis分析

3．5．5 光催化性能分析

3．6 本章小结

4 模板剂对合成MnWO4粉体的影响

4．1 PVP对合成MnWO4粉体的影响

4．1．1 XRD分析

4．1．2 SEM分析

4．2 PVP加入量对合成MnWO4粉体的影响

4．2．1 XRD分析

4．2．2 SEM分析

4．3 CTAB对合成MnWO4粉体的影响

4．3．1 XRD分析

4．3．2 SEM分析

4．4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利成果

声明